Düşük Maliyetli 6 Eksen Hareketli Uçuş Simülatörü PrototipTasarımı

Yüksek doğrulukta işlemleri yapması beklenen uçuş simülatörleri için düşük maliyetli hareket sistemleri kullanılmaktadır. Busistemler daha kısa manipülatör, küçük hareket kapasitesi ve yüksek çalışma gürültüsü barındırmaktadır. Bu tarz etkilerin uçuş eğitimialan pilotun algıları üzerindeki etkileri bilinmemektedir ve araştırılmaları gerekmektedir. Yüksek kalitedeki bir hareket platformuyaklaşımı ile düşük kapasiteli hareketin limitleri kaldırılabilir ve kapasitesi arttırılabilir.Yüksek güvenlikli hava taşımacılığında bir pilotun, tehlikeli hava şartlarındaki davranışlarının güçlendirilmesi gereklidir. Pilotlarıneğitimlerinde kullanılan simülatörler, bu tarz durumlarda uçağın vereceği tepkileri oluşturabilmelidir. Bu sayede pilotlar bu tarzdurumlara karşı hazırlıklı olabilmektedir. Örneğin rüzgar kesmesi veya türbülans gibi durumlara karşı pilotlar hazırlıklı olmalıdır.Uçağın hareketi oldukça kısa bir süre içerisinde dengesizleşecektir. Bütün bu hareketleri, tasarlanan simülatörün oluşturabilmesi içingüçlü dinamik ve dayanıklı manipülatörlere ihtiyacı olmaktadır. Gelişmiş bir kontrol algoritması geliştirebilmek için fiziksel yapınında limitlerini göz önüne almak gerekmektedir. Kullanılacak sabit platformun dayanımı, motorların sayısı ve tipi önemlidir.Manipülatör olarak bir tarafı zemine sabitlenen diğer tarafı hareketli mekanizmaya sabitlenen motorların kullanımlarıyla beraber, birtarafı hareketli platforma sabitlenerek diğer tarafı döner motorun hareketli kısmına sabitlenen tasarımlar da mevcuttur. Her ikisisteminde hareket algoritmaları ve hesaplamaları değişecektir. Bu tarz fiziksel özellikleri ve limitleri algoritmaya uyarlamakgerekmektedir. Dolayısıyla algoritmaya uygulamanın dinamik modelini doğru ve etkili bir şekilde yansıtmak gerekmektedir.Çalışmanın ileriki aşamalarında arttırılan bu kapasitelerin pilot adaylarının duyuları üzerindeki etkileri araştırılabilir. Bu çalışma Stewart platformu olarak bilinen bir 6DOF hareket platformu tasarım örneğidir ve her iki tarafı da hareketli bir noktayasabitlenmiş manipülatörler ile daha etkili bir simülatör hareket sistemi geliştirmeye yönelik çalışmalar yapılacaktır. Amacı Stewartplatform tasarımlarının temel prensiplerine kılavuz olmak ile birlikte bu tasarımların ucuz ve hızlı bir şekilde prototipini oluşturmayayardımcı olmaktır. Kinematik analizler gerçeklenerek küçük bir prototip üretilmiştir. Üretilen bu prototip stewart platformunun ilkolarak matematiksel modellemesi oluşturulmuştur. Daha sonra bu modele uygun malzemeler seçilmiştir ve model seçilen bumalzemelere uygun hale getirilmiştir. Bu çalışma tamamen düşük bütçeli bir çalışmaya bağlı kaldığı için piyasadaki en ucuz fiyat performans malzemeleri seçilmiştir. Ayrıca üretilen bu prototip için bir ara yüz yazılımı geliştirilerek gerçek uçuş bilgileri sağlanarakhesaplamaların ve analizlerin doğruluğu kontrol edilmiştir.Bu çalışma daha gelişmiş bir uçuş simülatörü üretebilmek için gerçekleştirilen bir ön çalışmadır ve Kocaeli Üniversitesi | BAPKoordinasyon Birimi tarafından FYL-2020-2054 proje numarası ile desteklenmektedir.

Low Cost 6 Axis Motion Flight Simulator Prototype Design

Low cost motion systems are used for flight simulators that are expected to perform operations with high accuracy. These systemshave shorter manipulators, small movement capacity and high operating noise. Such effects are unknown to the pilot's perceptions in flight and need to be investigated. With a high quality motion platform approach, the limits of low capacity movement can beremoved and its capacity can be increased.In high security air transport, a pilot's behavior in hazardous weather conditions must be reinforced. The simulators used in thetraining of pilots should be able to create the reactions of the aircraft in such situations. In this way, pilots can be prepared for suchsituations. Pilots should be prepared for situations such as wind shear or turbulence, for example. The motion of the plane will becomeunstable in a very short time. In order to create all these movements, the designed simulator will need powerful dynamic and durablemanipulators. In order to develop an advanced control algorithm, it is necessary to consider the limits of the physical structure. Thestrength of the fixed platform to be used, the number and type of motors to be used are important. Along with the use of motors asmanipulator, one side fixed to the floor and the other fixed to the moving mechanism, there are designs with one side fixed to themoving platform and the other side fixed to the moving part of the rotary engine. Motion algorithms and calculations in both systemswill change. It is necessary to adapt such physical properties and limits to the algorithm. Therefore, it is necessary to accurately andeffectively reflect the dynamic model of the application to the algorithm. The effects of these increased capacities on the perceptionsof pilot candidates can be investigated in the later stages of the study. This study is an example of a 6DOF motion platform design known as the Stewart platform, and studies will be carried out to developa more effective simulator motion system with manipulators fixed on both sides of a moving point. Its aim is to guide the basicprinciples of Stewart platform designs, as well as to help build prototypes of these designs cheaply and quickly. A small prototype wasprotuced by performing kinematic analysis. The first mathematical modeling of this prototype stewart platform was created. Later,suitable materials for this model were selected and the model was adapted to these selected materials. The cheapest price-performancematerials in the market were chosen as this study was entirely dependent on a low-budget study. In addition, an interface software wasdeveloped for this prototype and the accuracy of the calculations and analysis was checked by providing real flight information.This study is a preliminary study carried out to produce a more advanced flight simulator. It is supported by the Kocaeli Üniversitesi |BAP Coordination Unit with the project number FYL-2020-2054.

PDF

___

[1] D. Stewart, “A platform with six degrees of freedom,” Proc. Inst. Mech. Engr., vol. 180(1), pp. 371–386, 1965.
[2] Realization of a Desktop Flight Simulation System for Motion-cueing Studies, Berkay Volkaner, S. Numan Sozen1 and V. Emre Omurlu, DOI: 10.5772/63239
[3] Development of a motion simulator for testing a mobile surveillance robot , Journal of Mechanical Science and Technology 23 (2009) 1065-1070
[4] Filip Szufnarowski “Stewart platform with fixed rotary actuators: a low cost design study”
[5] Transfer of Training from a Full-Flight Simulator Vs. a High-Level Flight-Training Device with a Dynamic Seat, August 2010, DOI: 10.2514/6.2010-8218
[6] de Winter, J. C. F., Dodou, D., Mulder, M., 2012. Training effectiveness of whole body flight simulator motion: A comprehensive meta-analysis. The International Journal of Aviation Psychology 22(2), 164–183.
[7] Rasmussen, J., 1983. Skills, Rules, and Knowledge; Signals, Signs, and Symbols, and Other Distinctions in Human Performance Models. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics SMC-13(3), 257–266.
[8] Mulder, M., van Paassen, M. M., Boer, E. R., 2004. Exploring the Roles of Information in the Control of Vehicular Locomotion: From Kinematics and Dynamics to Cybernetics. Presence: Teleoperators and Virtual Environments 13(5), 535–548.
[9] Stapleford, R. L., Peters, R. A., Alex, F. R., 1969. Experiments and a Model for Pilot Dynamics with Visual and Motion Inputs. Tech. Rep. NASA CR-1325, NASA.
[10]Zaal, P. M. T., Pool, D. M., Chu, Q. P., van Paassen, M. M., Mulder, M., Mulder, J. A., 2009a. Modeling Human Multimodal Perception and Control Using Genetic Maximum Likelihood Estimation. Journal of Guidance, Control, and Dynamics 32(4), 1089–1099.
[11]Application of H1 Theory to a 6 DOF Flight Simulator Motion Base, Mauricio Becerra-Vargas and Eduardo Morgado Belo, University of Sao Paulo – EESC, Department of Aeronautical Engineering
[12]Salcudean, S., P. Drexel, D. Ben-Dov, A. Taylor, and P. Lawrence (1994). A six degree-of-freedom, hydraulic, one person motion simulator. In Proceedings of the 1994 IEEE International Conference on Robotics and Automation, San Diego-CA, pp. 2437-2443. IEEE.
[13]Graf, R., R. Vierling, and R. Dillman (1998). A exible controller for a Stewart platform. In Proceedings of the 1998 Second International Conference on Knowledge-Based Intelligent Electronic Systems, Adelaide-SAAustralia, pp. 52-59. IEEE.
[14]Sciavicco, L. and B. Siciliano (2005). Modeling and Control of Robot Manipulators (2 ed.). Londres: Springer-Verlag.
[15]An Introtuction to Mathematical Modelling, Glenn Marion, Bioinformatics and Statistics Scotland Given 2008 by Daniel Lawson and Glenn Marion
[16]Equations of Motion of a Spin-Stabilized Projectile for Flight Stability Testing; Journal of Theoretical and Applied Mechanics 51, 1, pp. 235-246, Warsaw 2013
[17]https://memememememememe.me/post/stewart-platformmath/ [Erişim Tarihi: 11-Ağustos-2020]
[18]Geometry of the 3D Pythagoras’ Theorem, Journal of Mathematics Research; Vol. 8, No. 6; December 2016 ISSN 1916-9795 E-ISSN 1916-9809
[19]http://thetrig.blogspot.com/2011/11/m-sin-x-n-cos-x.html [Erişim Tarihi: 11-Ağustos-2020]
[20]http://www.ee.ic.ac.uk/pcheung/teaching/DE1_EE/stores/sg 90_datasheet.pdf [Erişim Tarihi: 12-Ağustos-2020]