Endüstriyel robotların quaternıon yöntemiyle kinematik ve dinamik analizi

Abstract

Robot kinematigi ve modellenmesi robot manipülatörlerinin en temelkonularından birini olusturmaktadır. Endüstriyel robotların kinematik modelleriniçıkartmak için Kartezyen ve Quaternion olmak üzere iki farklı uzayda birçok yöntemgelistirilmistir. Kartezyen uzayda kullanılan bu yöntemlerin bazıları, Denavit-Hartenberg yöntemi, Üstel yöntem, Sıfır Referans Konum yöntemi, Pieper-Rothyöntemi ve Tam ve Parametrik Olarak Sürekli Kinematik yöntemi seklindesıralanabilir. Sunulan tez çalısmasında bu yöntemler kısaca anlatılırken Quaternionyöntemiyle seri robot manipülatörlerinin kinematik modellenmesi detaylı bir sekildeaçıklanmaktadır. Daha sonra Huang ve Milenkovic tarafından sınıflandırılan on altıadet temel endüstriyel robotun düzenlesimi ve katı gövde yapıları verilmektedir.Son olarak bu on altı adet temel endüstriyel robot manipülatörünün Quaternionyöntemi kullanılarak sırasıyla ileri ve ters kinematik çözümleri sunularak RRP eklemyapısına sahip olan NS robotunun dinamik denklemleri bu yöntem ile elde edilmistir.Endüstriyel robot manipülatörlerinin DH ve Quaternion yöntemiyle elde edilen ilerikinematik denklemlerinin bilgisayar ortamındaki çalısma hızları karsılastırılmıstır.Bu karsılastırmalarda quaternion yönteminin özellikle küresel çalısma uzayına sahiprobotlarda daha hızlı çalıstıgı kaydedilmistir.

Robot kinematics modeling is one of the most fundamental topics of robotmanipulators. Several methods have been developed in two different spaces, namely,Cartesian and Quaternion for driving the kinematics modeling of robot manipulators.Some of these methods of importance used in Cartesian space are Denavit-Hartenberg method, Exponential method, Zero Reference Position method, Pieper-Roth method and Complete and Parametrically Continuous method. First of all, thesemethods have been explained. Kinematics modeling of the robot manipulators usingQuaternion kinematics modeling convention has been described in detail. The serialchain mechanisms and the equivalent rigid body models of the sixteen fundamentalrobot manipulators classified by Huang and Milenkovic have been givenconsequently.The forward and inverse kinematics solutions of the sixteen fundamental robotmanipulators have been obtained using Quaternion modeling convention. Finally,dynamic model of the NS robot manipulator which is one of these sixteen robotmanipulator has been obtain and presented. The forward kinematics equations ofindustrial robot manipulators obtained from homogenous and quaternionrepresentations are compared in terms of computational speed. It has been concludedthat quaternion representation runs faster especially for the robot manipulatorshaving spherical workspaces.Keywords: Kinematics model of robot, Industrial robots, Quaternion method,Forward kinematics, Inverse kinematics, Dynamic.