Esnek Paralel Kol Mekanizmasının Kontrolü

Abstract

Bu çalışmada, belirlenen görevleri yerine getirmesi için; esnek paralel kol mekanizmasının kontrolü araştırılmıştır. Küçük deformasyona sahip esnek kollu mekanizmalar mekanizma tasarımında, yaygın olarak hassas cihazlarda; özellikle hassas ölçüm yapan sensörlerde bulunur. Çok esneyen paralel kollu mekanizmalar MEMS’lerde tarak yapısına sahip sürücülerinin süspansiyon sistemi olarak kullanılır. Esnek kol mekanizması, başlangıçta paralel, büyük deformasyona sahip iki adet elastik kiriş ve bir adet rijid çubuktan oluşur. Bu mekanizma manyetik bir sürücü tarafından hareket ettirilmektedir. Mekanizmanın kinematik sentezi, lineer olmayan ve matematiksel kesin çözüm veren Elastika teorisini kullanılarak incelenmiştir. Mekanizmanın dinamik cevabı zamanla değişen manyetik kuvvet girişi altında elde edilmiştir. Hareketin lineer olmayan denklemleri Runge-Kutta metodları kullanılarak nümerik olarak çözülmüştür. Simülasyon sonuçları rijid kolun atalet momenti ve sönüm kuvvetlerinin ilave edilmesi ile bulunmuştur. Esnek çubukların yük-deformasyon karakteristiği; lineer olmayan, nötür ekseni uzamayan, matematiksel kesin kiriş denklemi kullanılarak elde edilen normalize yük- normalize esneme eğrilerine yüksek dereceden polinom giydirilmesiyle elde edilmiştir. Polinomsal yük deformasyon eğrileri aynı zamanda lineerleştirilmiş parçalı sistem sertliğini hesaplamada kullanılırlar. PID gibi kabul edilir kontrolcüler belirli bir yörünge için konum ve hız kontrolünü başarmak için tasarlanmıştır. Bükülgen paralel kol mekanizması için yörünge kontrolü bu çalışmada incelenmiştir.

In this study control of a compliant parallel arm mechanism for specific tasks are investigated. Small deflecting flexible parallel arm mechanisms are common in instrument design and often used for precision measurements. Large deflecting parallel arm mechanisms are found usage in MEMS as a suspension of comb drives.Compliant parallel arm mechanism consists of two large deflecting initially straight cantilever beams and a rigid coupler and actuated by a magnetic force drive. The kinematic synthesis of mechanism has been studied using mathematically exact nonlinear Elastica theory. Mechanism dynamic response is obtained under time varying magnetic force input. Nonlinear equation of motion is solved numerically using Runge-Kutta methods. Simulation results have been obtained by including translational inertia of rigid coupler and damping forces. Load deflection characteristic of flexible beams are represented by polynomial curve fits obtained from nonlinear inextensible exact beam theory are used as the nonlinear lumped system stiffness.Compliant parallel arm mechanism might be used for different purposes either in macro scale or micro scale depending on specified task. It might be used as an indexing mechanism or a dwell mechanism if the rigid coupler could be positioned at specified points at specified times.Conventional controllers such as PID controllers are designed to achieve position control for specific trajectory. Trajectory simulation results for the compliant parallel arm mechanism are presented using linear and nonlinear spring stiffness.