Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak endüstriyel robot kol analizi

Abstract

Günümüz endüstri uygulamalarında robot ve mafsallı manipülatör sistemleri, sürekli çalışma, minimum çevrim süresi ve en düşük hata oranı parametreleri gibi avantajları nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, 2 boyutlu modeli çizilen, Polilaktik Asit (PLA) hammaddesi ile 3 boyutlu yazıcıda ekstrakte edilen ve toleranslara uygun olarak montajı yapılan mafsallı manipülatörün Sonlu Elemanlar Metodu (Finite Element Method, FEM) ile ve açısal hız parametresini kullanarak, Rijit Dinamik Analizi (Rigid Dynamics Analysis) yapılmıştır. Hesaplanan analiz sonucunda manipülatöre uygulanan açısal hız 𝜔=0.1 rad/s iken toplam deformasyon 3.933 N olarak elde edilmiştir. Çalışmadan elde edilen Rijit Dinamik Analiz sonuçlarına göre Ansys yazılımında farklı hammaddeler kullanılarak tasarım iyileştirilmiştir. Farklı açısal dönme parametresi için, endüstriyel manipülatörün üç boyutlu çalışma uzayı içerisindeki farklı noktalara erişmesi durumundaki uç nokta statik yer değiştirmeleri ve manipülatör üzerinde oluşan en büyük toplam deformasyon (Total Deformation) gerilmeleri sayısal olarak hesaplanmıştır. Farklı hammaddeler kullanımın sonucunda, Alüminyumda iken 1.5209 N olarak elde edilmiştir.

Keywords

• Manipülatör
• Polilaktik asit
• Sonlu Elemanlar Yöntemi
• Ansys

Industrial robot arm analysis using finite element method

Abstract

In today's industry applications, robot and articulated manipulator systems are widely used because of their advantages in continuous operation, minimum cycle time and lowest error rate parameters. In this study, the Rigid Dynamic Analysis of the articulated manipulator, whose 2-D model was drawn, extracted with Polylactic Acid (PLA) raw material in a 3D printer and assembled in accordance with the tolerances, was carried out using the Finite Element Method (FEM) and the Angular Velocity parameter. As a result of the calculated analysis, Angular Velocity 𝜔=0.1 rad/s and Total Deformation applied to the manipulator were obtained as 3.933 N. As a result of the calculated analysis, Angular Velocity applied to the manipulator was obtained as 𝜔=0.1 rad/s, while Total Deformation was obtained as 3.933 N. According to the Rigid Dynamic Analysis results obtained from the study, the design was improved by using different raw materials in Ansys software. For different angular rotation parameters, the endpoint static displacements and the total deformation stresses on the manipulator when the industrial manipulator reaches different points in the three-dimensional working space are numerically calculated. As a result of using different raw materials, 1.5209 N was obtained for Aluminum.

Keywords

• Manipulator
• Polylactic Acid
• Finite Element Method
• Ansys

References

1. Aygın, M., Yıldırım, F., Çantı, E., “Farklı Yazdırma Parametrelerinde Pla Filamentin İşlem Performansının İncelenmesi”, Internatıonal Journal Of 3d Prıntıng Technologıes And Dıgıtal Industry, 3:2, 102-115, 2019.
2. Cengiz A., ‘‘Statik ve Dinamik Yük Altındaki Çekme Alüminyum Profillerde Kesit Alan Tasarımının Mekanik Davranışa Etkisi’’, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, pp 264-273, 2017.
3. Çakar O., Alçın M., Koyuncu İ., Tuna M., ‘‘Endüstriye Tabanlı Yeni Bir Robot Kol Tasarımı’’, 4. Uluslararası Asya Çağdaş Bilimler Kongresi, pp 578-589, 2020.
4. Evlen H., Erel G., ve Yılmaz E., ‘‘Açık ve kapalı sistemlerde doluluk oranının parça mukavemetine etkisinin incelenmesi’’, Politeknik Dergisi, 21(3): 615-662, 2018.
5. Günal A., ‘‘6 Eksenli Robot Kol Tasarimi Ve Kontrolü’’, Lisans Tezi, Niğde Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mekatronik Mühendisliği, 2016.
6. Kant Y., ‘‘Bir Robot Manipülatörün Bilgisayar Destekli Mühendislik Araçları ile Çalışma Uzayı Analizi’’, Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009.
7. Karagöz M., ‘‘Mobil Vinç Robot Kabinin Tasarımı ve Analizi’’, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010.
8. Karataş F., Koyuncu İ., Tuna M., Alçın M., Avcioglu E., Akgul A. (2021), ‘‘Design and implementation of arrhythmic ECG signals for biomedical engineering applications on FPGA, Eur. Phys. J. Spec. Top., 181 1-16, https://doi.org/10.1140/epjs/s11734-021-00334-3.

9. Kaya Y., ‘‘Rijit Olarak Mesnetlenmiş Homojen Tabakada Sürekli Temas Probleminin Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Analizi’’, International Conference on Advanced Engineering Technologies, 2017.
10. Kaygusuz, B., ‘‘3 Boyutlu Yazıcı ile Üretilen PLA Bazlı Yapıların Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi’’, Makina Tasarım ve İmalat Dergisi, 2018.
11. Kıraç M., Çalım F. F., ‘‘Doğru Eksenli Kompozit Çubukların Dinamik Analizi’’, Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Dergisi, 23(1), 2008.
12. Koyuncu İ., Rajagopal, K., Alcin M., Karthikeyan A., Tuna M., Varan M., Karagöz M. (2021), ‘‘Control, synchronization with linear quadratic regulator method and FFANN-based PRNG application on FPGA of a novel chaotic system’’, Eur. Phys. J. Spec. Top., 230 (7), 1915-1931. https://doi.org/10.1140/epjs/s11734-021-00178-x.
13. Oksman K., Skrifvars M., Selin J.-F., “Natural fibres as reinforcement in polylactic acid (PLA) composites”, Composites Science and Technology Issue 63, pp. 1317–1324, 2003.
14. Sivri M., ‘‘Perde Duvar ile Güçlendirilen Betonarme Çerçevenin Ansys ve STA4CAD Analiz sonuçlarının Karşılaştırılması’’, Süleyman Demirel Üniversitesi Teknik Bilimler Dergisi, 3(2), pp 26-34, 2013
15. Şık A., ‘‘Taşıt Jantlarının Yapısal Analiz ile Yorulma Dayanımının Belirlenmesi’’, Gazi Un