Akıllı kompozit üretim tekniği ile bacaklı özgün bir robotun tasarımı, üretimi, test ve analizleri

Abstract

Günümüzde insanlar tarafından gittikçe daha fazla kullanılan robot teknolojisi her geçen gün gelişmeye devam etmektedir. Son yıllarda makro boyutlu robotların yanında minyatür boyutlu robotlar da araştırılmaya ve kullanılmaya başlamıştır. Minyatür robotlar literatürde boyut limitlerine göre nano (< 1 μm), mikro (< 1 mm), mili (< 10 mm), mini (< 100 mm) ve küçük (< 1000 mm) robotlar olarak adlandırılmaktadır. Bunların arasında bulunan mini robotlar özellikle insanların ulaşamayacağı boyutta olan bölgelerde veya insan sağlığı için zarar teşkil edecek alanlarda keşif amaçlı kullanılabilmektedir. Bu çalışmada akıllı kompozit mikroyapılar (ing. Smart composite microstructuresi SCM) olarak adlandırılan üretim tekniği kullanılarak bacaklı ve özgün bir mini robot tasarlanmış, üretilmiş ve modellenmiştir. Robotun tasarım ve üretim sürecinde farklı dış iskelet yapıları, hareket mekanizmaları, bacak yapıları ve dönme mekanizmaları geliştirilmiştir. Bu geliştirme süreci iteratif bir şekilde bir önceki tasarımda karşılaşılan sorunlar giderilecek şekilde ele alınmıştır. Sonuç olarak çalışmada iki adet altı bacaklı ve bir adet dört bacaklı robot modeli ortaya çıkarılmıştır. Altı bacaklı modellerden biri şekil hafızalı alaşım ile bükülebilen bacak tasarımına sahipken diğer modeller doğadan esinlenerek oluşturulmuş olan diz eklemine sahiptir ve dizlerin bir eyleyici kullanımı olmadan bükülmesi sağlanmıştır. Şekil hafızalı alaşıma sahip bacak modelinde robotun performans isterlerini yeterince sağlamadığı görülmüştür. Bu nedenle diz eklemine sahip olan modeller daha detaylı olarak incelenmiş ve sonuçta dört bacaklı model nihai robot modeli olarak belirlenmiştir. Daha sonra "Double Actuated Soft Tendon Quadruped (DASTeQ) (tr. Çift Eyleyicili Yumuşak Tendonlu Dört Bacaklı Robot)" olarak adlandırılan ve 87.5 x 78 x 57.3 mm boyutlarına ve 61.04 g ağırlığa sahip olan bu mini robot modeli için hareket analizi ve farklı hızlarda yürüme modeli ortaya konulmuştur. Robotun hareketini yakalamak için görüntü işleme yazılımı geliştirilmiş ve bu sayede robotun belirli noktalarının gerçek zamanlı koordinat verileri çıkarılmıştır. Yapılan hareket analizi testleri sonucunda DASTeQ'in keşif amaçlı kullanıma uygun olacak şekilde stabil bir yürüyüşe sahip olduğu ortaya çıkarılmıştır. Buna ek olarak bacak hareketleri ile gövde hareketi yürüyüş esnasında karşılaştırmalı olarak ele alınmış ve bacakların harekete verdikleri katkılar da analiz edilmiştir. Farklı giriş hızlarında yapılan deneyler sonucunda robotun gerçek yürüme hızları belirlenmiş ve bu veri doğrusal bir modele oturtulmuştur. Ayrıca robotun dönüş hareketi yapma becerisi de test edilmiş ve zamana bağlı olarak ne kadar dönüş gerçekleştirebildiği tespit edilmiştir. Geliştirilen hız modeli ve dönüş verisi kullanılarak robotun belirli bir hızda daha önceden belirlenmiş dikdörtgen şeklindeki bir parkuru tamamlayabilme kapasitesini test etmek için yol izleme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Robotun başarılı bir şekilde kendisine verilen görevleri yerine getirebildiği görülmüştür.