YILANSI ROBOT TASARIMI, TOPOLOJİ OPTİMİZASYON ANALİZİ, İMALATI VE KONTROLÜ

Abstract

Günümüzde robotik sistemler, teknolojinin hızlı ilerlemesiyle birlikte önemli ölçüde gelişmektedir. Özellikle, biyolojiden esinlenen robotlar, arama-kurtarma robotları gibi kritik alanlarda önemli ilerlemeler sağlamıştır. Doğal afetlerin artmasıyla birlikte, özellikle depremler gibi dar ve sıkışık alanlarda etkili bir şekilde çalışabilen robotların kullanımı yaygınlaşmaktadır. Bu bağlamda, yılan benzeri robotlar, karmaşık ve erişilmesi zor alanlarda başarılı bir şekilde faaliyet gösterebilmeleriyle öne çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında, dar alanlarda hareket etmesi öngörülen yılan benzeri bir robotun topoloji optimizasyonu, sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Amaç, yapısal bütünlüğü ve mukavemeti koruyarak robotun kütle ve hacim açısından daha hafif hale getirilmesidir. Bu kapsamda, robotun özgün tasarımı, sekiz elemandan oluşacak şekilde yapılandırılmıştır. Dinamik analizler, serpantin ve yan dönme hareketlerinin modellenmesi yoluyla gerçekleştirilmiş ve bu modellerin fiziki prototip üzerinde test edilmesi sağlanmıştır. Robotun kontrolü, MATLAB'a bağlı SimMechanics arayüzünde PID kontrol metodu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma, yılan benzeri robotların dar ve sıkışık alanlarda daha verimli ve etkili bir şekilde kullanılabilmesi için yapılmıştır.

Today, robotic systems are developing significantly with the rapid advancement of technology. In particular, biology-inspired robots have made significant progress in critical areas such as search and rescue robots. With the increase in natural disasters, the use of robots that can work effectively in tight and cramped spaces, such as earthquakes, is becoming widespread. In this context, snake-like robots stand out with their ability to operate successfully in complex and hard-to-reach areas. In this thesis, the topology optimization of a snake-like robot, which is envisaged to move in tight spaces, is carried out using the finite element method. The aim is to make the robot lighter in terms of mass and volume while maintaining structural integrity and strength. In this context, the original design of the robot was configured to consist of eight elements. Dynamic analyses were performed by modeling the serpentine and side rotational motions and these models were tested on physical prototype. The control of the robot was realized using PID control method in SimMechanics interface connected to MATLAB. This study was carried out for more efficient and effective use of snake-like robots in narrow and cramped spaces.