Design, control, fabrication and maneuverability analysis of an untethered miniature soft robot
Kablosuz minyatür bir yumuşak robotun dizaynı, kontrolü, üretimi ve manevra kabiliyeti analizi
- Tez No: 595419
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ÖZCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Robotik araştırma alanı büyüdükçe, yeni potansiyel iş alanları ile etkileşime girebilme çabası görülmektedir. Metaller ve sert plastikler gibi sert malzemelerin kullanıldığı geleneksel robotik alanı insanlığa birçok farklı iş alanının otonomlaştırılması konusunda yardım etmekte ve aynı zamanda yine birçok farklı görevde de insanlara yardım etmektedir. Fakat, bazı çevreler çok hassas etkileşimler gerektirmekte ve robotların çevredeki istkrarsız öğelere ve engellere karşı uyumlu olabilmelerini gerektirmektedir. Robotiğin nispeten yeni bir alanı olan yumuşak robotik bu alanlarda geleneksel sert robotiğe karşı daha çok şey vadettiği için çok ilgi çekici bir araştırma alanı olarak öne çıkmaktadır. Bu alandaki bazı tartışma noktalarından biri de 'yumuşaklık' terimi üzerine yaşanmaktadır. Bazı robotlar yumuşaklığı ürettiği malzemelerin yumuşak olması ile sağlarken (PDMS gibi spesifik polimerler örnek olarak verilebilir) bazı robotlar ise sert malzemelerden üretilmiş olmalarına karşın bu malzemelerin uyumlu davranışları sebebiyle yumuşak olarak nitelendirilmektedirler. Bu çalışmadaki robot ise tamamen yumuşak yapısal malzemelerden üretilmiş olup aynı zamanda esnek bir devre kartı kullanmaktadır. Elektronikler, eyleyiciler ve bazı küçük bağlantı parçaları ise serttir. Tasarlanan ve üretilen robot bir yumuşak-hibrit robot olmakla beraber deprem alanları, boru hatları, zorlu askeri araziler gibi alanlarda otonom olarak operasyon gerçekleştirebilecek robotlar için bir başlangıç noktası olarak görülebilir. Minyatür boyutları sayesinde üzerine yerleştirilecek farklı sensörler ve iletişim cihazları sayesinde arama kurtarma, gözetleme ve devriye gibi görevlerde kullanılabilir. Yumuşak bacakları, gövdesi ve devre kartı geleneksel sert robotların takılması muhtemel olan engelleri geçmesini sağlar. Yumuşak komponentlerin modellenmesinin büyük zorluklar içermesi sebebiyle çalışmam çoğunlukla tekerrür eden sekanslar içermektedir. Farklı eyleyiciler ile sürülen farklı yürüyüş mekanizmaları değerlendirilmiştir. Bazı değerlendirilen mekanizmalar kinematik zincirler içerirken final versiyonu içermemektedir. Bunları bu çalışmanın özgün noktaları olarak değerlendirilebilir çünkü şu ana kadar literatürde olan yumuşak robotların neredeyse hiç biri kinematik zincirler içermemektedir. Böylelikle, çalışma birçok farklı disiplinin bir arada bulunduğu ve farklı yumuşak yürüyüş mekanizmalarının, gövde tasarımlarının ve esnek devre kartlarının dizayn ve üretimini içeren bir çalışma olarak öne çıkmaktadır. Sonlu eleman analizleri kullanılarak farklı bacak mekanizmaları ve yumuşak eklemler karşılaştırılmıştır. Son olarak, spesifik sensör ve devre elemanlarının yardımı ile robotun istenilen şekilde hareket edeceği kontrol sistemi oluşturulmuştur.
Özet (Çeviri)
As the robotics field grows, it searches for new potential workspaces to be interacting with. The conventional robotics, which involves utilization of robots made out of hard materials like metals and hard plastics, has helped humankind automatebmany different sorts of labor and such robots have been assisting the humans in various tasks. Nevertheless, some environments require very delicate interactions and adaptability of the robots to unstable elements and obstacles. A fairly new sub-field of robotics, soft robotics, arises as a very alluring area of research as it promises advancements in these particular premises beyond the conventional hard robotics. A major point of dispute arises around the term 'softness' as some specific robots achieve softness via the use of soft materials (specific polymers like PDMS) whereas although some others are made out of hard materials, they behave in a soft manner thanks to clever use of the mechanisms involved in them. The robot in this work is fully made out of soft structural materials and uses a flexible circuit board. The electronics, actuators and several little connection parts are hard. The robot that is designed and constructed is a soft-hybrid robot that can be considered as a preliminary standpoint for autonomous robots to be operating in challenging working environments such as earthquake zones, pipelines, rough terrain military areas and so on. Miniature sized, it can be fitted with various sensors and communication devices in order to be used for search and rescue, surveillance and patrol missions. Its soft legs, body, and circuit enables it to overcome obstacles that conventional hard miniature robots tend to be tackled by. The work I did involves mostly iterative sequences due to the challenges of modeling the soft components' behavior. Different leg mechanisms with different types of actuators are evaluated. Some of the evaluated mechanisms utilize a kinematic chain whereas the final version does not. These can be considered the novel aspects of the work done as virtually no examples in the literature use kinematic chains in soft robots. Thus, my work can be considered to be a multi-disciplinary study that involves design and fabrication of different soft locomotion mechanisms, body designs, and flexible circuit boards. Finite element analyses are conducted in order to estimate differences between different leg mechanisms and soft joints. Finally, by the help of specific sensors and microcontrolling elements, the whole robot is controlled to maneuver in the desired behavior.
Benzer Tezler
- Design, fabrication and control of a compact soft manipulator
Kompakt yumuşak eyleyicinin tasarımı, imalatı ve kontrolü
BURAK ÖZTOPRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MELİH TÜRKSEVEN
- Design, fabrication and control of a novel shape memory alloy (SMA)-wire-based flexible composite actuator
Ozgün bir şekil bellek alaşım (ŞBA) tabanlı esnek kompozit eyleyicinin tasarımı, üretimi ve denetimi
ERAY TEOMAN ÖNDER
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELAHATTİN ÇAĞLAR BAŞLAMIŞLI
DOÇ. DR. BİLSAY SÜMER
- Microstrip antenna design and fabrication for self power modern wireless system
Kendi için mikro şerit anten tasarımı ve üretimi güç modern kablosuz sistem
HAYDER HASSAN MOHAMMED AL KHAYLANI
Doktora
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ABDULLAHI ABDU IBRAHIM
- Karma gerçeklik ortamında parametrik tasarım ve robotik fabrikasyon yöntemi
Parametric design and robotic fabrication method within mixed-reality environment
YUSUF BUYRUK
Doktora
Türkçe
2023
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLEN ÇAĞDAŞ
- Form production process in digital architecture: Thinking, modelling and fabrication
Sayısal mimarlıkta biçim üretim işlemi: Düşünce, modelleme ve uygulama
HATEM AHMED ALİ HADİA
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Mimarlıkİstanbul Kültür ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ESRA FİDANOĞLU