1. Ġhtiyacın ortaya çıkması, 2. Tasarımdan istenilen özelliklerin belirlenmesi,
3. Analiz, sentez ve optimizasyon.
Solidworks ta parametrik tasarım yine Solidworks programının içinde yer alan “Design Table” eklentisi ile yapılmaktadır. Parametrik tasarımın yapılabilmesi öncelikle tasarımı yapılacak olan parçanın parametrik verilere uygun olarak modellenmesi gerekmektedir. Modelleme yapılırken oluĢturulacak yüzeylerin ve modelleme sırasının cok iyi belirlenmesi gerekmektedir. Aksi halde parametrik verilerin değiĢmesi sonucu cok farklı modeller ortaya
çıkabilir. Solidworks‟de parametrik tasarım “.xls” formatında kaydedilmektedir. Bu format Microsoft Office programlarından Excel programı ile calıĢtırılabilir. Bu programın
kullanılabilirliğini arttıran bir etkendir. Ġstendiği takdirde Excel programı yardımıyla parametrik ölçüler arasında formülsel bir bağ kurulabilir ve tasarımın daha kolay kullanımı
sağlanabilir. 3.2 Solidworks ile Statik Gerilme ve Deformasyon Analizi
Bilgisayar teknolojisindeki ve CAD/CAM/CAE sistemlerindeki hızlı ilerlemeler sayesinde karmaĢık mühendislik problemleri artık eskisine göre daha kolay modellenebilmektedir. Ġlk prototipin üretiminden önce parçalar veya montaj birka ç alternatif bilgisayar ortamında test edilebilmektedir. Bu sayılan geliĢmeler sayesinde, temel teorileri, modelleme teknikleri ve sonlu elemanlar metodunu kullanan bilgisayar programlarını kullanarak problemleri cok daha hızlı çözmek mümk ün olabilmektedir. Bu Ģekilde yapılan analizde çok karmaĢık ve büyük bir geometrik Ģekil, sonlu elemanlar olarak adlandırılan çok basit bir metodla k üçük elemanlara bölünmektedir. Bu sonlu elemanların malzeme özellikleri ve davranıĢsal özellikleri
tanımlanır ve eleman köselerinde bu özellikler bilinmeyen değerler gibi ifade edilir. Örneğin bir elamanın analizinde elaman çok k üçük olan sonlu elamanlara bölünür, daha sonra yüklenmeleri ve sınır Ģartlarını içeren birkaç denklem oluĢturulur ve bu denklemlerin
çözülmesiyle asıl istenen elamanın yük altındaki davranıĢ Ģekli yaklaĢık olarak elde edilmiĢ olur.
BÖLÜM DÖRT
SOLĠDWORKS‟DE MONTAJIN OLUġTURULMASI
4.1 Sistemin Genel Özellikleri
Tasarımı ve analizi yapılan robot manipülatör genel hatlarıyla 6 uzuvdan oluĢmaktadır. Bu uzuvlardan 6 numaralı uzuv analiz açısından kolaylık sağlaması için 5 numaralı uzuvla bütün kabul edilmiĢtir. Uzuvların çizimleri Epson‟un internet sitesinden alınmıĢ ve modifiye edilmiĢtir. Bu açıdan burada uzuvların tasarımından bahsedilmeyecektir. Parçalara ana gövde, uzuv 1, uzuv 2, uzuv 3, uzuv 4, uzuv 5 isimleri verilmiĢtir ve bu Ģekilde montaj yapılmıĢtır. 4.2 Montajın Oluşturulması ve Montaj Resimleri
Bu kısımda robot manipülatörün parçaları arasında nasıl iliĢki kurulduğu ve montajın hangi sıra ile yapıldığından bahsedilmiĢtir. En sonda ise montajın bahsedilen sıra ile resimleri gösterilmiĢtir. Robot manipülatörün yere, duvara veya tavana monte edilen kısmı ana gövde olarak adlandırılan parçasıdır. Bu uzuvun tabanında istenilen yere montajını sağlayacak dört adet civata deliği bulunmaktadır. Robot manipülatör bu parçanın üzerine inĢa edilir ve bu parça üzerinde iĢlevini görür. Ana gövde solidworkste montaj kısmına getirildikten sonra birinci uzuv çağırılır ve ikisi arasında iliĢki kurulur. Bu iliĢki solidworksun montaj kısmında mate denilen iliĢki kurma
elemanları ile yapılır. Sabit olarak tanımlanan ana gövdenin üzerine birinci uzuv coincident denilen eĢleme mateleri birleĢtirilir. Öncelikle ana gövde ile birinci uzuvun eksenleri arasında bir iliĢki tanımlanarak iki parçanında aynı düzlemde olması sağlanır. Daha sonra ise birbirleri üzerine oturan yüzeyler arasında iliĢki tanımlanarak yüzeylerin birbirleri ile yapıĢması sağlanır.
Ġkinci adımda iki nolu uzuvun bir nolu uzuv ile birleĢtirilmesi vardır. Burada da ilk montajda olduğu gibi öncelikle birinci uzuv ile ikinci uzuvun birleĢme yüzeylerinde ki eksenleri arasında iliĢki kurularak iki parçanın aynı düzleme gelmeleri sağlanmıĢtır. Bu adımdan sonra birleĢme yüzeyleri arasında tanımlanan coincident ile yüzeylerin birbirine öpüĢmesi sağlanmıĢtır. Daha sonra ki adımda ikinci uzuv ile üçüncü uzuvun montajı vardır. Bu montaj aĢamasında da öncelikle iki parçanın birleĢme alanlarında ki eksenleri arasında coincident tanımlayarak eksenlerin aynı düzleme gelmeleri sağlanmıĢtır ve daha sonra birbirine yapıĢık olması gereken yüzeyler arasında iliĢki kurularak montajın bu adımıda tamamlanmıĢtır. Üçüncü uzuv ile dördüncü uzuv ve dördüncü uzuv ile beĢinci uzuv arasındaki montaj aĢamasında da bir önceki adımlarda izlenen sıra izlenmiĢ ve önce eksenler arasında bir iliĢki kurulmuĢ daha sonra birbiriyle temas halinde olan yüzeyler arasındaki iliĢki kurulmuĢtur. AĢağıda sırası ile bahsedilen montaj adımlarının ve bu montajda parçalar arasında kurulan iliĢkilerin resimleri vardır.
Şekil 4.1 Eksenler arası iliĢki
Şekil 4.2 Yüzeyler arası iliĢki
Yukarıda ki Ģekillerde sırası ile Ģekil 4.1‟de eksenler arası tanımlanan iliĢki ve daha sonra Ģekil 4.2‟de yüzeyler arası tanımlanan iliĢki görülmektedir.
Şekil 4.3 Eksenler arası iliĢki
Şekil 4.4 Yüzeyler arası iliĢki
Yukarıda ki Ģekillerde sırası ile Ģekil 4.3‟de eksenler arası tanımlanan iliĢki ve daha sonra Ģekil 4.4‟de yüzeyler arası tanımlanan iliĢki görülmektedir.
Şekil 4.5 Eksenler arası iliĢki
Şekil 4.6 Yüzeyler arası iliĢki
Yukarıda ki Ģekillerde sırası ile Ģekil 4.5‟de eksenler arası tanımlanan iliĢki ve daha sonra Ģekil 4.6‟da yüzeyler arası tanımlanan iliĢki görülmektedir.
Şekil 4.7 Eksenler arası iliĢki
Şekil 4.8 Yüzeyler arası iliĢki
Yukarıda ki Ģekillerde sırası ile Ģekil 4.7‟de eksenler arası tanımlanan iliĢki ve daha sonra Ģekil 4.8‟de yüzeyler arası tanımlanan iliĢki görülmektedir.
Şekil 4.9 Eksenler arası iliĢki
Şekil 4.10 Yüzeyler arası iliĢki
Yukarıda ki Ģekillerde sırası ile Ģekil 4.9‟da eksenler arası tanımlanan iliĢki ve daha sonra Ģek il 4.10‟da yüzeyler arası tanımlanan iliĢki görülmektedir.
AĢağıda da robot manipülatörün montajının tamamlanmıĢ son halini bulunmaktadır.
Şekil 4.11 Manipülatörün montaj resmi
BÖLÜM BEġ
MEKANĠZMANIN DĠNAMĠK ANALĠZĠ
5.1 Giriş
Bundan önceki bölümlerde analiz kısmına kadar yapılan iĢlemlerden ve hazırlıklardan, kullanılan metodlardan bahsedildi. Bu bölümde ise projeninde ana teması olan dinamik analiz kısmı yapılmıĢtır Burada analiz adımları yapılırken bir yandanda nasıl yapıldığına dair kı sa bilgiler verilecektir. Böylece CosmosMotion programının kullanımına dair bilgi edinilebilecektir. 5.2 CosmosMotion’da Dinamik Analiz
SolidWorks programının bir eklentisi olan CosmosMotion programı bizlere dinamik analiz yapmanın yanısıra simülasyon ve animasyon oluĢturmamıza, böylece tasarladığımız sistemlerin belirli hareketler altında nasıl davrandığı hakkında bilgi edinmemize olanak sağlar. Bu programı kullanarak oluĢturduğumuz hareketli sistemleri prototip oluĢturmadan da inceleyebilir gerçek ile neredeyse %100 uyumlu sonuçlar elde edebiliriz. Bu da bizlere üretime geçmeden önce son karar aĢamasında çok büyük bir yardım sağlar. CosmosMotion programında simülasyona geçmeden önce bazı ayarlar yapmamız gerekmektedir. Bu ayarlar ile sistemimizin hareketli veya sabit uzuvlarını tanımlayıp, gerekli
hız,ivme vb parametrelerin değerlerini ve çeĢitlerini belirleriz. ġimdi aĢağıda yapılan adımlar ve nasıl yapıldıkları anlatılacaktır. Öncelikle robot manipülatörün montaj hali SolidWorks‟ün assembly modülünde açıldı ve ekrana taĢındı. Motion kısmında ilk adım hareketi tanımlamak için IntelliMotion Builder kısmının çalıĢtırılmasıdır. Burada karĢımıza çıkan pencerede ilk öncelikle birim tanımlaması yapılmalıdır (ġekil 5.1). Robot manipülatörün uzunluğu mm,kütlesi gram cinsinden simülasyon parametlerinde kuvvet newton zaman ise saniye cinsinden belirtilmiĢtir.
Şekil 5. 1 IntelliMotion açılıĢ penceresi
Buradan sonra next tuĢu ile yerçekimi ivmesi sekmesine geçilir. Burada yerçekimi “Gravity On” kutucuğu aktif hale getirilerek analiz sırasında yerçekimi etkisininde göz önüne alınması sağlanır. Daha sonra yerçekiminin doğrultusu – Y eksenin olacak Ģekilde ayarlanır. Manipülatörün analizi sırasında da sonuçların gerçeğe yakın olması için yerçekimi aktif hale getirilmiĢtir. Next tuĢu ile bir sonraki sekme olan parts kısmına geçilir. Burası sistemde ki parçaların hareketli veya hareketsiz olduğunun tanımlandığı kısımdır. Burada Assembly Components altında bulunan parçalar üzerine sağ tıklanarak hareketli parçalar Moving Part, sabit parçalarda Ground Parts kısmına gönderilir. Manipülatörün altı serbestlik derecesine sahip olduğu daha önce belirtilmiĢti. Bu açıdan manipülatörün tüm uzuvları harekete sahiptir. Tek sabit parça olan ana gövde de ground parts kısmında bulunmaktadır. (ġekil 5.2)
Şekil 5. 2 Hareketli ve sabit parçaların tanımlanması
Yapılan bu tanımladan sonra CosmosMotion programı otomatik olarak hareketli parçaların birbirleri ile temas halinde oldukları noktalara mafsallar (joints) atayarak hareketin tanımlanmasını gerçekleĢtiriyor. Next tuĢu ile bir sonraki sekme olan joints kısmına geçildiğinde atanan jointler görülebilir ve türüne karar verilebilir. Manipülatörün tüm uzuvları döner elemanlar oldukları için tanımlanan tüm mafsallar döner mafsal (revolute joints) olarak belirlenmiĢtir (ġekil 5.3) . Bu tanımla yapıldığında da SolidWorks programı belirlenen mafsalları otomatik olarak parçaların hareketli noktalarına yerleĢtirerek kullanıcaya büyük bir kolaylık sağlıyor. Programın diğer bir güzel yanıda tanımlanan tüm elemanların daha sonra istenilen anda geriye dönülerek değiĢtirilmesini sağlamak. Yapılan bu değiĢikliklerde otomatik olarak sonuca yansıtılmakta ve yapılan iĢlemlerin tekrar yapılamasına gerek kalmamaktadır. ġekil 5.3 de görülen revolute jointler sırası ile program tarafından birinci uzuv ile ikinci uzuv arasına, ikinci uzuv ile üçüncü uzuv arasına, üçüncü uzuv ile dördüncü uzuv arasına, dördüncü uzuv ile beĢinci uzuv arasına tanımlanmıĢtır.
Şekil 5. 3 Tanımlanan jointler ve türleri
Eğer sistemde yay bulunmuyorsa next tuĢuna iki kere basılarak motion sekmesine geçilir. Burada program tarafından otomatik olarak tanımlanan jointlerin motion type seçeneğinden hareket türünün ne olduğuna ve değerine, function seçeneğindende bu türün fonksiyonuna karar verilebilir. Motion type seçeneğinde kullanıcaya sunulan seçenekler Free (Serbest), Velocity (Açısal Hız), Acceleration (Açısal Hız) ve Displacement (YerdeğiĢtirme)‟dir. Function seçeneğinde ise tüm bu sayılan özelliklerin farklı seçenekleri ve çeĢitleri mevcuttur (ġekil 5.4). Kullanıcı bunları kendi ihitiyacına göre belirleyip seçebilir. Manipülatörde ise mafsalların hepsi için açısal hız değerleri atanmıĢtır. Bu hız değerler inin hepsi de constant (sabit) olarak belirlenmiĢtir. Mafsallara atanan hız değerleri Ģöyledir: Revolute: -100 deg/s, Revolute 2: -125 deg/s, Revolute 3: -360 deg/s, Revolute 4: 200 deg/s, Revolute 5: 180 deg/s‟dir. Verilen ( -) değerler dönme yönünü ters ç evirmek
için verilmiĢtir.
Şekil 5. 4 Mafsal hızlarının ve türlerinin belirlenmesi
Son adım simulation sekmesidir. Burada duration kısmında uzuvların kaç tur atacağı ve frames kısmında da bu süre içinde ne kadar adımın gösterileceği yani simülasyonun görüntü hızına karar verilir. Yapılan çalıĢmalarda duration süresi 1,frame sayısı da 200 olarak belirlenmiĢtir. Son olarak burada simulation butonuna basılarak verilen koĢullar altında simülasyon gerçekleĢtirilir. Bundan sonra sonuçlar kısmında, simülasyonu yapılan manipülatörün uzuvlarında oluĢan tepki kuvvetleri, momentler, hızlar, ivmeler gösterilmiĢ ve diyagramlarına yer verilmiĢtir.
5.3 Sonuçlar
Bu bölümde bir önceki bölümde anlatıldığı gibi istenilen Ģartlarda uzuvlarına harek et verilen manipülatötün, bu Ģartlar altında verdiği tepkiler grafikler ve resimler yardımıyla gösterilmiĢtir.
5.3.1 Ana Gövde
Ana gövde daha öncede belirtildiği gibi manipülatörün sabit kısmıdır. Bu açıdan üzerinde oluĢan kuvvetler ve momentler hareketten ötürü değil, bu parçaya bağlı olarak hareket eden birinci uzuvun hareketinden ötürü oluĢan kuvvetlere tepki olarak oluĢmaktadır. AĢağıda ki Ģekilde ve tablolarda ana gövde üzerinde oluĢan kuvvetler ve bu kuvvetlerin kuvvet -zaman eğrileri görülebilir.
3 No‟lu mafsal tepki kuvveti
3 No‟ lu mafsal momenti
Coincident-14 tepki kuvveti
Şekil 5. 5 Ana gövde de oluĢan tepki kuvvetleri ve momentler
Tablo 5.1 Mafsal 3 tepki kuvveti
1077 823 569 316 62 0,00
0,20
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
Tablo 5.2 Mafsal 3 moment diyagramı 30168 24708 19248 13787 8327 0,00
0,20
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
Tablo 5.3 Coincident – 14 tepki kuvveti 1274 956 638 321 3 0,00
0,20
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
5.3.2 Birinci Uzuv
Bu uzuva kendi ekseni etrafında 360 deg/s‟lik bir açısal hız verilmiĢtir ve bu hareketi sonucu oluĢan kuvvetler ve momentler ve bunların diyagramları aĢağıda verilmiĢtir.
Coincident-14 tepki kuvveti
1 No‟lu mafsal tepki kuvveti
1 No‟lu mafsal momenti
3 No‟lu mafsal momenti
3 No‟lu mafsal tepki kuvveti Şekil 5. 6 Birinci uzuvda oluĢan tepki kuvvetleri ve momentleri Tablo 5.4 Coincident – 14 tepki kuvveti 1274 956 638 321 3 0,00
0,20
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
Tablo 5.5 Mafsal 1 tepki kuvveti
Tablo 5.6 Mafsal 3 tepki kuvveti
182
1077
165
823
148
569
131
316
114
62
0,00
0,20
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
Tablo 5.7 Mafsal 1 moment diyagramı
0,00
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
Tablo 5.8 Mafsal 3 moment diyagramı
64982
30168
55373
24708
45764
19248
36155
13787
26546
8327 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 Zaman (s)
0,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 Zaman (s)
5.3.3 İkinci uzuv
Bu bölümde -100deg/s açısal hız altında dönen iki numaralı uzuvda oluĢan tepki kuvvetleri ve kuvvetlerin zaman diyagramları bulunmaktadır.
1 No‟lu mafsal momenti
1 No‟lu mafsal tepki kuvveti
2 No‟lu mafsal tepki kuvveti
2 No‟lu mafsal momenti
Şekil 5. 7 Ġkinci uzuvda oluĢan tepki kuvvetleri ve momentleri
Tablo 5.9 Mafsal 1 tepki kuvveti
Tablo 5.10 Mafsal 2 tepki kuvveti
182
159
165
144
148
129
131
113
114
98 0,00
0,20
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
0,00
0,20
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
Tablo 5.11 Mafsal 1 moment diyagramı
Tablo 5.12 Mafsal 2 moment diyagramı 22742
64982 55373
20506
45764
18269
36155
16033
26546 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 Zaman (s)
13796 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 Zaman (s)
5.3.4 Üçüncü uzuv -125 deg/s açısal hız altında üç numaralı uzuvda oluĢan tepki kuvvetleri ve momentleri ve
bunların diyagramları aĢağıda görülmektedir
Şekil 5. 8 Üçüncü uzuvda oluĢan tepki kuvvetleri ve momentleri
Tablo 5.13 Mafsal 2 tepki kuvveti
Tablo 5.14 Mafsal 5 tepki kuvveti
159
59
144
51
129
43
113
35
98
27 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 Zaman (s)
0,00
1,00
Tablo 5.15 Mafsal 2 moment diyagramı 22742 20506 18269 16033 13796 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 Zaman (s)
Tablo 5.16 Mafsal 5 moment diyagramı
3948 3632 3317 3002 2686 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 Zaman (s)
1,00
0,20
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
5.3.5 Dördüncü Uzuv
Dört numaralı uzuvun 180 deg/s açısal hız altında maruz kaldığı kuvvetler ve momentlerin gösterimi ve diyagramları aĢağıda mevcuttur.
5 No‟lu mafsal tepki kuvveti
4 No‟lu mafsal tepki kuvveti
5 No‟lu mafsal momenti
4 No‟lu mafsal momenti Şekil 5. 9 Dördüncü uzuvda oluĢan tepki kuvvetleri ve momentleri
Tablo 5.17 Mafsal 5 tepki kuvveti
Tablo 5.18 Mafsal 4 tepki kuvveti
59
14
51
13
43
11
35
9
27
7
0,00
0,20
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
0,00
0,20
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
Tablo 5.19 Mafsal 5 moment diyagramı
Tablo 5.20 Mafsal 4 moment diyagramı
3948
617
3632
543
3317
469
3002
394
2686
320 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 Zaman (s)
0,00 0,20
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
5.3.6 Beşinci Uzuv
200 deg/s açısal hız altında beĢ nolu uzuv da oluĢan tepki kuvvet ve momentleri aĢağıda diyagramları ile mevcuttur.
4 No‟lu mafsal tepki kuvveti
4 No‟lu mafsal momenti
Şekil 5. 10 BeĢinci uzuv tepki kuvvetleri ve momentleri
Tablo 5.22 Mafsal 4 moment diyagramı
Tablo 5.21 Mafsal 4 tepki kuvveti 14
617
13
543
11
469
9
394
7
320 0,00
0,20
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
0,00
0,20
0,40 0,60 Zaman (s)
0,80
1,00
AĢağıdaki resimde End effector‟ün ilk konumundan son konumuna kadar geçen sürede takip ettiği yörünge görülebilir.
Şekil 5. 11 End effector‟ün yörüngesi
