Dört Tekerden Tahrikli Ve Dört Tekerden Yönelimli Mobil Manipülatör Sisteminin Elektriksel Tasarımı

Abstract

Tekerlekli mobil sistemler, robotik alanında yapılan araştırmaların önemli konularından birini oluşturmaktadır. Farklı tekerlek yapılarına ve mekanik tasarıma sahip mobil robotlar geliştirilmekte ve incelenmektedir. Dört tekerden tahrikli ve dört tekerden yönelimli mobil robotlar, doksanlı yılların başından itibaren araştırmacıların ilgi alanına girmeye başlamıştır. Pahalı ve karmaşık olan bu tür sistemlerle ilgili çalışmaların birçoğu, simülasyon olarak yapılmaktadır. Bu durum, elde edilen sonuçların doğruluğunun, gerçek sistem üzerinde sınanamaması sonucunu doğurmaktadır. Bu alanda görülen eksiklik doğrultusunda, yedi serbestlik dereceli Mitsubishi PA-10 robot kolunu taşıyacak, dört tekerden tahrikli ve dört tekerden yönelimli bir mobil platformun tasarımı yapılmıştır. Bu sayede mobil robotun hareket serbestliği ile Mitsubishi PA-10 robot kolunun manipülasyon kabiliyeti birleştirilerek, bir mobil manipülatör sistemi elde edilmiştir. Ayrıca, çoklu sensör yapısı sayesinde sisteme otonom çalışma imkanı kazandırılmıştır. Tasarım aşamasının ardından, üretimi gerçekleştirilen mobil manipülatörün, çalışır duruma getirilebilmesi için gereken elektriksel tasarım, kurulum ve ayarlamalar bu çalışmanın temel amacını oluşturmaktadır. Mobil robotun elektriksel donanımı; güç sistemi, hareket kontrol sistemi ve kontrol bilgisayar sistemi olmak üzere üç ana başlık altında toplanmıştır. Bu sistemlerin uyumlu ve güvenli olarak çalışmasını sağlamak amacıyla, donanım bileşenlerinin elektriksel özellikleri ve çalışma prensipleri belirlenmiş ve uygulamaları yapılmıştır. Mobil robotun, belirlenen yörüngede hareket etmesini sağlayacak tekerlek açılarının ve hızlarının kontrolü için gerekli kinematik model, dinamik modelleme çalışmalarına temel hazırlayacak şekilde, kapalı kinematik zincir topolojisi temel alınarak ve uzaysal vektör cebri kullanılarak oluşturulmuştur. Elde edilen sonuçlar incelenerek, yapılması gereken iyileştirmelere ilişkin öneriler sunulmuştur.

Wheeled mobile systems are one of the important research topics of robotics. Mobile robots in different wheel types and mechanical design have been developed and examined. Four-wheel-steer and four-wheel-drive (4WS/4WD) mobile robots have been studied since early 90’s. Due to cost and complexity of these systems, research in this field is usually conducted using simulations. Hence, results obtained from such studies cannot be verified. Because of the insufficient practical studies on this topic, it is decided to design a 4WS/4WD mobile platform which can operate with 7 DOF Mitsubishi PA-10 robot arm. By unifying manipulation capabilities of Mitsubishi PA-10 robot arm with movement freedom of mobile robot, a mobile manipulator system is obtained. This system also has the autonomous operation capability by the help of multiple sensors types. Scope of this thesis is the design, setup and tuning of electrical systems of mobile manipulator. Electrical hardware of the mobile robot is divided into three sub-systems; power system, motion control system and main control system. Electrical properties and charactereistics of hardware components are examined for cooperation and harmony of the so called systems. To control the steering and velocity of the wheels of the mobile robot to follow a defined path, kinematic model, which is based on close kinematic chain topology, is obtained by using spatial vector algebra. Also a dynamic model can be acquired for future studies based on this model. Finally, results are discussed and necessary developments are proposed.