Optimization of compliant joints used in miniature foldable robotics

Esnek mekanizmalar küçük ölçekli ve özellikle minyatür robotik uygulamalarında hareketli parça sayısı, sürtünme kayıpları, montaj süresi ve kolaylığı gibi avantajları nedeniyle tercih edilmektedir, ancak esnek eklemlerdeki en büyük sorun olan uzun süreli periyodik yükler altında yorulma ve kopmanın giderilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada ilk olarak minyatür, katlanabilir, dört ayaklı, dört motordan güç alan MinIAQ robotu geliştirildi ve bu robotta bahsi geçen esnek eklemler kullanıldı. Robotun hareket mekanizması, dönel yerine esnek eklemlerin kullanıldığı basit bir dört çubuk mekanizmasına dayanmaktadır. Bu eklemler, esnek kirişin eğilmesi sayesinde tek serbestlik dereceli rotasyon sağlarlar. Küçük ölçekte çok daha verimli ve kolay montaj olsa da esnek eklemler uzun süreli periyodik harekete maruz kaldıklarında yorulmaya uğrar ve koparlar. Ayrıca, robotik uygulamalarında kullanılan esnek eklemler daha önce geniş açılı kiriş teorisi modelleri ile modellenmediğinden robot kinematiğinde kullanılan esnek mekanizmalar hakkında sınırlı bir anlayış vardır. Bu tezde, minyatür esnek mekanizmalarda kullanılan esnek elemanları modellemek için lineer olmayan geniş açılı eğilmeler eliptik integral çözümleri kullanılarak modellenmiştir. Örnek olarak, basit bir esnek bacak mekanizması için eliptik integral kinematik analiz sonuçları, deneysel ve sonlu elemanlar analizi sonuçları ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Bu mekanizmadaki esnek eklemin geometrik parametrelerinden bir tanesi değişirken diğerlerinin sabit kalması ile yapılan parametrik deneyler ve eliptik integral kinematik analiz sonuçları gösterilmiş ve yorumlanmıştır. Esnek eklemler eğilerek gerinim enerjisini depoladıkları için burulma yayı gibi davranırlar. Eliptik integral kinematik çözümü bu yayın içerdiği momenti de hesaba katmakta ve böylece yük taşıma kapasitesi ve gerekli motor torku için doğru sonuçlar vermektedir. Ayrıca, bu modeli kullanarak eklem üzerindeki düzlemsel stresler de elde edilir. Örnek bir çalışma olarak, MinIAQ robotunda kullanılan esnek mekanizma için eklemlerin geometrik parametrelerine dayalı bir optimizasyon yapılmış ve istenen sayıda periyodik döngü ömrünü sağlaması sağlanmıştır.