Design, development, modeling and control of a Stewart platform

Abstract

Need for a six degrees of freedom test platform to be used in the inertial stabilization development tests of turrets, remote controlled weapon systems or sight systems is present in modern military technology development. To address this research issue, within this thesis study, a Stewart platform is built and is used for stabilization development tests of a sight system. To give a clear picture of the whole system, mechanical design criterion, electrical architecture, communication between system units and chosen hardware of the designed Stewart platform are presented in detail. After the design and development phases are completed, kinematic model is obtained via utilizing the computer–aided design model of the Stewart platform. The inverse kinematic expressions of the platform are made use of to calculate the required actuator behaviors for the platform to achieve the desired motion. Then, a cascade control structure is designed for control of both speed and position of the actuators where proportional integral controller is preferred. The designed control strategy is implemented to the Stewart platform where satisfactory performance is observed for it to be used in military vehicles.

Günümüz askeri teknoloji geliştirmelerinde silah kulelerinin, uzaktan komutalı silah sistemlerinin ve görüş sistemlerinin ataletsel stabilizasyon geliştirme testlerinde kullanılmak üzere altı serbestlik derecesine sahip bir test platformu ihtiyacı bulunmaktadır. Tezde bu araştırma konusu ele alınarak bir görüş sisteminin ataletsel stabilizasyon geliştirme testlerinde kullanılmak üzere bir Stewart platformu üretildi ve kullanıldı. Tüm sistemin net bir şekilde anlaşılabilmesi için Stewart platformunun mekanik tasarım kriterleri, sistem mimarisi, birimler arası haberleşme ve seçilen donanımlar detaylıca sunuldu. Tasarım ve geliştirme safhaları tamamlandıktan sonra Stewart platformunun bilgisayar destekli tasarımı kullanılarak kinematik modeli elde edildi. Platformun ters kinematik ifadeleri platformun istenen hareketleri yapabilmesi için gerekli eyleyici davranışlarını hesaplamada kullanıldı. Eyleyicilerin hız ve pozisyon denetimi için tercih edilen PI denetleyiciler kademeli denetim yapısında kullanıldı. Tasarlanan denetleyici stratejisi Stewart platformuna uygulandı ve askeri sistemlerin testlerinde kullanmak için tatmin edici başarım gözlemlendi.