Biyomimetik tabanlı toprak altı kazma robot tasarımı ve analizi
Design and analysis of a biomimetic based underground digging robot
- Tez No: 924113
- Danışmanlar: PROF. DR. ADNAN AKKURT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Endüstri Ürünleri Tasarımı, Makine Mühendisliği, Industrial Design, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Yeraltı kazı süreçlerine yönelik biyomimetik robotik sistemlerin tasarımında, doğadaki canlıların biyolojik stratejilerinden ilham almak, mühendislik çözümlerine yeni perspektifler sunmaktadır. Bu çalışmanın amacı, köstebeğin kazma hareketlerinden ve armadillonun esnek gövde yapısından ilham alarak yeraltı kazma robotu tasarlamak ve bu tasarımın mühendislik analizini gerçekleştirmektir. Çalışma, biyomimetik tasarım ilkelerinin mühendislik uygulamalarına nasıl entegre edilebileceğini ve bu sayede robotların verimlilik, dayanıklılık ve işlevsellik açısından nasıl optimize edilebileceğini incelemeyi hedeflemiştir. Araştırma sürecinde, Köstebeğin güçlü ön ayakları ve bu ayakların kazma hareketinin mekanik modellemesi yapılarak, bu modelin robot tasarımında uygulanabilirliği incelenmiş ve robotun kazma mekanizmasının temelini oluşturmuştur. Ayrıca çalışma, farklı toprak tipleri, robotun kazma hızını, enerji tüketimini ve manevra kabiliyetini belirler. Bu nedenle, robotun tasarımında ve analizinde farklı toprak tiplerinin özellikleri dikkate alınmıştır. Robotun, matkap ucu tasarımında, farklı uç tiplerinin avantajlarının birleştirilmesiyle hibrit bir yapı oluşturulmasını ve kazı hızının optimize edilmesini amaçlamıştır. WOB ve RPM parametrelerinin optimize edilmesiyle kazı hızının arttığı gözlemlenmiştir. Elde edilen bulgular, robotun yumuşak ve orta yoğunluklu toprak koşullarında verimli çalıştığını, ancak daha zorlu toprak türlerinde dayanıklılığının artırılması gerektiğini göstermektedir. Robotun yönlendirme mekanizması, engellerle karşılaştığında yön değiştirmeyi sağlayacak şekilde tasarlanmış ve boşaltma ünitesi vakumlu sistemle optimize edilmiştir. Ayrıca, robotun enerji verimliliği, manevra kabiliyeti ve kazı performansı açısından yapılan analizler, biyomimetik tasarım ilkelerinin verimli bir şekilde uygulanarak robotun üstün performans göstermesini sağlamıştır. Sonuç olarak, biyomimetik yaklaşımla geliştirilen yeraltı kazma robotlarının, tarım, madencilik ve altyapı projeleri gibi çeşitli alanlarda önemli kullanım potansiyeline sahip olduğu ortaya çıkmıştır. Bu robotların enerji verimliliği, fonksiyonel performansı ve çevresel koşullara uyum sağlama kabiliyeti, mevcut sistemlere kıyasla önemli avantajlar sunduğunu göstermektedir. Gelecek çalışmalar, robotun dayanıklılığını artırmak ve daha geniş toprak koşullarında test etmek için sensör sistemlerinin entegrasyonunu ve daha kapsamlı testler yapmayı gerektirecektir. Bu araştırma, biyolojik sistemlerin mühendislik çözümlerine transferi, robotik tasarım ve yeraltı kazı teknolojilerini ileriye taşıyacak bir yöntem olduğunu kanıtlamaktadır.
Özet (Çeviri)
The design of biomimetic robotic systems for underground excavation processes offers new perspectives to engineering solutions by drawing inspiration from the biological strategies of living organisms. This study aims to design an underground excavation robot inspired by the digging movements of the mole and the flexible body structure of the armadillo, as well as to perform the engineering analysis of this design. The research focuses on how biomimetic design principles can be integrated into engineering applications and how these principles can optimize robots in terms of efficiency, durability, and functionality. During the research process, the strong forelimbs of the mole and the mechanical modeling of its digging movements were analyzed to assess their applicability in robot design, forming the basis of the robot's digging mechanism. The study also evaluated various soil types, digging speed, energy consumption, and maneuverability. Consequently, the characteristics of different soil types were considered in the design and analysis of the robot. The robot's drill bit design aimed to create a hybrid structure by combining the advantages of different bit types, optimizing the digging speed. Optimization of WOB and RPM parameters was observed to increase the excavation speed. The findings demonstrated that the robot operates efficiently in soft and medium-density soil conditions but requires enhanced durability for more challenging soil types. The robot's steering mechanism was designed to enable directional changes when encountering obstacles, and the discharge unit was optimized with a vacuum system. Additionally, analyses of the robot's energy efficiency, maneuverability, and excavation performance revealed that applying biomimetic design principles effectively resulted in superior performance. In conclusion, underground excavation robots developed using biomimetic approaches have significant potential applications in fields such as agriculture, mining, and infrastructure projects. These robots offer notable advantages over existing systems in terms of energy efficiency, functional performance, and adaptability to environmental conditions. Future studies will focus on increasing the robot's durability, integrating advanced sensor systems, and conducting more extensive testing across diverse soil conditions. This research proves that the transfer of biological systems to engineering solutions is a method that will advance robotic design and underground excavation technologies.
Benzer Tezler
- Biyomimetik tabanlı helikopter konma kızakları sönümleme mekanizması
Biomimetic based helicopter landing skids absorption mechanism
CEBRAİL CUDRİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiEndüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜDAYİM BAŞAK
- Biyomimetik tabanlı bir filtre tasarımı
A biomimetic-based filter design
YİĞİT TÜRKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
BiyomühendislikGazi ÜniversitesiEndüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜDAYİM BAŞAK
- Biyomimetik tabanlı uçak kanadı tasarımı
Biomimetic based aircraft wing design
ANIL AKDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiEndüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜDAYİM BAŞAK
- Ofis yapılarında biyomimetik tabanlı uyarlanabilir cephelerin incelenmesi
Investigation of biomimetic based adaptive facades in office buildings
ZEYNEP MASMAS
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mimarlıkİstanbul Sabahattin Zaim ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN İMERT
- Ateşli silahlarda rastlanan geri tepme kaynaklı ergonomik sorunlara biyomimetik tabanlı yaklaşım
Biomimetic based approach to ergonomic problems occured due to recoil in firearms
ALİ ONUR ŞAHİNOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Endüstri Ürünleri TasarımıGazi ÜniversitesiEndüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜDAYİM BAŞAK