DÖRT BACAKLI ROBOT TASARIMI

Transkript

1 DÖRT BACAKLI ROBOT TASARIMI Yücel YILMAZ, Sakarya Üniversitesi,54000, Sakarya İsmet ÜNALLI, Sakarya Üniversitesi, 54000, Sakarya Muhammed ÖZCAN, Sakarya Üniversitesi, 54000, Sakarya Burak ABLAY, Sakarya Üniversitesi, 54000, Sakarya Ferhat ÖZCAN, Sakarya Üniversitesi, 54000, Sakarya ÖZET Bu çalışmada Sakarya Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği öğrencilerinin yaptığı Arduino elektronik prototipleme kartı kullanılarak oluşturulan Dört Bacaklı Robot çalışması incelenecektir. Dört Bacaklı Robot un tasarımı SolidWorks programında tasarlanmıştır. SolidWorks programında tasarım işlemi tamamlandıktan sonra Dört Bacaklı Robot un her parçası 3D yazıcıdan çıktısı alınmıştır. Çıktısı alınan parçaların birbirleriyle montajı somun ve civatalar kullanılarak sağlanmıştır. Arduino elektronik prototipleme kartı, Dört Bacaklı Robot mekanizmasında gerekli olan servo motorların kontrolü için kullanılmıştır. Anahtar Sözcükler: Dört Bacaklı Robot, Arduino, Servo Motor, 3D Yazıcı, SolidWorks ABSTRACT This work was intended to examine the function of the four legged robot, that was put together using Arduino electronic prototyping card, made by the mechatronic students of Sakarya University.The design of the robot was done using SolidWorks program.when the program completed the design process, a 3D printer output of every part of the four legged robot was taken. The printed parts were fixed together using assembly nuts and bolts.arduino electronic prototyping was used to provide the required control to the servo engines of the four legged robot mechanism. Keywords: Four Legged Robot, Arduino, Servo Motor, 3D Printer, SolidWorks

2 1. GİRİŞ Robot, otonom veya önceden programlanmış görevleri yerine getirebilen elektro-mekanik bir cihazdır. Robotlar doğrudan bir operatörün kontrolünde çalışabildikleri gibi bağımsız olarak bir bilgisayar programının kontrolünde de çalışabilir. Robot deyince insan benzeri akla gelse de robotların çok azı insana benzer[1]. Robotlar, sensörler aracılığıyla çevresindeki verileri algılayarak bu verilerin işlenmesini sağlayacak elektronik tertibata sahiptirler. İşlenen verilerin elektronik tertibat içerisinde yer alan mikroişlemciye veyahut mikrodenetleyiciye yüklenmiş program aracılığıyla karar verme işlemi gerçekleştirilir. Bu kararın gerektirdiği işlevi yerine getiren de robot un yapacağı işe göre uygun tasarlanmış mekanik sistemdir. Robotların kullanım alanları bir hayli geniştir. Endüstriyel Otomasyon Sistemlerinde, Operasyonel işlemlerde, tıp ve sağlık alanında, sibernetikte, hobi ve eğlence sektöründe, askeri alanda, eğitim alanlarında kullanılabilmektedirler. Kullanıldıkları alanlara göre de mekanik tasarımları değişmektedir. Bu projede doğal şartlarda faaliyet gösterebilecek çok bacaklı bir robot tasarlanması amaçlanmıştır. Bacak sayısı, eldeki imkanlara bağlı olarak seçilmiştir. Dört Bacaklı Robot, 3 Boyutlu CAD Tasarım Yazılımı olan Solidworks ortamında tasarlanmıştır. Tasarlanan bu robotun elektronik kontrolü, Arduino prototipleme kartı kullanılarak sağlanmıştır. 2. DÖRT BACAKLI ROBOT TASARIMI Dört Bacaklı Robot un 3 Boyutlu CAD yazılımı olan SolidWorks programında tasarlanma aşaması ve tasarlandıktan sonraki Arduino elektronik prototipleme kartı ile kontrol edilme süreci bu bölümde anlatılmaktadır. 2.1 Mekanik Tasarım Bu çalışmanın parçaları tasarlanırken daha önce tasarlanan dört bacaklı bir robot tasarımından faydalanılmıştır[2]. Tasarımda kullanılan parçalar örnek alınarak yeniden tasarım oluşturulmuştur. Dört Bacaklı Robot tasarlanırken Tersine Mühendislik yöntemlerine olabildiğince başvurulmaya çalışılmıştır. Dört Bacaklı Robot tasarımından faydalanılan çalışma, elimizdeki elektronik komponentlere göre yeniden uyarlanmıştır. Robot un mekanik tasarımı hazırlanırken birçok faktör ele alınmıştır. Geliştirilecek olan Dört Bacaklı Robot un tasarımı olabildiğince küçük ve işlevsel olması

3 amaçlanmıştır. Aynı zamanda robotun hareket etmesini sağlayacak olan servo motorların, Dört Bacaklı Robot tasarımına uygun olarak servo motor sayısı belirlenmiştir. Maliyet açısından bu önemli bir durumdur. Dört Bacaklı Robot tasarımında sekiz adet servo motor kullanılarak maliyetten de tasarruf sağlanmıştır. SolidWorks CAD programında çizilen Dört Bacaklı Robot tasarımının parçaları Şekil 1 de gösterilmiştir. Parçaların ölçüsü tasarımda kullanılan Tower Pro SG90 9 gramlık servo motor baz alınarak ayarlanmıştır. Tasarımı oluşturulan parçaların birbirine montajlanması için gerekli olacak parça delikleri, 2 mm ve 3 mm olacak şekilde tasarlanmıştır. Şekil 1. Dört Bacaklı Robot Parçaları Sistem üzerinde 4 adet bacak, 2 adet kalça, 1 adet omurga, 8 adet de omuz olarak tabir edebileceğimiz parça bulunmaktadır. Tasarımın motorsal altyapısı kalçalar toplam 4 servo motor, bacaklar da toplam 4 servo motor ile desteklenmiştir. Servo motorlar parçalara cıvata, somun ve servo başlıkları kullanılarak bağlanmıştır. Parçaların SolidWorks ortamında montajlanmış hali Şekil 2 de gösterilmiştir.

4 Şekil 2. Dört Bacaklı Robot un Montajlanmış Hali Dört Bacaklı Robot parçaları, 3D yazıcıdan çıkarılmıştır. 3D yazıcı malzemesi olarak PLA hammaddesi kullanılmıştır. Parçalar basılırken 200 mikron hassasiyetle ve %50 doluluk oranı ile basılmıştır. Robot parçalarının olabildiğince kısa sürede basılması için ve parçaların mukavemetinin optimum seviyede olmasını sağlamak amacıyla bu oranlar seçilmiştir. Dört Bacaklı Robot un parçalarının 3D yazıcıdan çıkarılıp, montajlanmış hali Şekil 3 de gösterilmiştir.

5 Şekil 3. Parçaların 3D Yazıcıdan Çıkarılmış ve Montajlanmış Hali 2.2 Elektronik Tasarım Sistem üzerinde bulunan servo motorların kontrolü için Arduino kartı kullanılmıştır. Arduino, genellikle ATMEL firmasının üretmiş olduğu mikrodenetleyicileri bünyesinde barındıran, bu mikrodenetleyicinin uçlarını(pinlerini) bir PCB kart üzerinde header denilen terminal aracılığıyla kullanıcıya sunan, son derece pratik bir elektronik prototipleme kartıdır. Kendin Yap ( Do It Yourself ) görüşüne uygun olarak üretilmiş olup, açık kaynak felsefesini savunmaktadır. Tasarımda kullanılan Arduino UNO R3 üzerinde ATmega328 mikrodenetleyicisi bulunmaktadır. 5V ile çalışmakta olup, 14 adet dijital giriş/çıkış ve 6 adet analog giriş ucu bulunmaktadır[3]. Sistemde Arduino kartının seçilmesinin sebebi de kod yazımının oldukça kolay olması, yazılım kütüphanelerinin oldukça fazla olması, havya, lehim gibi araç ve gereçlerin kullanımını azaltması, diğer mikrodenetleyicilere göre az satırla çok işlem yapabilmemize olanak sağlayacak fonksiyonlarının bulunmasıdır.

6 Ayrıca üzerine shield denilen çeşitli modüller ekleyerek oluşturulan sistemin modüler bir yapıya sahip olması da sağlanabilmektedir. Arduino UNO R3 ün genel yapısı Şekil 4 te gösterilmiştir. Şekil 4. Arduino UNO R3 Genel Yapısı Tasarım üzerinde 8 adet 9gram lık servo motor kullanılmıştır. Bu servo motor un dişli kutusu plastiktir. El ile sağa veya sola müdahale sonucu dişlilerin kırılabilme ihtimali bulunmaktadır. Bu tarz zorlamalardan kaçınılmalıdır. Sistemde kullanılan servo motor Şekil 5 te gösterilmiştir. Şekil 5. 9g lık Servo Motor Servo motor üzerinde 3 tane uç bulunmaktadır. Bunlardan kahverengi olan uç toprak(gnd) ucudur. Kırmızı uç pozitif (Vcc) ucu temsil ederken, Turuncu/Sarı uç ise sinyal ucunu temsil etmektedir. Arduino üzerinden servo motor için gönderilecek olan komutlar sinyal ucu üzerinden gönderilmektedir. Sistemde kullanılan servo motor un çalışma gerilimi 4.8 V dur. Bu değer yaklaşık olarak 5V a tekabül ettiğinden, Arduino üzerinde yer alan 5V çıkış pini servo motor için kullanılmıştır. Sistem üzerinde yer alan 8 adet servo motor ile Arduino ile arasındaki bağlantı şeması Şekil 6 da gösterilmiştir.

7 Şekil 6. Arduino ile Servo Motorların Bağlantısı Tasarım üzerinde bulunan servo motorlar, robot un programlanması aşamasında Arduino üzerinden beslenmiştir. Fakat 8 adet servo motor un daha sağlıklı çalışabilmesi için dışarıdan beslenmesi önerilmektedir. Servo motorların yüklü durumda çektikleri akım, yüksüz durumda çektikleri akımdan daha fazladır. Servo motorların yüksüz ve yüklü durumlarda çalışırken çektikleri akımlar farklı olduklarından dolayı Arduino dan bağımsız farklı bir güç kaynağı ile beslenmelidirler. Hangi kablo - hangi servo motora ait? sorusunun cevabına daha kısa sürede ulaşmak amacıyla servo motor kablolarına numaralandırma yapılmıştır. Ayrıca servo motorlar için Arduino ya uyumlu delikli plaket ile Arduino shield diye tabir edilen modül hazırlanmıştır. Bu modül ve numaralandırma sistemi Şekil 7 de gösterilmiştir.

8 Şekil 7. Arduino Servo Motor Modülü Kabloları daha derli toplu hale getirmek için de kablo klipsi kullanılmıştır. Dört Bacaklı Robot un son hali Şekil 8 de gösterilmiştir. Şekil 8. Dört Bacaklı Robot un Son Hali

9 3.SONUÇLAR Bu proje, doğal şartlarda çalışması planlanan Dört Bacaklı bir robotun tasarımı yapılarak, elektronik olarak da tamamlanmıştır. Robot üzerine çevresindeki verileri algılayabilecek sensörler eklenerek bunları uygun bir şekilde işleyip çıkışına aktarabilecek tasarımlar yapılarak işlevselliği arttırılabilme olanağı bulunan bir sistemdir. Aynı şekilde bir kamera eklenerek etrafındaki görüntüleri kaydedebilecek bir arama kurtarma robotu formuna dönüştürülmesi de mümkündür. Gelişime ve yeniliğe açık olarak tasarlanmış bir sistemdir. TEŞEKKÜR Bu projeyi oluştururken bizleri maddi ve manevi olarak destekleyen Aile bireylerimize büyük bir teşekkürü borç biliriz. KAYNAKÇA [1] ( Erişim: ) [2] ( Erişim: ) [3] ( Erişim: ) [4] Metal, M., (2014), Quadrupedal Walking Robot, Germany.