Endüstriyel robotların modellemesi ve çevrimdışı programlanması

Abstract

Anahtar Kelimeler: Robotların kinematik modelleri, Robotların çalışma uzayının eniyilenmesi, Robotların ters kinematiği, Robotların dinamiği, Robot benzetim programlan ÖZET: Bu tez çalışmasında Huang and Milenkovic tarafından sınıflandırılan temel on altı adet endüstriyel robot manipülatörünün kinematik modellenmesi, çalışma uzayının eniyilenmesi, iki farklı bilek düzenleşimli ters kinematiği, dinamiği ve benzetimi gerçekleştirilmiştir. Kartezyen ve Kartonyum olmak üzere iki farklı uzayda toplam altı değişik robot kinematik modelleme yöntemi karşılaştınlmıştır. Bu yöntemler arasındaki farklılıkları incelemek amacıyla her bir yöntem PUMA-560 robotuna uygulanmıştır. Bu temel on altı adet endüstriyel robot manipülatörünün çalışma uzayları, üç farklı yerel ve evrensel basan göstergesi referans alınarak eniyilenmiştir. Eniyileme sonucunda her bir basan göstergesine göre robotlann geniş çaplı hareket yapabilme kabiliyeti ve kol uzunlukları tablolar şeklinde verilmiştir. Temel on altı adet endüstriyel robotun bölgesel yapısına eklenen on altısı Euler, diğer on altısı eklem kaçıklılıklı bilekten oluşan 32 adet endüstriyel robotun ters kinematiği, analitik ve sayısal olarak çözülmüştür. Temel on altı adet robot manipülatörünün dinamik modeli Lagrange-Euler yöntemi kullanılarak çıkanlmıştır. Etkileşimli öğrenmeyi sağlamak amacıyla toplam otuz iki adet robotun çevrimdışı benzetim programlan sunulmaktadır. Tez çalışmasının sonucunda dört ana katkı sağlanmıştır. Öncelikle, dikgen düzenleşime ve küresel çalışma uzayına sahip olan robot manipülatörleri daha iyi tasanm kriterlerine ve geniş çaplı hareket yapabilme becerisine sahiptir. İkinci olarak Euler bilekli robotlann ters kinematik denklemlerinde konum ile yönelim birbirinden ayn gerçekleştiğinden bu robotlar için her zaman bir analitik çözüm bulunur. Buna rağmen eklem kaçıklılıklı bilekli robotlann ters kinematik denklemlerinde konum ile yönelim iç içe olduğundan her zaman analitik çözüm gerçekleşmez. Üçüncü olarak, robot dinamik modelini çıkaran Lagrange-Euler yöntemi durum uzayı değişkenlerini kullanan kontrol algoritmalan için uygun olduğu tespit edilmiştir. Son olarak, gerçekleştirilen çevrimdışı benzetim programı yardımıyla hem eğitim hem de endüstriyel amaçlı uygulamalara referans teşkil edecek bir ortam sağlanmaktadır.

Keywords: Robot kinematic models, Workspace optimization of robot manipulators, Robot inverse kinematics, Robot dynamics, Robot simulation programmes ABSTRACT: In this thesis, the kinematic modelling, workspace optimization, the inverse kinematics with two different wrist configuration, dynamic modelling, and simulation of the sixteen fundamental robot manipulators classified by Huang and Milenkovic have been studied. The six different methods in two different spaces (Cartesian and Quaternion space) have been used in kinematic modelling of the robot manipulators. To examine the differences among these sixteen kinematic models, a PUMA 560 robot manipulator has been utilized. The workspace optimization of the sixteen fundamental robot manipulators has been studied based on the three different local and global performance indices. According to the optimization results obtained, the gross motion capabilities, workspace volumes and link lengths of the robot manipulators have been presented for each performance index. The inverse kinematics of thirty two robot manipulator configurations (sixteen Euler wrists and sixteen offset wrists) have been solved analytically and numerically. The dynamic models of the sixteen fundamental robot manipulators have been driven by using Lagrange-Euler formulation. An off-line programming of these thirty two robot manipulators has been developed for providing interactive learning. There are four main contribution of the research studies presented in this thesis. Firstly, the robot manipulators with orthogonal configurations and spherical workspaces have better robot designs and gross motion capability. Secondly, there always exists an analytical solution for the robot manipulators with Euler wrist, since the orientation and position are decoupled. On the other hand, the robot manipulators with offset wrist do not produce analytical solution since, the orientation and position are coupled. Thirdly, Lagrange-Euler method for dynamic model of the robot manipulators is more suitable for the state space control algorithms. Finally, the simulation programme developed in this research can be used for educational and industrial purposes.