ROBOCON 2004 ROBOT YARIŞMASI İÇİN MANUEL ROBOT TASARIMI. Özet

Transkript

1 ROBOCON 2004 ROBOT YARIŞMASI İÇİN MANUEL ROBOT TASARIMI Hayri Doğru 3, Erdoğan Özkaya 4, Kürşat Atalay, M. Emrah Uçar ve Cansel Işıksel Özet Bu çalışmada ROBOCON 2004 yarışmasına katılmak üzere tasarlanan robotlardan biri olan manuel robot incelenmiştir. Bu yarışma Asya Pasifik Yayımcılık Birliği (ABU) tarafından 2000 yılından beri düzenlenmektedir. Bu çalışma Celal Bayar Üniversitesi adına yarışmaya katılan grup tarafından üretilen iki robottan biridir. Robotun görevi otomatik robotun görevini yerine getirebilmesi için gerekli olan köprüyü tamamlamaktır. Robotun hareket sistemi için de üç tekerlek kullanılmıştır. Robotun sol ve sağ tekerlek çiftleri birer motorla (silecek motoru) tahrik edilmektedir. Yük kaldırmak için robotta kaldıraç sistemi kullanılmıştır. Manuel robot kablo ile bağlı bir uzaktan kumandayla yönetilmektedir. Köprü parçalarını kaldırmak için vakum pedleri ve bu pedlerde ihtiyaç duyulan vakum için de pnömatik silindir kullanılmıştır. Anahtar Sözcükler: Robot, pnömatik sistem, Robocon 2004 Abstract In this study the manually controlled robot which was designed for ROBOCON 2004 Contest has been studied. This contest has been organized by Asia-Pacific Broadcasting Union (ABU) since This robot is the first of two robots produced by the group who attended to the contest on the behalf of Celal Bayar University. It s duty is to assemble the bridge in order the automatic robot to complete it s work. Three wheels have been used for the movement of the robot. Left and right wheel couples are driven by two separate motors. Lifting mechanism has been used in robot for weight lifting. Manual robot is controlled by a remote control that was attached to the robot by a cable. Vacuum pads for lifting bridge components and a pneumatic cylinder for vacuuming which was needed in these pads are used. Keywords: Robot, Pneumatic System, Robocon Öğr. Gör. Celal Bayar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölüm, 45140, Muradiye, Manisa. 4 Doç. Dr. Celal Bayar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölüm, 45140, Muradiye, Manisa.

2 6. GİRİŞ Robotlar teknolojisi günümüzde oldukça gelişmiştir. Özellikle endüstriyel alanda insanlar tarafında yapılması zor ve insan sağlığı için tehlikeli olan birçok görevi kusursuz bir şekilde yerine getirmektedirler. Boya sanayinde kullanılan robotlar, kimyasal endüstride kullanılan robotlar, taşlama için kullanılan robotlar v.b.. Her geçen gün üretim endüstrisinde robot kullanımı hızlı bir şekilde artmaktadır. Böylece üretim hem daha kaliteli olmakta hem de maliyetler önemli ölçüde azalmaktadır. Bu bir yandan insan beden gücüne duyulan ihtiyacı azaltırken diğer yandan da üretimde rekabeti arttırmaktadır. Asya Pasifik Yayımcılık Birliği (ABU) tarafından 2000 yılından beri üniversitelerin katıldığı Uluslararası robot yarışması düzenlemektedir. Amacı üniversite gençliğini okul yıllarında bu çalışmalara yönelmeleri ve bu alanda ihtiyaç duyulan beyin gücünü etkin bir şekilde yetiştirilmesidir. Ülkemiz de bu yarışmaya TRT nin organize etmesi ile her yıl katılmıştı. Yarışma kuralları her yıl yeniden belirlenmekte ve üniversitelere bildirilmektedir. Ülkemizde yarışmayı kazanan grup Türkiye yi uluslararası yarışmada temsil etmektedir. Bu makalede bu yıl yapılan yarışmaya Celal Bayar Üniversitesi adına yarışmaya katılacak olan grubun tasarladığı iki robottan biri olan Manuel robot incelenmiştir. Robot ileri ve geri hareket yapabilmekte ve ekseni etrafında dönebilmektedir. Hareketi sağlayan iki tekerlek birer motorla tahrik edilmekte, motorlarda alınan çıktı hızları kayış kasnak sistemi kullanılarak iki kat arttırılmaktadır. Böylece robotun hız yapma kabiliyeti arttırılmaktadır. Ön tekerlek ise dönme hareketini sağlamaktadır. Köprü parçalarını tutmak için vakum pedleri ve vakum silindiri, parçayı kaldırmak için de kaldıraç sistemi kullanılmaktadır. Bütün motorlar elle kontrol edilmekte ve kontrol için elektronik bir düzenek kullanılmaktadır. 7. ROBOT TASARIMI Manuel makinenin konstrüksiyonu sırasında şu özellikler ön planda tutuldu; hız, ivme, manevra kabiliyeti, basit ama etkili tasarım, kolay imal edilebilirlik ve ekonomiklik. Bütün bu özelliklerin arasında projeyi belirli bir bütçeyle yapma zorunluluğu, son tasarımın ilk planlanandan oldukça farklı olmasına neden oldu. Ayrıca yarışma kurallarında belirtilen oyun alanına girecek makinelerin toplam kütlesinin 50 kg ı aşmaması gerekliliğinden dolayı ağırlık konusunda oldukça özenli davranılması gerekti. Manuel makine genel olarak gövdesinin altındaki tahrik sistemi, yükün kaldırılması için kullanılan vakum pedi sistemi, vakum üretimi için kullanılan piston

3 ve bu pistonun tahrik edildiği kramayer dişlisi açılmış mil ve silecek motoru sistemi, yakalanan yükün döndürülmesi için kullanılan motor sistemi ve yukarı aşağı hareket ettirilmesini sağlayan tamburdan tahrikli vinç sisteminden oluşmaktadır. Bu elemanların ayrıntısı sırasıyla aşağıda belirtilmiştir. Manuel robotun teknik resim çizimleri şekil 1-3 te gösterilmektedir Şekil 1 Manuel robot için ön görünüş Şekil 2 Manuel robot için üst görünüş

4 Şekil 3 Manuel robot için yan görünüş a. Tahrik sistemi: Robotun ana gövdesini oluşturmak için 10 mm kalınlığında ahşap kullanıldı. Ahşap gövdenin altına ucp204 yataklarla yataklanmış, 20 mm kalınlığında millerle güç silecek motorlarından kayış kasnak mekanizmasında torku ½ oranında düşüren bir çevrimden geçirildikten sonra 260 mm lik 1.2 kg ağırlığındaki arka tekerleklere verildi. Tekerlekler göbeklerinden birer burçla millere bağlandı. Tekerleklere bağlı miller ikişer adet ucp204 yatakla yataklandı. Daha sonra millerin uç kısmına 24 dişli, 5mm hatveli birer kasnak bağlandı. Güç çevriminin diğer ucunda, 48 dişli, 5mm hatveli başka bir kasnak bulunuyor, bu iki kasnak birbirine bir T5 triger kayışıyla bağlandı. 48 dişli kasnağın göbeğine yine bir kamayla 20 mm çaplı mil bağlandı. Miller yine bu noktadan sonra sabitlenmiş olan arka silecek motorlarına bağlandılar. Hareket için kullanılan silecek motorları 63 dev/dak açısal hıza, 2.5 Nm gib yüksek bir torka sahiptirler, ağırlıkları 2 kg dir, 12 V DC gerilimde 5 A akım çekmektedir. Manuel makinenin kontrolü kablolu oyun konsolu kumandasıyla yapıldığı için operatörün hem ilerleyip hem aracı kontrol edebileceğinden fazla bir hıza gerek duyulmadı. Kumandanın iki analog kontrolü sağ ve sol motorlara bağlandı, bunlardan gelen sinyalin motorların hem ileri hem geri duruştan tam hıza istenen oranda ve birbirinden bağımsız çalışabilmesine imkan vermesi için kontrol kartı buna izin verecek şekilde yapıldı.

5 2.2 Vakum pedi sistemi Kullanılan vakum pedi 100mm çapında, Festo marka, körüklü bir vakum pedidir. Vakum pedi 4mm iç çapındaki plastik pnömatik hortumla bağlanmıştır. Pedden çıkan hortum, vinç profilini takip edip, pnömatik silindire gitmektedir. Vakum pedi sistemi, sistemin üstünde yeralan bir silecek motoruyla 270 ye kadar döndürülebilmektedir. Ped, kafa mekanizmasının altına, döndürme milinin uçuna, ortasında U şekli yapan bir levhayla bağlanmıştır. U şeklindeki girintiden pnömatik hortum bağlanmaktadır. Sistemin üzerinde şekilde de görüldüğü gibi pedlerin sürekli aşağı bakması için kafa sistemi ağırlık merkezi üzerinden mesnetlenmiştir. Vakum pedleri için tam 90 açıya yakın çalışmak çok önemli bir faktördür. Bu göz önüne alınmadığı durumlarda ped cismi yakalamayabilir yada hasar görebilir. 2.3 Vakum üreten motor-piston sistemi Motor piston sistemi, 36 mm çapında 250 mm stroklu yastıksız, tek etkili bir pnömatik silindir, bu silindirin miline bir çatal elemanla bağlanmış ve piston henüz strok yapmamışken en uç kısmından bir pp204 yatakla yaraklanmış, üzerine bir krameyer dişlisi açılmış 20mm çapında bir mil, bu mili tahrik etmek için kullanılan iki pp204 yatak arasına yataklanmış bir 20 mm çaplı alüminyum mil, bu milin yatakların dışında kalan bir ucuna iki adet M6 setiskurla sabitlenmiş bir 48 dişli bir T5 kasnak, bu kasnağı aralarındaki bir T5 kayışla tahrik eden 24 dişli bir diğer T5 kasnak ve bu kasnağın tahrik milin ucuna M8 somunla bağlı olduğu bütün bu sistemi tahrik etmekte kullanılan bir silecek motorundan oluşmaktadır. Burada kullanılan pnömatik silindir genel amacının dışında kullanılmıştır ve robotun genel maliyetini önemli şekilde düşürülmüştür. Pnömatik silindire hava verilerek ileri geri hareketi yapması yerine silindire ileri ve geri hareketler yaptırarak oluşan vakum ortamından faydalanıp, bu vakum, vakum pedlerine iletilmiştir. Motordan, krameyer tahrik dişlisine, triger kayışı kullanarak tahrik iletilmiştir. Triger dişlileri ve kramayer tahrik dişlileri 20mm lik alüminyum mil üzerine setiskurlar kullanılarak sabitlenmiştir. Böylelikle motordan alınan tahrik kramayer sistemine ve oradan da silindire ulaştırılmış olunur. Bu noktada kramayer dişlilerinin yüksek motor gücü karşısında zarar görmemesi için bazı emniyet önlemlerine ihtiyaç duyulmuştur. Bu ihtiyaca triger kayışını normalden daha az gergin kullanarak cevap verilmiştir. Böylelikle butonlarda veya kontrol kartında oluşabilecek hatalarda kramayer dişlilerinin zarar görmesi yerine T5 hatveli seçilmiş olan triger kayışı dişli üzerinde kayma hareketi yapması öngörülmüş ve uygulanmıştır. Triger kayışı plastik malzeme olduğundan dolayı elastik esneme katsayısı yüksek olup, maliyet ve işçilik açısında da sistemdeki değişime en uygun parça olarak göze çarpmaktadr.

6 2.4 Yük döndürme sistemi Yük döndürme sistemi manuel robotun teknik resminde görüldüğü gibi kaldırıcı vinç sisteminin en ucunda yer almaktadır. Sistem, ağırlık merkezinin en üst noktasına bağlı iki adet L şeklinde aluminyum levha ve ortasından geçen bir tarafı segmanlı T şeklinde bir mil vasıtasıyla vinç sistemine dahil olan alüminyum profilin en ucunda serbestçe salınabilmektedir. Ağırlık merkezinden geçen bir eksenden bağlı olduğu için vakum yüklü değilken vakum pedi sisteminin hep aşağı doğru bakmaktadır. Bunun dışında yük döndürme sistemi dikdörtgen kesitli, çelik çubuklarla birbirinden ayrı duran iki adet levhadan oluşmaktadır. İlk levha ve ikinci levha arasında yük döndürme sistemi, en alt levhanın altında ise vakum pedi sistemi yer almaktadır. 2.5 Vinç sistemi Vinç sisteminde ise motordan yine T5-10mm standartlarındaki triger kayış-kasnak sistemiyle tahrik iletilmiş, bu tahrikle tahtadan yapılmış bir tambur sistemi açısal olarak hareket ettirilmiştir, tahta tamburun etrafına dolanmış olan çelik tel vasıtasıyla vinç sisteminin ana elemanı olan üst profil yukarı aşağı hareket ettirilmiştir. Burada tamburlu sistemin kullanılmasının nedenleri ağırlığı, emniyetlerin çok altında olması, maliyetin ve işçiliğin az olması, monte ve demonte işlemlerinin kolay olması, konstrüksyonda fazla yer kaplamaması ve sistemin ihtiyacı olan hızı ve torku iletebilecek olmasıdır. Tambura 2mm çapında bir delik açılarak bu delikten çelik tel geçirilerek tambur etrafında sarılmış ve kaymalar kelepçelerle sabitlenerek önlenmiştir. Bu telin diğer ucu ise vinç kolunun üzerinde bulunan M10x70 standartlarındaki civataya bağlanmıştır. Burada civata kullanılmasın sebebi ise kolay uygulanabilirliği, yüksek mukavemeti ve düşük maliyetidir. Burada kullanılacak başka standart olmayan bir mil için torna tezgahında işlenmesi gerekecektir. Bu nedenle mümkün olduğu kadar standart elemanlar kullanılmaya dikkat edilmiştir. Vinç, 50X40 mm alüminyum profilden imal edilmiştir, üst uzvunun toplam uzunluğu 1163 mm olup, başlangıcından 30 mm öteden telle bağlıdır. Başlangıç noktasından 600 mm öteden bir dirsekle mesnetlenmiştir. Dirsek görevi yapan alt uzuvun uzunluğu 563 mm dir. Kafa kısmı uç noktadan 20 mm içeriden mesnetlidir ve ağırlığı 3kg. dır. Vincin taşıyacağı köprü parçalarının ağırlığı ise 3kg. dır. 8. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Bu çalışmada ROBOCON 2004 yarışması için manuel robot tasarımı yapılmıştır. Robor temel olarak 3 tekerlekten oluşmakta ve taşınması gereken parçaları vakum

7 sistem ile taşımaktadır. Robot, vakum üretmek için bir piston, parçayı tutmak için bir vakum pedi ve parçayı kaldırmak için de bir vinç sistemine sahiptir. Tekerlekler, piston ve yük döndürme sistemleri silecek motorları ile tahrik edilmektedir. Üretilen robot yarışma şartlarını sağlamaktadır. Bu çalışmada şu noktalar geliştirilebilir: Robotun hareket hızı arttırılabilir.bunu için daha güçlü motorlar kullanılabilir. Fakat bu durumda ağırlık problemi ile karşılaşılır. Yarışma gereği yarışmaya katılacak robotların toplam ağırlığı 50 kg ı aşmamalıdır. Yük kaldırma sistem için vakum yönteminin dışında başka yöntemler kullanılabilir. Her yöntemin avantaj ve dezavantajları vardır. TEŞEKKÜR Bu çalışma Celal Bayar Üniversitesi Rektörlüğü tarafından desteklenmiştir. KAYNAKLAR 1. Bengisu, Ö., Makine Konstrüksiyonuna Giriş, Birsen Yayınevi, İstanbul, Akkurt, M., Makine Elemanları Cilt I,II, Birsen Yayınevi, İstyanbul, Beer, F., Johnston, E.R., Cisimlerin Mukavemeti, Beta Yayınevi, İstanbul, 2003.