Mekatroniğe Giriş Dersi

Transkript

1 Mekatroniğe Giriş Dersi 1. ve 2. Hafta Temel Kavramlar Mekatronik Nedir? Mekanik Sistemler Elektrik-Elektronik Sistemler Bilgi Sistemleri Bilgisayar Sistemleri Bu Haftanın Konu Başlıkları SAÜ - Sakarya MYO 1 Mekatroniğe Giriş Dersi 1

2 Son yıllarda elektronik, bilgisayar ve kontrol sistemlerinde çok hızlı gelişmeler yaşanmıştır. Bunun sonucu olarak, hemen hemen bütün alanlarda bilgisayar kontrollü sistemler yaygınlaşmıştır. Günümüzde sadece mekanik olarak çalışan sistemler yok denecek kadar azdır. Tasarımda, üretimde, bakım ve onarımda yapay zeka tekniklerinin uygulamasına geçilmiştir. Gelişmiş ürünlerin tasarımı, üretimi, bakım ve onarımı bir tek konu olmaktan çıkmıştır. Mekanik, elektrik ve elektronik, hidrolik ve pnömatik, bilgisayar teknolojilerinin birlikte kullanılması bir zorunluluk halini almıştır. Bunun sonucu olarak Mekatronik yepyeni bir disiplin olarak ortaya çıkmıştır. Giriş SAÜ - Sakarya MYO 2 Mekatroniğe Giriş Dersi Mekatronik bir ürünü oluşturan bileşenlerdeki gelişmeye bağlı olarak sürekli genişlemekte ve güncelleşmekte olan birçok tanımı yapılmıştır. Mekanik, elektrik - elektronik, bilgisayar ve bilgi teknolojilerini bir arada kullanarak endüstriyel ürünleri tasarlamayı ve üretmeyi amaçlayan yeni bir disiplindir. Makine, elektronik ve yazılım kombinasyonundan oluşan sistemler ile ilgilenen bir bilim dalıdır. Mechatronics: 1969 da ilk kez bir Japon firması (Yaskawa Electric Co.) kullandı yılında firma marka olarak patent aldı yılından itibaren terim serbestçe kullanılmaktadır. Mekatronik Nedir? SAÜ - Sakarya MYO 3 Mekatroniğe Giriş Dersi 2

3 Mekatronik tabiri kullanılmadan uzun yıllar önce bir çoklu disiplin olan "Elektromekanik ifadesi kullanılmıştır. Elektromekanik, Mekatroniğe çok yakın bir anlam taşımakla birlikte aynı şey değildir. Elektromekanik ve Mekatronik arasındaki fark, disiplinlerin görevlerini yapma zamanı açısındandır. Elektromekanikte disiplinlerin görevi belli bir sırayı izler. Oysa mekatronik yaklaşım farklı disiplinlerin eş zamanlı çalışmasını gerektirmektedir. Günümüzde, elektrik - elektronik bilimleri içermeyen ve/veya bilgisayar kontrollü olmayan makine sistem yok denecek kadar azalmıştır. Bu nedenle, mekatronik sistemler; mevcut sistemlerin oldukça büyük bir kısmını kapsar. Mekatronik Elektromekanik SAÜ - Sakarya MYO 4 Mekatroniğe Giriş Dersi Mekatronik 1980'li yılların başlarına kadar elektriklendirilmiş mekanizma anlamına gelmekteydi. 1980'lerin ortalarında, mekanik ve elektronik arasındaki sınırı ifade etmeye başlamış, bu yıllar boyunca, mekanik sistemlerin performansını artırmak, boyutlarını küçültmek ve maliyetlerini azaltmak için mikrokontrolörlerin bu sistemlere eklendiği ortak bir disiplin haline gelmiştir. Mekatroniğin Tarihçesi SAÜ - Sakarya MYO 5 Mekatroniğe Giriş Dersi 3

4 Mekatroniğin bu on yıl sürecindeki uygulamalardaki hızlı gelişimi, disket sürücülerini, sayısal kontrollü makina gereçlerini, endüstriyel robotları, otomobil motorlarını ve kilitlenmeyen fren sistemlerini (ABS) de içine almıştır. 1990'ların önemli bir özelliği olan telekomünikasyon teknolojileri kullanımının giderek artması dolayısıyla geniş ağlara bağlı sistemler kurmak mümkün olmuştur. Her teknoloji alanı mekanik ile elektroniği birleştirme temel mantığına sahip olmuştur, ama şimdi bu daha fazlasını kapsamakta özellikle yazılım ve bilgi teknolojilerini de içine almaktadır. Mekatroniğin Tarihçesi SAÜ - Sakarya MYO 6 Mekatroniğe Giriş Dersi Mekatroniğin kısa tarihi boyunca oluşan bir önemli eğilim de sistemlerin ve bileşenlerinin minyatürleştirilmesidir. Aslında bazı sistemler (sensör, aktüatör ve kontrol devreleri de dahil) o kadar ufaltılmıştır ki bunlar gelişmiş yarıiletken üretim teknikleriyle tek bir silikon çip içinde bile yerleştirilebilir hale gelinmiştir. Mesela ince bir yavaşlama ölçüm cihazı otomobillerdeki hava yastığını aktif hale getirebilmektedir. Mekatroniğin Tarihçesi SAÜ - Sakarya MYO 7 Mekatroniğe Giriş Dersi 4

5 Modelleme ve dizayn Sistem entegrasyonu Tahrik elemanları ve sensörler Akıllı (Zeki) kontrol Robotik Üretim Hareket kontrol Titreşim ve gürültü kontrol Mikro cihaz ve optoelektronik sistemler Otomotiv sistemleri ve benzer diğer uygulamalar Mekatroniğin İlgi Alanları SAÜ - Sakarya MYO 8 Mekatroniğe Giriş Dersi Kontrol sistemleri (basınç ve sıcaklık kontrol sistemleri) Robotlar (taşıma ve kaynak robotları) Endüstriyel otomasyon (barkod sistemleri, üretim bandı cihazları) Bina otomasyonu (güvenlik sistemleri, otomatik iklimlendirme sistemleri, otomatik kapı sistemleri) Ev ürünleri (çamaşır ve bulaşık makinaları) Otomotiv (hava yastığı, kilitlenmeyen fren sistemi(abs)) Savunma sanayii (mayın tarama robotları, otomatik yönlendirilmiş araçlar, İHA, Bomba imha cihazları vb.) Tıbbi uygulamalar (manyetik rezonans MR, atroskopikal cihazlar, ultrasonik problar vs.) Havacılık mühendisliği (otomatik pilotlar, insansız hava araçları) İmge ve ses işleme (otomatik odaklama cihazları, ses ile kontrol edilen cihazlar) Üretim (Computer Numerical Control CNC, NC) Lazer optik sistemleri (barkod) Akıllı ölçüm cihazları (kalibrasyon cihazları, test ve ölçüm sensörleri) Mekatroniğin Uygulama Alanları SAÜ - Sakarya MYO 9 Mekatroniğe Giriş Dersi 5

6 Mekanik Sistemler güç ileten, değiştiren veya biriktiren ve bu şekilde faydalı bir iş yapabilme kabiliyetine sahip olan yapıtlardır. Mekanik sistemler enerji üreten sistemlerden (Örneğin motordan) almış olduğu hareketi işin yapıldığı kısma iletirler. Bu esnada hareketin yönünü, şeklini ve özelliklerini değiştirebilirler. Sağ altta görüldüğü gibi bir kremayer mekanizmasıyla doğrusal hareket dönme hareketine yada dönme hareketi doğrusal harekete dönüştürülebilir. Mekanik sistemler temel olarak dişli çark, kayış kasnak ve zincir mekanizması gibi hareket ileten sistemlerden meydana gelir. Ancak bunları destekleyen miller - akslar ve yataklar gibi destekleme elemanları, motorlar ve mekanik sistemler arasında iletimi sağlayan kaplin ve kavramalar gibi iletim elemanları, yaylar gibi enerji depolama elemanları ve bütün bu elemanları birbirine ve zemine bağlayan bağlama elemanları da mekanik sistemi oluşturan alt birimlerdir. SAÜ - Sakarya MYO 10 Mekatroniğe Giriş Dersi Elektrik-Elekronik Sistemler: Mekatronik sistemlerde, sistemin çalışabilmesi için bir güç kaynağına ihtiyaç vardır. Ayrıca sistemin çalışmaya başlatılması, durdurulması gibi kontrol fonksiyonlarının düzenli olarak yerine getirilebilmesi gereklidir. Bu amaçla Elektrik - Elektronik sistemler kullanılır. Genelde elektriksel sistemler; yük, akım ve voltajdan oluşan üç temel büyüklüğün davranışıyla ilgilidir. Elektrik - Elektronik sistemler başlıca iki sınıfa ayrılmaktadır. Bunlardan ilki Güç sistemleri diğeri ise iletişim sistemleridir. Güç sistemleri, sistemin fonksiyonunu yerine getirebilmesi için kullanılan her bir ünitenin harcadığı enerjiyi sağlar. Genellikle mekatronik sistemlerde iş mekanik olarak yapılır. Ancak işin yapılabilmesi için gerekli olan enerji, çoğunlukla elektrik motorlarından elektrik enerjisi olarak sağlanır. Jenaratörler mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürdüğü gibi tersi bir işlemle elektrik motorları da elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürürler. SAÜ - Sakarya MYO 11 Mekatroniğe Giriş Dersi 6

7 Elektrik-Elekronik Sistemler: Sisteme sağlanması gereken güç; sistem tarafından yapılan iş ve kayıp enerjinin toplamına eşittir. Bu enerji, güç kaynağı tarafından sağlanmalı ve elektrik enerjisi olarak sisteme iletilmesi gerekir. Elektronik sistem; gerekli noktalar arasında bilginin düşük enerjili elektriksel sinyal olarak iletilmesi için kullanılır. Bilgi depolama, işleme ve iletme gibi fonksiyonlar elektronik sistemin başlıca görevleridir. Elektrik - Elektronik sistemler, mekatronik sistemlerde entegre bir kısım olup, bu sistemlerde kullanılan elemanlardan bazıları şunlardır: Elektrik motorları Sensörler ve Aktuatorler Sinyal işleme ve yükseltici devreler Röleler, swiçler, sigortalar,...vb SAÜ - Sakarya MYO 12 Mekatroniğe Giriş Dersi Bilgi Sistemleri Çoğu mekatronik sistem günümüzde ulaştığı aşama sonucu zeki sistemler şeklinde de isimlendirilmektedir. Bu sistemlerde temel özellik, alınan bilginin değerlendirilmesi ve sistemin yapması gereken görev hakkında karar verebilmesidir. Örneğin bir mobil robotun karşılaştığı bir engel karşısında bunu algılayarak, değerlendirip yolunu yeniden belirleyebilmesi yada ikaz verebilmesi gibi. Mekatronik sistemlerin değişik durumlar karşısında, çok karmaşık işlemleri anında çözümleyerek karar alabilmesi için Yapay Zeka Yöntemleri kullanan bilgi sistemleri geliştirilmiştir. Genelde insan beyninin çalışmasından esinlenen bu yöntemlerden en çok kullanılanları Yapay Sinir Ağları ve Bulanık Mantıktır. SAÜ - Sakarya MYO 13 Mekatroniğe Giriş Dersi 7

8 Bilgisayar Sistemleri Mekatronik sistemlerin kontrolünde, yüksek hızlarda karar verebilme ve hassas hesaplar yapabilme kabiliyeti bakımından bilgisayarlar yaygın olarak kullanılmaktadır. Mekatronikteki son gelişmeler, insanın önemli bir özelliği olan düşünme ve muhakeme kabiliyetinin belli ölçüde makinelere kazandırılması yönündedir. Sistemde çıkışında meydana gelen değişiklikleri anında algılayarak bunu istenen değerle karşılaştırıp değerlendirmek ve sistem girişine bilgiyi göndererek en uygun çıkışın elde edilmesi amaçlanmaktadır. Böyle bir sistem gerçek zamanlı sistem olarak adlandırılır. Bu sistemde bilgilerin işlenmesi ve kararların verilmesi gerçek zaman içinde olmalıdır. SAÜ - Sakarya MYO 14 Mekatroniğe Giriş Dersi Bilgisayar Sistemleri Gerçek zamanlı sistemler Analog/Sayısal çeviricileri gerektirmektedir. Sistemden fiziksel değerler analog olarak algılanır ve sayısal değere dönüştürülerek bilgisayar sistemine iletilir. Bilgisayar sisteminde değerlendirilerek alınan kararlar tekrar sisteme Sayısal/Analog çeviricilerle analoğa dönüştürülerek uygulanır. Bilgisayar sistemi iki ana bölümden oluşur: Bunlardan biri donanım kısmını içine alan hardware, diğeri ise yazılıma karşılık gelen software dir. SAÜ - Sakarya MYO 15 Mekatroniğe Giriş Dersi 8

9 Adapazarı MYO Mekatroniğe Giriş Ders Notları, Doç.Dr. D. Karayel, Sürüm:1, Sakarya Üniversitesi Sakarya. Mekatronik Sistem Tasarımı Ders Notları, Dr. Özgür Akın Konya. Kaynaklar SAÜ - Sakarya MYO - Mekatroniğe Giriş Dersi 9