HUMANOİD ROBOT BACAĞI TASARIMI VE YÜRÜME KONUMLARINA GÖRE ANALİZİ

T.C. DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ HUMANOİD ROBOT BACAĞI TASARIMI VE YÜRÜME KONUMLARINA GÖRE ANALİZİ BİTİRME PROJESİ Bedri Alper SAKARYA Projeyi Yöneten Doç. Dr. Zeki KIRAL Aralık, 2010 İZMİR 1

TEZ SINAV SONUÇ FORMU Bu çalışma / /. günü toplanan jürimiz tarafından BİTİRME PROJESİ olarak kabul edilmiştir. Yarıyıl içi başarı notu 100 (yüz) tam not üzerinden (.. ) dir. Başkan Üye Üye Makine Mühendisliği Bölüm Başkanlığına,.. numaralı jürimiz tarafından / /. günü saat da yapılan sınavda 100 (yüz) tam not üzerinden. almıştır. Başkan Üye Üye ONAY 2

TEŞEKKÜR Humanid robot bacak tasarımı ve yürüme konumlarına göre analizi konusunda yaptığım bitirme projemde desteğiyle her zaman yanımda olan değerli hocam Doç. Dr. Zeki KIRAL a teşekkür ederim. Çalışmam süresince benden desteğini hiç esirgemeyen nişanlım Aslı Gürün' e desteği ve fedakarlıkları için çok teşekkür ederim. Bedri Alper SAKARYA 3

ÖZET İnsansı robot mekanik tasarımında en önemli bölüm haraketi sağlayacak ve yer tepki kuvvetlerini karşılayacak olan ayak yapısıdır. Cismin ağırlığı ve yer tepki kuvvetleri sebepli ayak parçalarında ayağın haraketiyle dolayısıyle değişen farklı gerilmeler oluşur. Robotun istenen haraket kabiliyetine göre farklı serbestlik dereceli ve gerekli dayanımda tasarımlar oluşturulmalıdır. Bu projede, Solidworks 2010 yazılımı ile beş serbestlik dereceli insansı bir robot ayağı tasarlanmış ve yürüme siklusu içindeki açısal değişimleriyle farklı analizlere tabi tutulmuştur.. Birinci bölümde, robotik hakkında tarihsel ve tanım bilgileri verilmiş ve güncel humanoid robot örnekleri tanıtılmıştır. İkinci bölümde, yürüme tanımı ve yürüme ile ilgili bilgiler verilmiştir. Üçüncü bölümde, solidworks yazılımıyla yapılan humanoid robot bacak tasarımı tanıtılmıştır. tanıtılmıştır. Dördüncü bölümde, yapılan tasarımın yürüme konumlarına göre analiz işlemleri ve sonuçları verilmiştir. Beşinci bölümde,proje kapsamında yapılan tasarım ve analizlerin genel değerlendirmesine yer 4

İÇİNDEKİLER Sayfa Teşekkür.... III Özet....IV İçindekiler...... V Şekil Listesi......VII Bölüm Bir 1. Robotik...9 1.1 Robot nedir........10 1.2 Örnek Humanoid Robotlar...11 Bölüm İki 2. Yürüme ve yürüme siklusu........... 15 2.1 Yürüme nedir...15 2.2 Yürümenin fazları...15 2.3 Yürüme siklusu...15 2.4 Yürümede hız ve mesafe ölçümleri...16 2.5 Yürüme siklusu açısal konumları...17 Bölüm Üç 3. Katı Modellerin Oluşturulması ve tasarım.... 19 3.1. Tasarım nedir ve nasıl yapılır......... 19 3.2. Tasarlnan humanoid robot ayağının tanıtımı..........19 3.2.1 Tasarım Resimleri...20 3.2.1.1 Montaj Resimleri...20 3.2.2Parça resimleri........ 21 5

3.2.2.1 Motor görüntüleri...21 3.2.2.2 Bel mafsalları...22 3.2.2.3 Uyluk...23 3.2.2.4 Diz mafsalları...23 3.2.2.5 Kaval...24 3.2.2.6 Ayak bileği...24 3.2.2.7 Ayak...25 3.2.3 Patlatılmış montaj görüntüleri...........26 3.3 Tasarım değerlendirmesi............27 Bölüm Dört 4. Humanoid robot ayağının tanımlanmış yürüme siklusu konumları için analizi....28 4.1. Analiz nedir ve nelere dikkat edilerek yapılır.........28 4.2. Projede kullanılan analizler ile ilgili açıklamalar....28 4.3. Statik analizler........29 4.3.1. Tanımlanmış 1 numaralı yürüme siklus konumu için analiz.... 29 4.3.2. Tanımlanmış 2 numaralı yürüme siklus konumu için analiz.........30 4.3.3. Tanımlanmış 3 numaralı yürüme siklus konumu için analiz......30 4.3.4. Tanımlanmış 4 numaralı yürüme siklus konumu için analiz.........31 4.3.5. Tanımlanmış 5 numaralı yürüme siklus konumu için analiz...31 4.3.6. Tanımlanmış 6 numaralı yürüme siklus konumu için analiz...32 4.3.7. Tanımlanmış 7 numaralı yürüme siklus konumu için analiz...32 4.3.8. Tanımlanmış 8 numaralı yürüme siklus konumu için analiz...33 4.4. Frekans analizleri......34 4.4.1. Birinci doğal frekans...34 4.4.2. İkinci doğal frekans...34 4.5. Analiz değerlendirmesi...35 Bölüm Beş 5. Sonuç ve değerlendirme........36 Kaynakça.... 37 6

ŞEKİL LİSTESİ Şekil 1.1: Tarihi robotik uygulamaları........9 Şekil 1.2: Örnek Robot.......10 Şekil 1.3: Humanoid robot kojiro.......11 Şekil 1.4: Humanoid robot asimo........12 Şekil 1.5: Humanoid robot huba........12 Şekil 1.6: Humanoid robot toyoto partner........13 Şekil 1.7: Humanoid robot sony qrio........13 Şekil 1.8: Humanoid robot surena........14 Şekil 1.9: Humanoid robot suralp........14 Şekil 2.1: Yürüme fazları..........15 Şekil 2.2: Yürüme destek ve basma fazları..........16 Şekil 2.3: Yürümede uzunluklar..........16 Şekil 2.4: Yürüme siklus açıları...........17-18 Şekil 3.1: Esas Tasarlanan montaj görüntüsü............20 Şekil 3.2: Sadeleştirilmiş montaj görüntüsü......... 20 Şekil 3.3: Gerçek motor............21 Şekil 3.4: Sadeleştirilmiş motor......21 Şekil 3.5: Sol bel mafsalı.......22 Şekil 3.6: Sağ bel mafsalı...22 Şekil 3.7: Uyluk parçası..........23 Şekil 3.8: Diz mafsalı..........23 Şekil 3.9: Kaval Parçası.........24 Şekil 3.10: İkinci ayak bileği parçası....... 24 Şekil 3.11: Birinci ayak bileği parçası......... 25 Şekil 3.12: Ayak tabanı görüntüsü...... 25 Şekil 3.13: Yatay yönde patlatılmış montaj görüntüsü.......26 Şekil 3.14: Dikey yönde patlatılmış montaj görüntüsü.......26 Şekil 3.15: Yatay ve dikey yönde tam patlatılmış görüntüsü.......27 Şekil 4.1: Tanımlanmış 1 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü...29 Şekil 4.2: Tanımlanmış 2 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü...30 Şekil 4.3: Tanımlanmış 3 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü...30 Şekil 4.4: Tanımlanmış 4 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü...31 Şekil 4.5: Tanımlanmış 5 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü...31 7

Şekil 4.6: Tanımlanmış 6 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü...32 Şekil 4.7: Tanımlanmış 7 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü...32 Şekil 4.8: Tanımlanmış 8 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü...33 Şekil 4.9: Doğal frekans analizi ikinci doğal frekans görüntüsü.........34 Şekil 4.10:Doğal frekans analizi ikinci doğal frekans görüntüsü...... 34 8

1. ROBOTİK Robotik, Makine Mühendisliği, Bilgisayar Mühendisliği, Elektronik Mühendisliği ve Kontrol Mühendisliği dallarının ortak çalışma alanıdır. Robotlar bir yazılım aracılığıyla yönetilen ve yararlı bir amaç için iş ve değer üreten karmaşık makinelerdir. Robotik bütün dünyada olduğu gibi ülkemizde de büyük ilgi görmektedir. Robotik'e yakın bir konu Mekatronik'tir. Üniversitelerimizde Mekatronik adıyla robotik bölümleri açılmakta, ön lisans ve lisans düzeyinde eğitimler verilmektedir. "Robot kavramı ve uygulamaları", insan konforu ve güvenliğiyle ilgili temel kavramlarda ve uygulama niteliklerinde ilkesel düzeyde değişimlere yol açacak bilimsel ve teknolojik bir adımdır. Robot teknolojisi, çağımız gelişim süreci içinde gelişen birçok bilimsel ve teknolojik olguların, robot adını verdiğimiz teknolojik ürünler üzerinde bütünleşmesi ve uygulamasını içerir. Şekill 1.1 Tarihi robotik uygulamaları Batı Literatüründe M.Ö 300 Yıllarında Yunan Matematikçi Archytas tarafından buharla çalışan bir Güvercin yapılmış olduğu belirtilse de robotikle ilgili bilinen en eski kayıt Anadolu'ya aittir. Artuklu Türklerinin Diyarbakır da hüküm sürdüğü yıllarda yaşayan El-Cezeri nin ( Ebü l İz İbni İsmail İbni Rezzaz El Cezeri) 1136-1206 yılları arasında yaşadığı tahmin edilmektedir. El-Cezeri 32 yıl Artuklu sarayında mühendislik yapmış ve zamanına göre çok ileri düzeyde teknoloji içeren ve otomatik olarak çalışan çok sayıda düzenek kurmuştur. Cezeri' nin mühendislik açısından büyük önem taşıyan eserinin orijinal adı, Kitab-ül Cami Beyn-el -İlmi ve'l-ameli en Nafi Fi Sınaati-l Hiyel (Mekanik Hareketlerden Mühendislikte Faydalanmayı İçeren Kitap) olarak bilinmektedir. Eserin başka isimleri de bulunmaktadır. Kitab-ül Hiyel 6 bölümden oluşmaktadır. Kitab-ül Hiyel den bazı örnekler olarak otomatik kuşlar, filli saat, otomatik yüzen kayık ve çalgıcılar, birbirine şerbet ikram eden iki şeyh, 9

dört çıkışlı iki şamandıralı otomatik sistem, iki bölümlü testi (termos), otomatik su akıtma, ikramda bulunma ve kurulama makinası, su çarkı kepçe mekanizması, motor-kompresör mekanizması ve su çarkı su dolabını sayabiliriz. 1.1 Robot Nedir Bugüne dek robot nedir sorusuna cevap olarak birçok tanım sunulmuştur. Bunlar arasında en kapsamlı olan birkaçı şöyledir: Robot, mekanik sistemleri ve bunlarla ilişkili kontrol ve algılama sistemleri ile bilgisayar algoritmalarına bağlı olarak akıllı davranan makinelerdir. Robot, yeniden programlanabilen; maddeleri, parçaları, aletleri, programlanmış hareketlerle yapılacak işe göre taşıyan veya işleyen çok fonksiyonlu makinelerdir.(robot institute of america 1979 ) Robot, bir kaide üzerinde en az bir kol, tutma organları(genellikle pensler, vantuzlar veya Şekil 1.2 Örnek Robot elektromıknatıslar),pnömatik, hidrolik veya elektriksel sensörler ile konumu ve basınç algılayıcıları ile bilgi işlem organlarıyla donatılmış kontrollü mekanik maniplelerdir. Robot, bu konuda çalışmalarıyla tanınan Maja Mataric'in yaptığı tanıma göre, ortamdan topladığı verileri dünyası hakkında sahip olduğu bilgiyle sentezleyerek, anlamlı ve amaçlarına yönelik bir şekilde hareket edebilen ve bunu güvenli bir biçimde yapabilen bir makinedir. Bu tanımların her biri tek bir noktada birleşir. Bir mekanizmanın robot olarak adlandırılabilmesi için dört temel kısmı içermesi gerekir. Bu temel kısımlar; robotun çevresindeki verileri algılayabilmesi için gerekli sensörler (alıcılar), verilerin toplanmasını ve kontrolü sağlayan elektronik devreler, bu sensör verilerini kullanarak robotun amacına uygun matematiksel ve mantıksal işlemler ile karar verme olayının gerçekleşmesini sağlayan bir program (robotun mikrodenetleyicilerine yüklenecek algoritma) ve verilen kararlar doğrultusunda gerekli hareketleri gerçekleştirebilecek bir mekanik düzenektir 10

1.2 Örnek humanoid robotlar Omurgalı ilk robot Kojiro Şekil 1.3 Humanoid robot kojiro İnsan iskeletine benzer bir yapıya sahip insansı robot Kojiro, uzuvlarını aynı insan gibi hareket ettirebiliyor.yorucu, sıkıcı ve zaman alıcı ev işlerini yapmaktan kurtulma zamanı gelmiş olabilir. Birkaç yıl içinde değilse de on yıla kalmaz ilk hizmetçi robot lar mağazalarda yer bulacak. Tokyo Üniversitesi JSK Robotbilim Laboratuarı nda çalışan araştırmacılar, insan gibi yürüyüp hareket edebilen Kojiro isimli yeni robot prototipini basına gösterdi. Robotu öncekilerden ayıran temel nitelik, insanınkine çok benzeyen iskelet yapısına sahip olması. Asimo Honda nın 2000 yılında geliştirdiği bu humanoid robot insansı bir yapıya sahip olmanın yanında bir insan gibi yürüyebiliyor ve hatta koşabiliyor (max. 6 km/sa). İsmi 'Yenilikçi Hareketlilikte İleri Adım' anlamına gelen 'Advanced Step in Innovative Mobility' kelimelerinin kısaltılmasından oluşur. 11

Özellikleri: Ağırlık: 43kg Yürüme Hızı: 0-2.7 km/sa Koşma Hızı: 6 km/sa Uzunluk: 130 cm Genişlik: 45 cm Derinlik: 44 cm Devamlı çalışma süresi: 1 saat Şekill 1.4 Humanoid robot asimo Hubo Hubo, Kaist ( Korea Advanced Instıtue of Science and Technology ) tarafından 6 Ocak 2005 te tanıtılan bir humanoid robottur. Hubo Asimo dan sonra geliştirilen ilk humanoid ( insansı ) robottur ve Asimo ya rakip olarak geliştirildiğini söylemek mümkündür. Ayrıca işaret dilini bilen ve anlayabilen ilk robottur. Şekil 1.5: Humanoid robot huba 12

Toyota Partner Toyota geliştirdiği bu humanoid robot 120 cm boyunda ve 35 kg ağırlında. Toyota Partner gelişmiş bir yapay zekaya sahip olup trompet çalabiliyor. Trompet çalabilmesini sağlayan mekanizmalar hareketli parmakları ve nekanik dudaklarıdır. Şekil 1.6: Humanoid robot toyoto partner Sony QRIO Sony tarafından geliştirilen bu robot çok sayıda dokunma, hareket, ısı ve acı algılayıcısına sahip durumda. 60 cm uzunluğunda ve 7,3 kg ağırlığında. Sony QRIO üçüncü göz adlı bir teknolojiyle yerdeki kutu ve cisimleri algılayarak düzgün şekilde üst üste dizebilme yeteneğine sahip bir robot. Şekil 1.7: Humanoid robot sony qrio 13

SURENA Şekil 1.8: Humanoid robot surena İran, Honda Asimo'ya rakip olarak gösterilen insansı robot Surena'nın ikinci versiyonunu tanıttı. Tahran Üniversitesindeki 20 mühendis tarafından geliştirilen yaklaşık 1,5 metre uzunluğunda ve 45 kilo ağırlığındaki Surena II, yavaş adımlarla da olsa üzerindeki yükü taşıyacak şekilde yürüyebiliyor. Adını ünlü pers savaşçısından alan ve İran devlet başkanı M. Ahmedinejat tarafından tanıtılan Surena II, yakın zamanda ses ve görüntü modüllerine kavuşarak daha yetenekli bir yapıya bürüneceği zira ses ve görüntüye göre tepki vererek hareket edebileceği belirtiliyor Suralp Şekil 1.9: Humanoid robot suralp SURALP, Türkiye'nin ilk insansı robotu olma özelliğini taşıyor, 164 santimetre uzunluğundaki robotun, 114 kilogramağırlığında. 14

2.1 Yürüme nedir 2.YÜRÜME VE YÜRÜMÜ SİKLUSU Sözlük anlamı Adım atarak ilerlemek, gitmekdir. Esasen bir konumdan başka bir konuma ulaşmak için ayaklarımız yaptığımız doğrusal ve açısal haraketlerdir. 2.2. Yürümenin Fazları Şekil 2.1 Yürüme fazları Basma fazı ; 1- ilk değme (initial contact), 2- yüklenme (loading response), 3-basma ortası (midstance), 4- basma sonu (terminal stance) ve 5- salınım öncesi (preswing) fazları, salınım fazı ise 6- erken salınım (initial swing), 7- salınım ortası (mid-swing) ve 8- salınım sonu (terminal swing) fazları olarak alt gruplara ayrılır. 2.3. Yürüme Siklusu Yürürken gövdeyi öne doğru ilerletebilmek için bacaklarda bir dizi hareket oluşur ve bu hareketler sürekli tekrarlanır. Belirli bir düzenle tekrarlanan bu hareket zincirine yürüme siklusu adı verilir. [ Basma fazı ][ Salınım fazı ] Şekil 2.1 Yürüme fazları 15

İnsan yürürken önce bir bacağını öne atar, onun üzerine bastıktan sonra diğerini yerden kaldırır ve ilerletir. Yürüme siklusunda bacağın havada olduğu süre salınım (swing), yerde olduğu süre ise basma (stance) fazı olarak tanımlanır. Bir alt ekstremitenin yere değdiği an basma fazının başlangıcıdır. Bu ekstremite yerden ayrıldığında basma fazı biter, salınım fazı başlar. Aynı ekstremite tekrar yere değdiğinde ise yürüme siklusu tamamlanmış olur. Şekil 2.2 Yürüme destek ve basma fazları Sağlıklı bir insanda rahat yürüme hızında yürüme siklusu süresi bir saniyenin biraz üstünde olup %62'si basma, %38'i salınım fazından oluşur. Her iki ayağın yerde olduğu döneme çift destek (double support) fazı denir. Bu dönemde gövde ağırlığı bir ekstremiteden diğerine aktarılır. Tek ayağın yerde olduğu döneme ise tek basma fazı denir. Basma fazındaki bacak gövde ağırlığını yüklenir ve ayak eklemleri üzerinden öne doğru aktarır. Bu esnada havadaki bacak ilerler ve yere basmaya hazırlanır. 2.4. Yürümede Hız ve Mesafe Ölçümleri Şekil 2.3 Yürümede uzunluklar Yürüme sırasında iki ayak arasındaki öne doğru mesafe adım uzunluğu, aynı ayağın iki topuk vuruşu arasındaki mesafe ise çift adım uzunluğu olarak tanımlanır. Yürüme bozukluklarında bazen adım uzunlukları birbirinden farklı olur. Adım genişliği iki ayak çizgisi arasındaki yana mesafedir. 16

Topuk ortasndan veya ayak bileği eklemi ortasından ölçülür. Ayak açısı gidilen yön ile ayağın ortasından geçen çizgi arasındaki açıdır. 2.5. Yürüme siklusu açısal konumları Refarans bacak olarak bir insanın sağ bacağı alınmıştır. Birinci ve ikinci durumdaki siklus konumları Üçüncü ve dördüncü durumdaki siklus konumları 17

Beşinci ve altıncı durumdaki siklus konumları Yedinci ve sekizinci durumdaki siklus konumları Şekil 2.4 Yürüme siklus açıları 18

3. KATI MODELLERİN OLUŞTURULMASI VE TASARIM 3.1 Tasarım nedir ve nasıl yapılır Sözlük anlamı zihinde canlandırılan biçim, tasavvur. Olan tasarımın bir başka tanımıda geliştirilen bir dizgenin bölümleri arasındaki çalışma ilişkilerinin, her bir bölümün özgül işlevleri ayırt edilip belirlenmesidir. Bir parça dahi tasarlarken tasarımcının dikkat etmesi gereken bazı hususlar vardır bunlardan en önemlileri şunlardır. İşlem ağacının düzenli olması ve modifiye etmeye el verişli bir tasarım yapmaktır. Her parça ve model zaman içinde veya daha erken analiz sonuçlarına göre bazı ölçü ve toleranslarının değişmesi gerekir. Tasarımımızda buna elverişli olmalıdır. Bir başka önemli husus ise parçaların işlenebilirliğidir. Tasarımcı parçanın nasıl en kolay işleneceğini düşünmeli ve bu işleme yöntemine uygun tasarım yapmalıdır. Eğer talaş kaldırma işlemi yapılcak mümkün olduğu kadar az uç değiştirmeli ve işlem sırası imalatcıya kolaylık sağlamalıdır. Belkide en önemlisi üretilen tasarımın hedeflenen amacı karşılamasadır. Bu sebeple her tasarımdan önce tasarlayacağımız parça veya makinanın kullanım amacını belirlemek ve buna göre kiriterleri belirtmek. Tasarımımızı çıkan bu şablonda yapmamız gerekir. Robot tasarımlarıda bundan çok farklı değildir kısaca özetlememiz gerekirse ; robotu en basit şekilde amacını gerçekleştirebileği bir mekanik düzende tasarlamalısınız. Robotunuzun uyması gereken belli kriterler var ise bunları göz önünde bulundurmalısınız ( boyut, ağırlık). Bunlar belli olduğunda mekanik düzeneği doğru tasarlamak için önce robot motorlarını belirleyin. Robot motorunu seçerken motorun devir sayısı, motorun çalışma voltajı, motorun çektiği akım ve motorun büyüklüğü gibi etkenler önemlidir. Size en uygun robot motorunu seçtikten sonra bu motorları nasıl yerleştireceğinizi belirleyin ve robot gövdesini tasarlayın. 3.2 Tasarlanan robot humanoid robot ayağının tanıtımı Ben projem kapsamında iki farklı tasarım yaptım bunlardan birinci gerçek tasarımım ikincisi ise Solidworks yazılımında kolay analiz yapabilmem için basitleştirilmiş tasarım. İki tasarımda özellik, mantık ve işleyiş olarak aynıdır. Sadece daha hızlı ve kolay analiz yapabilmek için ikinci tasarımımda ilk tasarımdaki parçaların ölçülerine olabildiğince sadık kalınarak yüzey işlemeleri sadeleştirildi. Proje kapsamında sadeleştirilmiş tasarım üstünden çalıştırıldığı özellikle o tasarımın üzerinde durulcaktır. Tasarımlar toplamda 283.18 mm boyutunda ve 2671.34 gram olmuştur. Bilekde 2, dizde 1, belde 2 olmak üzere 5 serbestlik derecelidir. 19

3.2.1 Tasarım Resimleri 3.2.1.1 Montaj Resimleri Şekil 3.1 Esas Tasarlanan montaj görüntüsü Şekil 3.2 Sadeleştirilmiş montaj görüntüsü 20

3.2.2 Parça Resimleri 3.2.2.1 Motor Görüntüleri Şekil 3.3: Gerçek motor. Şekil 3.4 Sadeleştirilmiş motor 21

3.2.2.2 Bel mafsalalrı Şekil 3.5 Sol bel mafsalı Şekil 3.6 Sağ bel mafsalı İki parça bir birinin simetriğidir. Ve gerçek her iki tasarımdada aynen kullanılmıştır. 22

3.2.2.3 Uyluk Şekil 3.7 Uyluk parçası Bir kere kullanılmıştır her iki parçadada aynıdır. 3.2.2.4 Diz mafsal Şekil 3.8 Diz mafsalı. Tasarımda solda ve sağda olmak üzere iki defa kullanılmıştır. (Bkz. patlatılmış görüntü Resim 23, 24 veya 25). Basitleştirilmiş tasarımda köşe yuvarlatmaları iptal edilmiştir. 23

3.2.2.5 Kaval Şekil 3.9 Kaval Parçası Bir kere kullanılmıştır, basitleştirilmiş tasarımda ön üst bölümdeki köşe yuvarlatması iptal edilmiştir. 3.2.2.6 Ayak Bileği Şekil 3.10 İkinci ayak bileği parçası. Bileği yukarı aşağı dikey yönde haraketi verilmesini sağlayan bilek tasarımı. Her iki tasarımdada birer tane olmak üzere aynı parça kullanılmıştır. 24

Şekil 3.11 Birinci ayak bileği parçası. Bileğe yanlara burkulma haraketini verilmesini sağlayan bilek tasarımı. Her iki tasarımdada birer tane olmak üzere aynı parça kullanılmıştır. 3.2.2.7 Ayak Şekil 3.12 Ayak tabanı görüntüsü Yerden gelecek tepki kuvvetlerini dayanabilmesi için iki kat arası 8 tane mesnet ile desteklenmiş iki katlı ayak tasarımı. Her iki tasarımdada aynı parça kullanılmıştır. 25

3.2.3 Patlatılmış montaj görüntüleri Şekil 3.13 Yatay yönde patlatılmış montaj görüntüsü Tasarımda montaj işlemi önce her gurubun bir birine montajı ile elde eilen 4 farklı montajın montajlanması ile elde edilmiştir. Burda daha rahat görülsün diye en sondaki ayak montajı da kendi içinde patlatılmıştır. Şekil 3.14 Dikey yönde patlatılmış montaj görüntüsü Tasarımda montaj işlemi önce her gurubun bir birine montajı ile elde eilen 4 farklı montajın montajlanması ile elde edilmiştir. Burda daha rahat görülsün diye en sondaki ayak montajı da kendi içinde patlatılmıştır. 26

Şekil 3.15 Yatay ve dikey yönde tam patlatılmış montaj görüntüsü 3.3 Tasarım Değerlendirmesi Tasarım boyunca en önem verilen konulardan biri bileğin iki, dizin bir, ve kalcanın iki olmak üzere toplam beş haraket kabiliyiteni yani beş serbestlik derecesini kaybettirmeden tasarımı üretmiş olduğumuz 1mm et kalınlığındaki saçlara mukavamet kazandırmak idi. Gerçek bir insan bacağının yedi serbestlik derecesi olduğunu düşünürsek beş serbestlik dereceli bu tasarım güzel bir şekilde tasarlanmıştır 27

4. HUMANOİD ROBOT AYAĞININ TANIMLANMIŞ YÜRÜME SİKLUSU KONUMLARI İÇİN ANALİZLERİ. 4.1 Analiz nedir nelere dikkat edilerek yapılır Tasarım ve analiz yazılımları bu kadar gelişmeden önce bir parça veya makine üretime geçmeden deneylere tabi tutulurdu. Deneyler sonucu alının veriler ya tablolama işlemi ile literatüre bilgi olarak geçer veya üretilen ürün onay alır seri üretime geçerdi. Ama her iki amaç içinde prototip üretimleri bunlara uygulanan deneyler hem çok masraflı hem çok zaman alan hemde çok külfetli işlerdi. İşte artık günümüz mühendis ve teknik adamalrını bu dertlerden kurtarmak için hızla ilerleyen ve gelişen bir sektör olan analizcilik ve analiz yazılımları bize bu konuda fazlasıyla yardım ve haraket kabiliyeti tanıyor. Analizdede tasarım gibi ilk olarak düşünülmesi gereken amaçdır. Analiz en özetle bir amaç uğruna tasarlanmış olan ürünün tasarımın amaca hizmet edecek ölçüde uygun olup olmadığının veya daha uygun bir tasarımın olup olmadığını öğrenilmesi için ürüne sanal ortamda uygulanan deneyler ve tasarım senaryolarıdır. 4.2 Projede kullanılan analizler ile ilgili açıklamalar Projemde statik ve frekans olmak üzere iki tip analiz uygulamamız kafi oldu. Statik analiz yukarda 2.5 konu başlığında verilmiş olan yürüyüş siklusu açısal değerleri ne göre 8 farklı konum için 8 farklı analiz uygulanmıştır. Bizim ayak tasarımımız toplamda 283.18 mm olup asimo atlı robotun yaklaşık yarısı kadar boyutlara sahiptir. (Bkz konu 1.3.2 ) buda yaklaşık olarak toplam kilosunun 25 kg civarı olacağını göstermektedir. Ama gerek kullandığımız motorların ağırlığı gerekse yürüme esnasında oluşacak dinamik zorlamalar sebebiyle aldığımız 2 ye yakın olan emniyet katsayımız neticesinde robotumuzun toplam ağırlığını 50kg olarak belirledik ve analizleri ayak başına 25kg düşecek şekilde hesapladık. Ayağı her durumda kalça kısmından sabitledik ve yer çekimi ivmesini 9.82 m/s 2 olarak tanımladık. Ayağın zemine teması olduğu 1, 2, 3, 4, 5 konumları için ayağın yere başısına göre belirlenen bölgelerden 25kg lık yer tepki kuvvetleri uygulandı ve çıkan gerilme sonuçlarının AISI 1020 malzemenın akma mukavameti olan 270 mpa nın altında olması istendi. 28

Titreşim analizleri ise sadece bilgi olması için ve secilecek olan motorların oluşturacağı titreşim sebepli rezonansa girmemesi içiçn belirlendi ve ilk iki doğal frekansının yeterli olacağı kanısına varıldı. 4.3 Statik Analizler 4.3.1 Tanımlanmış 1 numaralı yürüme siklus konumu için analiz Şekil 4.1 Tanımlanmış 1 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü Zeminden topuğa uygulanan 25kg yani 245.25 N luk kuvvete karşı gelen gerilme maksimum 253 mpa çıkmıştır. Tasarımın geneli 80 ile 100 mpa arasındadır ve analiz sonucu olarak tasarım uygundur. 29

4.3.2 Tanımlanmış 2 numaralı yürüme siklus konumu için analiz Şekil 4.2 Tanımlanmış 2 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsüzeminden topuk ve ayağın arka basma yüzeyine uygulanan 25kg yani 245.25 N luk kuvvete karşı gelen gerilme maksimum 240 mpa çıkmıştır. Tasarımın geneli 80 ile 120 mpa arasındadır ve analiz sonucu olarak tasarım uygundur. 4.3.3 Tanımlanmış 3 numaralı yürüme siklus konumu için analiz Şekil 4.3 Tanımlanmış 3 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü Zeminden ayağın tüm alt tabanına dik olarak uygulanan 25kg yani 245.25 N luk kuvvete karşı gelen gerilme maksimum 257.6 mpa çıkmıştır. Tasarımın geneli 90 ile 170 mpa arasındadır ve analiz sonucu olarak tasarım uygundur. Bu konumda bu ayağımız dektek ayağı olmakta ve çıkabilecek en büyük gerilmeler bu konumda çıkması gerekmekteydi. Ve böylede oldu. 30

4.3.4 Tanımlanmış 4 numaralı yürüme siklus konumu için analiz Şekil 4.4 Tanımlanmış 4 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü Zeminden parmak ucu ve ayağın ön basma yüzeyine uygulanan 25kg yani 245.25 N luk kuvvete karşı gelen gerilme maksimum 225,7 mpa çıkmıştır. Tasarımın geneli 80 ile 120 mpa arasındadır ve analiz sonucu olarak tasarım uygundur. 4.3.5 Tanımlanmış 5 numaralı yürüme siklus konumu için analiz Şekil 4.5 Tanımlanmış 5 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü Zeminden parmak uclarına uygulanan 25kg yani 245.25 N luk kuvvete karşı gelen gerilme maksimum 244.2 mpa çıkmıştır. Tasarımın geneli 80 ile 120 mpa arasındadır ve analiz sonucu olarak tasarım uygundur. 31

4.3.6 Tanımlanmış 6 numaralı yürüme siklus konumu için analiz Şekil 4.6 Tanımlanmış 6 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü Bu konumda ayağımız yere temas etmemektedir bu sebeple zeminden bir tepki kuvveti uygulanmamış yer çekimine göre kendi ağırlığının sebep olduğu gerilmeler hesaplanmıştır. Ve maksimum gerilme 12.5 mpa çıkarak fazlasıyla uygundur. 4.3.7 Tanımlanmış 7 numaralı yürüme siklus konumu için analiz. Şekil 4.7 Tanımlanmış 7 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü Bu konumda ayağımız yere temas etmemektedir bu sebeple zeminden bir tepki kuvveti uygulanmamış yer çekimine göre kendi ağırlığının sebep olduğu gerilmeler hesaplanmıştır. Ve maksimum gerilme 12.1 mpa çıkarak fazlasıyla uygundur 32

4.3.8 Tanımlanmış 8 numaralı yürüme siklus konumu için analiz Şekil 4.8 Tanımlanmış 8 numaralı yürüme siklus konumu için statik analiz gerilim görüntüsü Bu konumda ayağımız yere temas etmemektedir bu sebeple zeminden bir tepki kuvveti uygulanmamış yer çekimine göre kendi ağırlığının sebep olduğu gerilmeler hesaplanmıştır. Ve maksimum gerilme 20.7 mpa çıkarak fazlasıyla uygundur 33

4.4 Frekans Analizleri 4.4.1 Birinci Doğal Frekans Şekil 4.9 Doğal frekans analizi ikinci doğal frekans görüntüsü Birinci doğal frekansımız 0.058771 Hz çıkmıştır. Bu frekanstaki motor veya herhangi bir dış sebepten kaynaklanan zorlamadan kaçınılmalıdır. Yoksa parça rezonansa girer ve çok büyük zararlara sebep olur., 4.4.2 İkinci doğal frekans Şekil 4.10 Doğal frekans analizi ikinci doğal frekans görüntüsü. İkinci doğal frekansımız 0.058771 Hz çıkmıştır. Bu frekanstaki motor veya herhangi bir dış sebepten kaynaklanan zorlamadan kaçınılmalıdır. Yoksa parça rezonansa girer ve çok büyük zararlara sebep olur. 34

4.5 Analiz Değerlendirmesi Bütün analiz sonuçları verdiğimiz emniyet katsayısına rağmen malzememizin maksimum gerilme sınırından düşük çıkmıştır. Ve bunun sonucu olarak tasarımımız güvenli ve amacımıza hizmet etmeye hazırdır. 35

5. SONUÇ VE DEĞERLENDİRME Tasarım boyunca en önem verilen konulardan biri bileğin iki, dizin bir, ve kalcanın iki olmak üzere toplam beş haraket kabiliyiteni yani beş serbestlik derecesini kaybettirmeden tasarımı üretmiş olduğumuz 1mm et kalınlığındaki saçlara mukavamet kazandırmak idi. Gerçek bir insan bacağının yedi serbestlik derecesi olduğunu düşünürsek beş serbestlik dereceli bu tasarım güzel bir şekilde tasarlanmıştır. Bütün analiz sonuçları verdiğimiz emniyet katsayısına rağmen malzememizin maksimum gerilme sınırından düşük çıkmıştır. Ve bunun sonucu olarak tasarımımız güvenli ve amacımıza hizmet etmeye hazırdır. 36

KAYNAKÇA 1. Ders Notu, Bilgisayar Destekli Tasarım, Zeki KIRAL 2. Bitirme Projesi, DİZ PROTEZİNİN MODELLENMESİ VE GERİLME ANALİZİ; Ercan Ataç, 2007 3. http://tr.wikipedia.org 4. http://en.wikipedia.org 5. http://www.robbot.org 6. http://robot.cmpe.boun.edu.tr 7. http://robot.metu.edu.tr 8. http://www.ntvmsnbc.com 9. http://www.robotiksistem.com/robot_yapimi.html 10. http://tdkterim.gov.tr/bts/ 37