Mafsal ve Bağlayıcı Kol Tasarımı

Mafsal sistemleri, kendi üzerine monte edilmiş parçanın serbest bir şekilde hareket etmesini sağlar. Bu tez çalışmasında hareketli üst platform ile altta bulunan doğrusal motor sistemleri arasında bulunan bağlantı kollarının bağlantısı mafsallar ile gerçekleşir. Bağlantı kollarına bağlı bulunan mafsal küreleri ve bağlanacağı kısımlara ait mafsal yuvaları bulunmaktadır. Hareketli platformun, hareket uzayında serbest ve istikrarlı hareket etmesi için mafsallar önemlidir. Bu tez çalışmasında kullanılan mafsal tasarımı Şekil 4.16. de gösterilmiştir.

Şekil 4.16. Tez çalışması için tasarlanan ve kullanılan mafsala ait farklı açılardaki 3B görünüm

Sistemde kullanılan taşıyıcı kolları üst ve alt tablaya bağlayan mafsalların her yöne serbest şekilde hareketi klasik yaklaşıma girmektedir. Platformda taşıyıcı kolları sistemde kullanılmadan önce, MATLAB üzerinde yapılan ters kinematik hesaplamalarla kaç mm uzunlukta olacağı hesaplanıp sisteme uyarlanmıştır. Aynı şekilde kullanılacak mafsalların kaç derece açıya kadar eğilmesi gerektiği hesaplanmış ve ona göre mafsal tasarımı yapılmıştır. Sistemde taşıyıcı kolların uzunlukları eşittir. Taşıyıcı kolların ani ivmesel hareketlerinde, serbest ve istenilen yönde hareket eden mafsalların istenilen maksimum eğime ulaşabilmesi gerekmektedir. Yapılan tasarımın ters kinematik hesaplamalarındaki uzaysal hareketleri sağlarken kısıtlılıkla karşılaşmayarak stabil olarak çalışabilmesi gerekmektedir.

Sistemde kullanılan mafsallara istenilen yöne etki edilmesi durumunda istenilen yönde hareket sağlanır. Ancak serbest hareket eden mafsallar dışında, kendi eğim ve açısını kontrol eden yani konum geri beslemeli mafsal sistemleri de vardır. Mafsalın hangi açıya gitmesi gerektiği bu mafsalların bağlı bulunduğu mikroişlemciye gönderilir. Daha sonra ise mafsal, motor sistemleri ile istenilen açıya göre konumlandırılır.

Çalışmada yapılan küre şeklini andıran mafsal tasarımının 3B yazıcıda üretimi gerçekleşmiştir. 3B yazıcıda titizlikle basılan mafsal yuvası ve mafsal küresinin dışındaki basım sırasında oluşan pürüzlü yüzey zımpara işlemlerinden geçirilerek daha düzgün bir çalışma sağlanır. Üretilen mafsal yuvası ve mafsal kürenin ortasındaki delikten özel aşınmaya dayanıklı bir ip ile birleştirme işlemi yapılmıştır. Mafsal için bu iki parçanın birleşimi sağlanarak gerekli testler yapılır. Mafsallar tek yönde 75° açıya sahip olmak üzere toplamda 150° açıya sahiptir. Şekil 4.17. de mafsal açıları iki yöne göre gösterilmiştir.

Şekil 4.17. Çalışmada kullanılan mafsal modeline ait sınır açıların çizelge gösterimi Çizgi modelde gösterildiği gibi mafsalın hareketli topu içerisine kolların takılması için bir oyuk bulunmaktadır. Kolun uzunluğu diğer paralel mekanizmalar gibi değişebilen yapıda değildir. Sabit bir 𝐿 uzunluğunda 8𝑚𝑚 çapında gijon saplama kullanılmıştıır. Tercih edilme nedeni ise yük altındaki çalışmalarda güçsüzlük yaşanmasının önüne geçmektir.

Şekil 4.18. Mafsal sistemi ve bağlantı kolunun patlatılmış montaj görünümü

Sistemdeki mafsal yapısı Şekil 4.18. ile gösterilen yapıda kurulumu gerçekleşir. Alt mafsal küresi ve üst mafsal küresi birbiri ile özdeştir. Alt mafsal yuvası doğrusal motor sistemi tarafından hareket ettirilir. İkili mafsal yuvası platform üzerindeki ikili mafsal köşesine monte edilir.

5. GÜÇ SİSTEMLERİ VE GÖMÜLÜ ELEKTRONİK KONTROL

MEKANİZMALARI

Bu tez çalışmasında, verilen açı ve koordinata göre hareket eden üst plakanın çalışma uzayı yazılımsal olarak çözümlendikten sonra sistemin elektronik kurulumu gerçekleştirilmiştir. Sistemin ana beyni olan mikrodenetleyiciye bağlı elektronik sistemlerin kurulumu gerçekleştirilmiştir. Sistemin amaçladığı çalışma uzayındaki parametreleri en iyi şekilde uygulaması için, mekanizmanın yapı taşını oluşturan motorların ve buna bağlı olan kontrol sisteminin (Mikrodenetleyici, Güç Kaynağı, Motor sürücüsü) iyi seçilmesi gerekir. Motorların fazla yük çekmesine bağlı olan, aşırı yüklenme sonucu kablo veya kart yanmalarının yaşanmaması adına sistemdeki ısınmaların önüne geçmek için soğutma sisteminin yeterli olması ve fan sisteminin iyi hava sirkülasyonu yapacak şekilde yerleştirmesi gerekmektedir. Ayrıca güç iletimi sağlayan pvc izoleli bakır kabloların iyi seçilmesi gerekmektedir. Sistemin kontrolünü sağlamak amaçlı kullanılacak olan mikrodenetleyici seçilirken, karta bağlı olacak giriş ve çıkış pin sayıları belirlenmeli ve buna göre uygun bir pin yapısında ve uygun çalışma frekansını sağlayan model kart seçilmelidir. Sistemde motor gibi fazla akım çeken elektronik aygıtların güç beslemesi ayrı yapılmalıdır. Aksi takdirde devre kartlarıyla aynı hat üzerinden besleme yapılması durumunda, fazla akım çekeceğinden kartların lojik çalışma yapısından dolayı kararsız çalışmasına neden olabilmektedir. Sistemin kontrol mekanizması genel olarak Şekil 5.1.‘de gösterilen bağlantı yapısındadır.

Şekil 5.1. Sistemin genel elektronik denetim bileşenleri ve kontrol süreci

Denetim sağlayan chiplerin en ortak özelliği girdi, işlem ve çıktı katmanları ile sistemin çalışma sürecini idame etmektir. Prototip sistem için Şekil 5.1. incelendiğinde sistemin genel yapısı içerisinde 1 adet ana kontrol denetleyicisi (Master) ve 6 adet de paralel sürücü yapısındaki ikincil denetleyici (slave) cihaz olmak üzere toplamda 7 adet denetleyici kart bulunmaktadır. Bu kartlar genel yapının işlem katmanında görev alır. Açı sensörü, sınır anahtarı ve kontrol kolu sistemin genelinde girdi katmanındadır. Motor, ekran ve motor sürücüsü ise çıktı görevi görür. Doğrusal motor sistemi yapısı paralel yapıda olduğu için her

motorun kontrol düzeneği birbirinden ayrı olarak master cihaz tarafından yönetilmektedir. Şekil 5.1. üzerinde motor kontrol düzeneği alt kısımda 1 tanesi için gösterilmiştir, tümü özdeş yapıdadır. Sistemin genel çalışma hiyerarşisini anlamak için girdi, işlem ve çıktı katmanlarındaki sürecin daha iyi anlaşılması gerekir.