Ψηφιακή σχεδίαση και κατασκευή ρομποτικού βραχίονα για τη διενέργεια αεροδυναμικών μετρήσεων γύρω από πολύπλοκες γεωμετρίες

Παπαδόπουλος, Γεώργιος

Digital design and development of a robotic arm for aerodynamic point measurements around complex geometries

Διπλωματική εργασία

Author

Παπαδόπουλος, Γεώργιος

Date

2023-03-14

Advisor

Sarris, Ioannis

Διπλωματική εργασία (3.924Mb)

Keywords

Ρομποτικός βραχίονας ; Hot-wire ; Solidworks ; Αεροδυναμική ; Robotic arm

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία, γίνεται παρουσίαση των τεχνολογιών του ρομποτικού βραχίονα, των στοιχείων που τον απαρτίζουν καθώς και ιστορική αναφορά στην εξέλιξή τους. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η μελέτη ενός ρομποτικού βραχίονα, αποκλειστικά με τη χρήση λογισμικού τρισδιάστατης σχεδίασης σε υπολογιστή (3D Computer Aided Design - 3D CAD). Ακολουθεί σειρά σχεδίων που καταλήγουν στην παρουσίαση ενός θεωρητικά, απλού στην κατασκευή και λειτουργία, αλλά εξαιρετικά στιβαρού και ακριβή ρομποτικού βραχίονα ο οποίος στο άκρο του φέρει αισθητήρα μέτρησης της ταχύτητας του αέρα (hot-wire probe). O συγκεκριμένος ρομποτικός βραχίονας δύο περιστροφικών αρθρώσεων με δύο βαθμούς ελευθερίας (2 DOF), θα προσαρμοστεί στο πλαίσιο που ήδη βρίσκεται στο εργαστήριο αεροδυναμικής. Το πλαίσιο αυτό έχει τη δυνατότητα πρισματικής κίνησης και στις τρεις κατευθύνσεις (καρτεσιανός βραχίονας 3 DOF). Με τον τρόπο αυτό, το άκρο του αισθητήρα είναι ικανό να παρακολουθεί με ακρίβεια τη γεωμετρία ενός αντικειμένου με πολύπλοκη επιφάνεια που βρίσκεται για αεροδυναμική μελέτη στο χώρο εργασίας της αεροσήραγγας, που είναι άλλωστε και ο σκοπός αυτής της εργασίας.

Abstract

In this thesis, there is a presentation of the technologies of a robotic arm, the elements that make it up, as well as, a historical description of their evolution. Also, the design and analysis of a specific robotic arm, using exclusively 3D Computer Aided Design (3D CAD) software. A series of alternative designs were examined in order to result into a robotic arm which is theoretically simple in construction and operation, but extremely robust and accurate, that carries a sensor to measure the speed of the air (hot-wire probe). This specific robotic arm with two rotary joints and two degrees of freedom (2 DOF), will be adapted to the wind-tunnel traversing mechanism of the Aerodynamics Lab of the Mechanical Engineering Department in the University of West Attica. The combined system allows movement in all the three directions (3 DOF Cartesian arm) with the sensor tip capable to accurately track the complex surface geometry of an aerodynamic model submerged into the flow, under investigation.