Search

Paralel robotlar, konvansiyonel seri robotlara göre birçok avantaja sahiptir. Bu sayede alma ve yerleştirme, montaj, paketleme, kaynak, takım tezgahları, koordinat ölçüm makineleri, hareket simülatörleri, tıbbi ve cerrahi uygulamalar, haptik cihazlar, mikrorobotik, uzay, uydu ve anten sistemleri ve tarım gibi birçok alanda kullanılmaktadır. En büyük dezavantajları ise çalışma alanları içinde yer alan Tip II tekilliklerdir. Klasik robot kollarda görülmeyen, sadece paralel robotlara özgü bu tekilliklere yaklaşırken aktüasyon torklarının ve/veya kuvvetlerinin büyüklükleri sonsuza gider. Literatürde bu tekillik probleminin çözümüne yönelik yapılmış pek çok araştırma mevcuttur. Fakat buna rağmen, paralel robotların dinamik denklemlerinin Tip II tekil konumlardaki tutarlılığı ile geometrik yol özellikleri arasındaki ilişki üzerine yayınlanmış herhangi bir çalışma bulunmamaktadır. Bu tezde, Tip II tekilliklerden geçen iki serbestlik dereceli düzlemsel paralel robotlar için bir geometrik yol planlama yöntemi geliştirilmiştir. Geliştirilen yol planlama yöntemi, 5R düzlemsel paralel robot üzerine bir örnekle sayısal olarak test edilmiş ve doğrulanmıştır. Parallel robots have many advantages compared to conventional serial robots. Thanks to these advantages, they are used in many areas like pick and place, assembly, packaging, welding, machine tools, coordinate measuring machines, motion simulators, medical and surgical applications, haptic devices, microrobotics, space, satellite and antenna systems, and agriculture. Their biggest disadvantage is the presence of Type II singularities inside the workspace. While getting close to these singularities, which are not seen in classical robotic arms and are unique to parallel robots, the magnitudes of the required actuator torques and/or forces go to infinity. There are many researches conducted in the literature to solve this singularity problem. However, there is no published study on the relationship between the consistency of the dynamic equations of parallel robots at Type II singular positions and the geometrical path properties. In this thesis, a geometric path planning method is developed for two-degree-of-freedom planar parallel robots crossing Type II singularities. The developed path planning method is numerically tested and verified with an example on the 5R planar parallel robot.

Paralel robotlar, havacılık, uzay, otomotiv ve tıp gibi farklı alanlarda hareket simülatörleri, endüstriyel manipülatörler, takım tezgahları, tıbbi ve cerrahi robotlar ve haptik cihazlar gibi çeşitli şekillerde uygulamalara sahiptir. Paralel robotların bu kadar geniş bir alanda tercih edilmelerinin nedenleri konvansiyonel seri robotlara göre daha yüksek doğruluğa, daha yüksek yüksek rijitliğe, daha düşük atalete ve daha büyük yük/ağırlık oranına sahip olmalarıdır. En büyük dezavantajları ise çalışma uzayları içerisinde yer alan aktüasyon tekillikleridir. Mekanizmanın kapalı kinematik zincir yapısında dolayı ortaya çıkan bu tekilliklere yaklaşılırken ters dinamik çözüm sonsuza ıraksar ve robotun kontrolü kaybedilir. Bu nedenlerle paralel robotların çalışma uzaylarının tamamını kullanabilmeleri için aktüasyon tekilliklerinden geçebilmeleri büyük önem taşımaktadır. Bunu gerçekleştirmek için uç işlevcinin yörüngesi, hareket denklemleri tekil konfigürasyonda tutarlı olacak şekilde planlanmalıdır. Ancak aktüasyon tekillikleri, gerçekleştirilen göreve bağlı olarak farklı mertebelere sahip olabilir ve yüksek mertebeden tekilliklerin kaldırılması için tutarlılıktan başka ek koşullar gerekir. Bu tezde, üç serbestlik dereceli düzlemsel 3-PRR paralel robotların korank 2 aktüasyon tekilliklerinin mukavemeti analiz edilmiştir. Mevzubahis robotun korank 2 aktüasyon tekilliklerinin hangi koşul altında yüksek mertebeden hale geleceği belirlenmiştir. Parallel robots have applications in various forms like motion simulators, industrial manipulators, machine tools, medical and surgical robots, and haptic devices in different fields such as aerospace, automotive and medicine. The reasons why parallel robots are preferred in such a wide spectrum of areas are that they have higher accuracy, higher stiffness, lower inertia, and larger payload-to-weight ratio compared to conventional serial robots. Their biggest disadvantage is the presence of actuation singularities inside their workspace. When approaching these singularities, which arise due to the closed kinematic chain structure of the mechanism, the inverse dynamic solution diverges to infinity and the control of the robot is lost. For these reasons, it is of great importance for parallel robots to pass through actuation singularities so that they can use their entire workspace. To realize this, the end-effector trajectory must be planned so that the equations of motion are consistent at the singular configuration. However, actuation singularities can become of high order depending on the task being performed, and high-order singularities require additional conditions other than the consistency for being removed. In this thesis, the strength of the corank 2 actuation singularities of three-degree-of-freedom 3-PRR planar parallel robots is analyzed. It is determined under which condition the corank 2 actuation singularities of the robot under study become of high order.

Yörünge planlama, robotik alanındaki önemli araştırma konuları arasında yer almaktadır. Paralel robotlar için yörünge planlamasındaki kritik hususlardan biri, çalışma uzaylarının içinde aktüasyon tekilliklerinin bulunmasıdır. Bu tekillikler etrafında, yörünge tutarsızsa, ters dinamik çözümünün büyüklüğü sonsuza ıraksar. Tutarlı yörüngeler literatürde genellikle tek bir sekizinci dereceden polinom ile planlanır. Bununla birlikte, aynı amaçla alternatif olarak parçalı kuintik bir polinom kullanılabilir. Bu tezde, tekilliklerden geçen paralel robotlar için bir optimal parçalı kuintik polinom yörünge planlama yöntemi geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntem, geçilecek tekillikte tutarlılık koşulunu sağlarken aynı zamanda robotun ileri-geri hareketini önlemek için kullanılabilir. Trajectory planning is one of the important research topics in robotics. A critical issue in planning trajectories for parallel robots is the existence of actuation singularities inside their workspace. Around these singularities, the magnitude of the inverse dynamics solution diverges to infinity if the trajectory is inconsistent. Consistent trajectories are usually generated in the literature with a single eighth-degree polynomial. However, a piecewise quintic polynomial can alternatively be employed with the same aim. In this thesis, an optimal piecewise quintic polynomial trajectory planning method is developed for parallel robots passing through singularities. The developed method can be used for avoiding back-and-forth motion of the robot while satisfying the condition for consistency at the singularity to be passed through.

Paralel robotlar seri robotlara göre birçok dikkate değer avantaja sahiptir. Yüksek doğrulukta konumlama kabiliyeti ve yüksek yük/ağırlık oranı bunların başlıcaları arasında sayılabilir. Ancak seri robotlardan farklı olarak, paralel robotların ileri kinematik çözümünde Tip II olarak bilinen tekillikler meydana gelir. Paralel robotların tekil konfigürasyonları klasik olarak hız düzeyindeki kinematik denklemlerde yer alan iki adet Jakobiyen matrisinin determinantı sıfıra eşitlenerek bulunur. Ancak paralel robotlar hız düzeyindeki ileri ve ters kinematik çözümlerin dejenere olduğu hareket tekilliklerine ilaveten pozisyon tekilliklerine de sahiptir. Paralel robotlar alanında oldukça güncel bir araştırma konusu olan pozisyon tekillikleri işbu tezin konusunu teşkil etmektedir. Tezin amacı, RPRPR düzlemsel paralel robotun ileri kinematik pozisyon tekilliklerini incelemektir. Bu amaç doğrultusunda belirlenen temel hedefler söz konusu robotun konum seviyesindeki ileri kinematik çözümünün dejenerasyonlarını tetkik etmek ve pozisyon denklemlerindeki bu dejenerasyonların ileri kinematik hareket tekillikleri ve yüksek mertebeden tekillikler ile olan ilişkilerini ortaya koymaktır. RPRPR düzlemsel paralel robot için, her ileri kinematik pozisyon tekilliğinin aynı zamanda bir ileri kinematik hareket tekilliği olduğu ve dahası, her ileri kinematik hareket tekilliğinin aynı zamanda bir ileri kinematik pozisyon tekilliği olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, RPRPR düzlemsel paralel robotun herhangi bir Tip II tekilliğinin, robotun uç noktasının izlediği yolun eğimi bu tekillikte sıfırsa, yüksek mertebeden bir tekilliğe dönüştüğü gösterilmiştir. Parallel robots have plenty of remarkable advantages over serial robots. Highly accurate positioning capability and high payload-to-weight ratio are among the main ones. Unlike serial robots, however, singularities known as Type II occur in the forward kinematics solution of parallel robots. Singular configurations of parallel robots are classically found by setting the determinants of the two Jacobian matrices in the velocity-level kinematic equations to zero. However, parallel robots also have position singularities other than the motion singularities at which forward and inverse kinematic solutions at the velocity-level degenerate. Position singularities, being a quite current research topic of parallel robots, constitute the subject of this thesis. The purpose of the thesis is to study the forward kinematic position singularities of the RPRPR planar parallel robot. The main objectives set for this purpose are to examine the degenerations of the position-level forward kinematic solution of the robot and to reveal the relations of these degenerations in the position equations with the forward kinematic motion singularities and high-order singularities. It is shown for the RPRPR planar parallel robot that every forward kinematic position singularity is also a forward kinematic motion singularity, and moreover, every forward kinematic motion singularity is also a forward kinematic position singularity. It is also demonstrated that any Type II singularity of the RPRPR planar parallel robot transforms into a high-order singularity if the slope of the endpoint path is zero at that singularity.

Geleneksel olmayan bir işleme yöntemi olan elektriksel deşarj ile işleme (EDM), çeşitli sertlikteki metalleri işlerken yüksek yoğunluklu elektriksel deşarjlardan faydalanır. Olağanüstü iletkenlikleri ve dayanımları sebebiyle, son zamanlarda EDM'de de karbon nanotüpler (CNT'ler) araştırılmaktadır. Fakat CNT iplik (CNTY) ile işleme tam olarak incelenmemiştir. Bu çalışma, saf bir CNTY’nin bir EDM takım malzemesi olarak kullanılmasını önermektedir. Bunun uygulanabilirliği, karakterizasyon ve işleme testleri ile incelenmiştir. Ölçümler, (100 µm daha az bir çapa sahip) CNTY’nin 2.66x104 S/m elektriksel iletkenliğe ve 1.76x103 A/cm2 akım taşıma kapasitesine sahip olduğunu göstermektedir. Hava ve hidrokarbon yağ dielektrikler içinde gerçekleştirilen işleme testlerinde çelik ve alüminyum iş parçaları kullanılmıştır. Hava dielektrik ortamında kayda değer bir işleme ve daha uzun bir takım ömrü elde edilmiştir. Hava ortamındaki metal oksidasyonunun, işlemeyi arttırırken takım ömrünü azalttığı düşünülmektedir. Ayrıca, kalın (>100 µm) çok-katlı takımlar, işleme süresini hava ortamında 14 saniyeden, yağ ortamında ise 2.5 saniyeden fazla arttırmaktadır. Takım ömrünü sınırlayan diğer etkenlerin, iş parçası üzerinde ısı kalkanı görevi gören (muhtemelen karbür) bir katmanın oluşumu ve elektriksel deşarjların yoğunluğunun artması olduğu düşünülmektedir. Buna ek olarak, alüminyumun hava dielektrik ortamında işlenmesinde düşük voltaj (16 V) ve tepe akımı (0.1 A), takım ömrünü ve kesme verimini arttırmaktadır. Düşük bir vuruş oranı (%25), verimi iyileştirmiş ve takım aşınmasını azaltmıştır. Ayrıca, sadece mekanik sürtünmenin kesme verimi üzerinde çok küçük bir etkisi olmuştur. Buna ilaveten, pozitif takım polaritesi kesme verimini düşürürken takımın eksenel iki yönlü hareketi ise takım ömrünü uzatmıştır. Electrical discharge machining (EDM), a non-traditional material removal method, utilizes high-intensity electrical discharges when machining metals of various hardnesses. Due to their extraordinary conductivity and strength, carbon nanotubes (CNTs) are recently being explored in EDM too. However, material removal with CNT yarn (CNTY) has not been studied thoroughly. This work suggests the use of a pristine CNTY as an EDM tool. Its feasibility has been examined through characterization and material removal experiments. The measurements show that the CNTY (100 µm) multi-ply tools extend machining time by more than 14 s in the air and nearly 2.5 s in the oil. The formation of a heat-shielding (possibly carbide) layer on the workpiece and intensified discharges could be other factors limiting tool life. In addition, decreased voltage (16 V) and peak current (0.1 A) increase tool life and cutting efficiency when machining aluminum in the air dielectric. A low duty cycle (25%) increased efficiency and reduced tool wear. Furthermore, mechanical frictions had only a minor effect on cutting efficiency. In addition, positive tool polarity decreased cutting efficiency, while reciprocal tool movement increased tool life.

El fonksiyon bozukluğu olan kişilerde, günlük yaşam aktivitelerinin gerçekleştirilmesi ve rehabiliyasyon süreçlerinin yardımında dış iskelet sistemlerininin önemi klinik olarak kanıtlanmıştır. Bunun yanında, el için geliştirilmiş yüksek serbestlik derecesine sahip dış iskelet sistemlerinde el hareketlerinin ve rehabilitasyon egzersizlerinin yapılması zorlu işler olarak kabul edilmektedir. Bunun nedeni parmaklar üzerine yerleştirilen mekanizmaların karmaşık yapıları, kullanılan aktüatör sayıları ve hareket kısıtlayıcı sistemlerin fazlalığıdır. Bu çalışmada basit yapılı, tek aktüatörle tahrik edilen, sınırsız hareket alanına sahip tendon güdümlü yumuşak bir dış iskelet sistemi sunulmaktadır. Önerilen sistem başparmak, işaret parmağı ve orta parmak için fleksiyon ve ekstansiyonda tam serbestlik dereceli hareket gerçekleştirmek için tek aktütör kullanır. Tek aktüatörle kullanıcının üç parmak hareketi başarılı bir şekilde sağlanmakta ve kavrama hareketleri düzgün bir şekilde yapılabilmektedir. Bu çalışmadaki sonuç, myoelektrik kontrollü günlük yaşam aktivitelerinin gerçekleştirilmesini sağlayan, uzman kişilere bağımlılığını azaltan ve kişisel rehabilitasyonu gerçekleştiren ve kayıt altına alabilen kapsamlı bir rehabilitasyon robotu FLEXoskelet geliştirilmiştir. The importance of exoskeleton systems in performing activities of daily living and helping rehabilitation processes in people with hand dysfunction has been clinically proven. In addition, performing hand movements and rehabilitation exercises in exoskeleton systems with high degrees of freedom developed for the hand are considered challenging tasks. The reason for this is the complex structures of the mechanisms placed on the fingers, the limitation of movement, and the number of actuators used. This study proposes a tendon-driven soft exoskeleton system with an unlimited range of motion, driven by a single actuator. The proposed system uses a single actuator to perform full degrees of freedom of movement in flexion and extension for the thumb, index finger, and middle finger. With a single actuator, the user's three finger movements are successfully provided, and the grip movements can be made smoothly. The aim of this study is to develop a comprehensive rehabilitation robot, the FLEXoskelet, that enables the realization of daily life activities with myoelectric control, reduces dependence on specialists, and can perform and record personal rehabilitation.