Inertial parameter design of planar mechanisms

Abstract

? ? oz DÜZLEMSEL MEKANİZMALARDA ATALET PARAMETRELERİNİN TASARIMI Tursun, Murat Yüksek Lisans, Makina Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Reşit Soylu Kasım 2000, 94 sayfa Bu tezde, düzlemsel bir mekanizmanın dinamik davranışlarının (örneğin, tahrik torkundaki/kuvvetindeki dalgalanmaların en aza indirilmesi, sallama kuvvetini/momentini dengeleme gibi...) en iyilenmesi için yükün etkileri de göz önüne alınarak, mekanizmanın atalet parametreleri dizayn edilmektedir. Burada atalet parametreleri kütle, atalet momenti ve uzuvların ağırlık merkezlerinin koordinatlarını simgelemektedir. Mekanizmanın dinamik davranışlarının optimizasyonu, bu çalışmada geliştirilmiş bulunan Force Fluctuation Number (FFN) kavramı aracılığıyla gerçekleştirilmektedir. Bu optimizasyon sonucunda optimal atalet parametrelerinin sağlaması denklemler elde edilmektedir. Bu denklemler, fazla kısıtlayıcı olmayıp diğer tasarım spesifikasyonlarının da sağlanmasına izin vermektedir. Sembolik manipülasyon paketi MATHEMATICA kullanılarak, atalet parametrelerinin sağlaması gereken kısıtları veren bir yazılım geliştirilmiştir. Geliştirilen bu yazılım, mekanizmanın kinematik ve dinamik analizinde de kullanılabilen bağımsız bir kinematik ve kuvvet analizi modülü içermektedir. Bu analiz sırasında, mekanizmanın farklı kapananlarını, mafsallardaki viskoz sürtünmeyi ve prizmatik mafsallardaki Kulomb sürtünmesini de göz önüne almak mümkün olmaktadır. Anahtar Kelimeler : Optimal atalet parametreleri, kinematik analiz, kuvvet analizi, kapammların belirlenmesi iv

ABSTRACT INERTIAL PARAMETER DESIGN OF PLANAR MECHANISMS Tursun, Murat M.S., Department of Mechanical Engineering Supervisor : Prof. Dr. Reşit Soylu November 2000, 94 pages In this thesis, the inertial parameters of a planar mechanism are utilized to optimize various aspects of the dynamic behaviour of the mechanism (such as minimizing actuator torque/force fluctuations, shaking force/moment balancing, etc.) while the effects of loads are considered as well. Here, inertial parameters refer to the mass, mass moment of inertia and coordinates of the center of mass of the links. The optimization of the dynamic behaviour of the mechanism is realized via the newly introduced concept of Force Fluctuation Number (FFN). This optimization yields linear equations to be satisfied by the optimal inertial parameters. These equations are not overly restrictive and allow other design specifications to be satisfied as well. Using the symbolic manipulation package MATHEMATICA, a software has been developed to yield the constraints to be satisfied by the optimal inertial parameters. The developed software includes a kinematic and force analysis module which can be used independently for a complete kinematic and dynamic analysis of the mechanism. During this analysis, it is possible to consider different closures of the mechanism, viscous friction at the joints and coulomb friction at the prismatic joints. Keywords : Optimal inertial parameters, kinematic analysis, force analysis, closure identification. iii