Geri Dön

Development and analysis of grasshopper-like jumping mechanism in biomimetic approach

Çekirge benzeri sıçrama mekanizmasının biyobenzetim yaklaşımla geliştirilmesi ve analizi

PDF İndir

  1. Tez No: 201820
  2. Yazar: AYLİN KONEZ EROĞLU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. METİN AKKÖK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Biyobenzetimle tasarım, sıçrama mekanizması, çekirgeler, suni kaslar, biyo-robotlar, Tasarım, biomimetic design, jumping mechanism, grasshoppers, artificial muscles, bio-robots, Design
  7. Yıl: 2007
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Yüksek seviyede etkin ve güç kullanımında verimli biyolojik mekanizmalar doğada yer almaktadır. Biyolojik tasarım prensiplerinin mühendislik alanında kullanabilmesi biyoloji ve mühendislik alanlarında yetenek gerektirir. Biyologların ve mühendislerin bu ortaklasa çalısma gereksinimi yeni bir disiplin olan biyobenzetim bilim ve mühendisliğinin gelisimine yol açmıstır. Biyobenzetim, doğada var olan iyi tasarımların taklit edilmesidir. Biyobenzetim mekatronik uygulamalarda önemli bir yere sahiptir, bu nedenle bu çalısma çekirge benzeri sıçrama mekanizmasının biyobenzetim tasarımını yönetmektedir. Biyobenzetimle tasarım yöntemi gelistirilmis ve bu yöntemin basamakları bütün çalısma boyunca takip edilmistir. Çekirge sıçrama mekanizmalarının, sıçramalı robotların ve biyo-robotların kaynak arastırması yapılmıs ve özellikle çekirgelerin kanatsız türleri gözlemlenmistir. Bu çalısmadan sonra, arka bacak kinematik ve dinamik hareketlerini veren 2 boyutlu ve 3 boyutlu matematik modeller gelistirilmistir. Sıçramaya kadar olan vücut-femur, femur-tibia ve tibia-yer açıları bu modellerden elde edilmistir. Suni kaslı ve biyolojik kaslı bacak modellerinin kuvvet analizi tork analizinden çıkartılmıstır. Doğrulama için simülasyon programı basit bir model ile kullanılmıstır. Sıçramanın yatay mesafesi bu simülasyon programı ile hava dirençli ve dirençsiz hareket denklemlerinin sonuçları ile karsılastırılmıstır. Robotikte önemli bir yere sahip olan eyleyiciler robotları hareket ettiren kaslardır. Bu nedenle, suni kaslar biyobenzetimle tasarımın dördüncü basamağı olarak çalısılmıstır. Bu çalısmanın basında, çekirgemsi sıçrama mekanizmasının eyleyicisi olarak birkaç hazır suni kas seçilmistir. Bu kasların dezavantajları nedeniyle mini biyo-robot uygulamaları için yeni bir kas tasarlanmıs ve üretilmistir. Dielektrik sıvı ile dolu piston-silindir sistemine uygulanan voltajdan kaynaklanan patlama ile sürülen bir suni kas tasarlanmıstır. 3.78 mm çaplı bir teflon pistonun bosluklu yerlestirildiği plastik silindirdeki 25.7 mm sıvı yüksekliğine elektrotlara eletroerozyon makina (EDM) devresinden maksimum 225 V uygulanmıstır. Kistler piezoelektrik düsük seviye kuvvet algılayıcısı ile pistondaki kuvvet ölçülmüstür. Algılayıcıdan gelen veriler, bir osiloskop, bir yük büyütücüsü ve GPIB iletisim kartı ile bir yazılım, Agilent, kullanılarak toplanmıstır. Deneylere göre, yeni suni kasın kuvveti yaklasık 300 mN, kuvvetin ağırlığa oranı 38:1 ve boydaki uzama yüzdesinin biyolojik kaslara ve diğer suni kaslara göre daha yüksek olması beklenmektedir. Bacak modelindeki kuvvet analizine göre bu kuvvetin yaklasık 500 mgr'lık bir gövdeyi sıçratmak için yeterli olmadığı görülmüstür. Daha sonra çalısılmak üzere ilave suni kaslı ya da kuvvetin ağırlığa olan oranı daha yüksek olan tek kaslı bir tasarım önerilmektedir.

Özet (Çeviri)

Highly effective and power efficient biological mechanisms are common in nature. The use of biological design principles in engineering domain requires adequate training in both engineering and biological domains. This requires cooperation between biologists and engineers that leads to a new discipline of biomimetic science and engineering. Biomimetic is the abstraction of good design from nature. Because of the fact that biomimetic design has an important place in mechatronic applications, this study is directed towards biomimetic design of grasshopper-like jumping mechanism. A biomimetic design procedure is developed and steps of the procedure have followed through all the study. A literature survey on jumping mechanisms of grasshoppers and jumping robots and bio-robots are done and specifically apteral types of grasshoppers are observed. After the inspections, 2D and 3D mathematical models are developed representing the kinematics and dynamics of the hind leg movements. Body-femur, femur-tibia and tibia-ground angles until take-off are obtained from the mathematical leg models. The force analysis of the leg models with artificial muscles and biological muscles are derived from the torque analysis. A simulation program is used with a simple model for verification. The horizontal displacement of jumping is compared with the data obtained from the simulation program and equation of motion solutions with and without air resistance. Actuators are the muscles of robots that lead robots to move and have an important place in robotics. In this scope, artificial muscles are studied as a fourth step of biomimetic design. A few ready-made artificial muscles were selected as an actuator of the grasshopper-like jumping mechanism at the beginning of the study. Because of their disadvantages, a new artificial muscle is designed and manufactured for mini bio-robot applications. An artificial muscle is designed to be driven by an explosion obtained due to the voltage applied in a piston and cylinder system filled with dielectric fluid. A 3.78-mm diameter Teflon piston is fitted with a clearance into a Teflon cylinder filled with a 25.7- mm fluid height and maximum 225 V is applied to the electrodes by using an electrical discharge machine (EDM) circuit. The force on the piston is measured by using a set-up of Kistler piezoelectric low level force sensor. The data obtained from the sensor is captured by using an oscilloscope, a charge meter, and a GPIB connecting card with software, Agilent. From the experiments, the new artificial muscle force is about 300 mN giving a 38:1 force to weight ratio and percentage elongation is expected to be higher than that of the natural muscles and the other artificial muscles. From the force analysis of the leg model, it is shown that the measured force is not enough alone for jumping of an about 500 mgr body. An additional artificial muscle or a single muscle designed with the same operating principle giving higher force to weight ratio is recommended as a future study.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    167330

    Development and analysis of controlled release polymeric rods containing vancomycin

    Vankomisin içeren kontrollü salım çubuklarının geliştirilmesi ve incelenmesi

    OYA TAĞIT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2005

    BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Biyoteknoloji Bölümü

    PROF.DR. VASIF HASIRCI

    Y.DOÇ.DR. DİLEK KESKİN

  2. Tez No

    143326

    Development of GIS-based national hydrography dataset, Sub-basin boundaries, and water quality/quantity data analysis system for Turkey

    Türkiye için CBS tabanlı ulusal hidrografik veri seti, alt havza sınırları ve su kalitesi/kantite veri analiz sistemi geliştirilmesi

    SERKAN GİRGİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Jeodezi ve FotogrametriOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Jeodezi ve Coğrafi Bilgi Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. NURÜNNİSA USUL

    Y.DOÇ.DR. ZUHAL AKYÜREK

  3. Tez No

    166551

    Konfeksiyonda modüler üretim sisteminin kurulması ve analizi üzerine bir uygulama

    Başlık çevirisi yok

    CANAN SARIÇAM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2005

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. FATMA KALAOĞLU

  4. Tez No

    181068

    High performance CMOS capacitive interface circuits for MEMS gyroscopes

    MEMS dönüölçerler için yüksek performanslı CMOS sığasal arabirim devreleri

    KANBER MİTHAT SİLAY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2006

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAYFUN AKIN

  5. Tez No

    209795

    Türkiye'de yazma eser kataloglarının tarihsel gilişimi ve analizi (1923-2006)

    The historical development and analysis of manuscript catalogues in Turkey (1923-2006)

    HÜSEYİN TÜRKMEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2007

    BibliyografyaMarmara Üniversitesi

    Bilgi ve Belge Yönetimi Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. TUBA KARATEPE

Geri Dön