Mechatronic design of a completely mechanical quick changeable joint for multi-purpose explosive ordnance disposal robots

Abstract

EOD robotu, bomba imha operasyonlarında patlayıcı mühimmatı arama,bulma ve yerinden kaldırma i lemlerinde insan yerine kullanılan, mobil bir robottur.Günümüzde bu robotların kollarına sadece bir çe it tutacak takılmakta ve sonuçta bututaca ın yapabilece i i lemler sınırlı olmasından dolayı robotun toplam performansıda dü ük olmaktadır. Bu çalı manın amacı mekatronik tasarımı yapılan ?tamamenmekanik çabuk de i ebilir eklem? ile bomba imha robotunun farklı tutacaklarıkendisinin alıp kullanabilmesini sa lamaktır. Bu sayede robot tutacak de i imi içingeri dönmek zorunda kalmaz ve patlayıcı maddeyi yalnız ta ımakla kalmayıp farklımüdahalelerde bulunabilir.Çabuk de i ebilir eklemin kilitleme mekanizması için dü ünülen pnömatik vehidrolik sistemler mobil robot üzerinde a ırlık ve hacim artı ına neden olmalarındandolayı tercih edilmezler. Müdahale edilecek olan patlayıcı madde ile robotun koluarasında olu abilecek manyetik etkile im ihtimali göz ününde tutularakelektromanyetik kilit mekanizmalarının da kullanılması dü ünülmemi tir. Eklemintamamen mekanik yapılmasındaki ba lıca etken eklemin kilitleme mekanizması içinekstra bir sürücü sistem ihtiyacını ortadan kaldırmaktır.Mekatronik tasarımı yapılacak çabuk de i ebilir ekleme sahip bomba imharobotları farklı tutacaklarını kullanabilecek ve bu tutacaklar ile daha karma ık i leriyapabilecekler. Bu çalı ma ile tasarlanacak olan eklemin CNC makinalarında çakıde i iminde, yük çekme ve kaldırma gibi di er robotik uygulamalarındakullanılmasıyla da robotun i lem kapasitesi ve verimlili i arttırılacaktır.Bu proje tamamen mekanik yapıda çabuk de i ebilir eklem tasarımınıiçermektedir. En iyi tasarımın belirlenmesi için dört farklı eklem tasarlandı, kritikparçaları için dayanım hesapları yapıldı ve prototipleri üretildi. Eklemlerin ömürtesti için pnömatik test makinası tasarlanıp üretildi. Testlerin sonucunda eklemlerçe itli tasarım parametrelerine göre de erlendirilerek de i ik amaçlara yönelik en iyieklemler seçildi.

The EOD robot is a mobile robot used in replace of a human in explosiveordnance disposal operations of searching, detecting and handling of explosivematerials. Nowadays the EOD robot?s tool capabilities and overall performances areat lower levels because they are only able to use one kind of tool (gripper) for thewhole bomb disposing process. The aim of this study is to design a completelymechanical quick changeable joint which will be used in the EOD robot toautomatically change the tools.By changing the grippers automatically, the robot firstly does not require to becalled back for tool change and secondly can achieve different operations on theexplosive material. In the locking mechanism of quick changeable joint, hydraulicand pneumatic systems are not preferred because of their weight and volume on amobile robot. Electromagnetic locking systems are also not considered because ofpossible electromagnetic interaction between the arm and explosive ordnance. Thereason of designing a completely mechanical joint is to eliminate the use of anotheractuator for controlling the locking mechanism.An EOD robot with a quick changeable joint will be able to use different toolsand accomplish complex tasks by using these different tools. Usage of this quickchangeable joint in different robotic applications such as tool holding in CNCmachines, lifting and pulling applications will also make an increment in the robot?sprocessing capacity and efficiency.This project consists of designing a completely mechanical quick changeablejoint. In order to understand the best design, four different joints are designed, thecritical parts are analyzed for strength and prototypes of the joints are manufactured.To test the life cycles of the joints a pneumatic test machine is designed andmanufactured. After the tests, the joints are evaluated for design parameters are thebest design for different purposes are determined.