Dört bacaklı avcı robot ((DÖBAR)

Abstract

Savunma sistemleri alanında robotik atış kontrol sistemlerinin tasarımı ve kontrolü son yıllardaki önemli araştırma konularından biridir. Atış kontrol sistemlerinin hem paletli hem de tekerlekli araçlarda kullanımına ilişkin pek çok çalışma mevcuttur. Ancak bu çalışmanın konusunu oluşturan dört bacaklı robot üzerine yerleştirilmiş silah taret sisteminin tasarımı ve kontrolü çalışması ilk kez bu tez kapsamında önerilmiş ve uygulanmıştır.Bu çalışmanın temel amacı, tasarlanan 14 adet tahrike sahip Dört Bacaklı Avcı Robot (DÖBAR)'un farklı arazi koşullarında (engebeli, eğimli vs) hareket halindeyken oluşan bozucu etkilere (titreşimlere) rağmen üzerinde yer alan iki serbestlik dereceli atış sistemi ile belirlenen hedefleri takip etmesini sağlamak ve isabetli atışlar yapmak için kontrol yapısı geliştirilmiştir. Çalışma kapsamında öncelikle tüm sistemin düzlemsel matematik modeli üretilmiş ve sistemin düzlemsel hareket analizi MATLAB m-file ortamında simüle edilmiştir. Sonrasında sistemin üç boyutlu dinamik modeli MATLAB Multibody/Simscape kütüphanesi kullanılarak oluşturulmuştur. DÖBAR, trot (tırıs) yürüyüş örüntüsü ile yürürken silah namlusunun belirlenen hedeflere yönlendirilmesini sağlamak ve isabet oranını arttırmak için namlu stabilizasyonu gerçekleştirilmiştir. İki farklı atış senaryosu (sabit ve hareketli hedef) için sistemin başarısı grafikler ve tablolar ile sunulmuştur. SolidWorks paket programında tasarlanan DÖBAR'ın robot ve silah sistemi imalatı ve montajı gerçekleştirilmiştir. Taret üzerine Airsoft silah monte edilmiş ve atışlar plastik mermi ile gerçekleştirilmiştir. Robotun tüm eklemlerinde ve taret sisteminde Fırçasız Doğru Akım (FDA) motor kullanılmış, motorlar yüksek akımlarda çalışabilen özel sürücüler (ODrive) ile sürülmüştür. Ayrıca robot eklemlerindeki yüksek tork ihtiyacını karşılamak için planet redüktörler kullanılmıştır.Deneysel uygulamalarda elde edilen veriler ışığında sistemin performans sonuçları değerlendirilmiş, DÖBAR'ın hedeflenen başarıyı yakaladığı görülmüştür. Bu çalışmanın sonuçlarının savunma sanayisine önemli katkılar sağlaması beklenmektedir.

In the field of defense systems, the design and control of robotic shooting control systems has been one of the most important research topics of recent years. There are several studies on the use of shooting control systems in both tracked and wheeled vehicles. However, the design and control of the gun turret system on a four-legged robot, which is the subject of this study, was proposed and applied for the first time in this thesis.The main purpose of this study is to ensure that the Four Legged Hunter Robot (DÖBAR) with 14 drives, tracks the targets determined by the 2 DOF shooting system on it despite the disruptive effects (vibrations) that occur while moving in different terrain conditions (bumpy, inclined, etc.) and to improve the control structure in order to make accurate shots. Within the scope of the study, firstly, the planar mathematical model of the whole system was produced and the planar motion analysis of the system was simulated in MATLAB m-file environment. Then, the three-dimensional dynamic model of the system was created using the MATLAB Multibody / Simscape library. While the DÖBAR walking with the trot walking pattern, gun barrel stabilization was carried out to ensure that the gun barrel is directed to the specified targets and to increase the hit rate. The success of the system for two different shooting scenarios (fixed and moving target) is presented with graphs and tables. The robot and weapon system were designed in SolidWorks package program and their manufacturing and mounting were completed. Airsoft gun was mounted on the turret and the shots were carried out with plastic bullets. Brushless DC motor is used in all joints and turret system of the robot, the motors are driven by ODrive that can operate at high currents. In addition, planetary reducers are used to supply the high torque requirement in robot joints.In the light of the data obtained in experimental applications, the performance results of the system were evaluated and it was found that DÖBAR achieved the targeted success. The results of this study are expected to make significant contributions to the defense industry.