MESLEK YÜKSEKOKULU ELEKTRONİK VE OTOMASYON BÖLÜMÜ MEKATRONİK PROGRAMI ENDÜSTRİYEL ROBOTLAR DERS NOTLARI. Öğr. Gör. Kadir GELİŞ

Transkript

1 MESLEK YÜKSEKOKULU ELEKTRONİK VE OTOMASYON BÖLÜMÜ MEKATRONİK PROGRAMI ENDÜSTRİYEL ROBOTLAR DERS NOTLARI Öğr. Gör. Kadir GELİŞ AĞRI- 2014

2 1 ÖNSÖZ Günümüz teknolojisine paralel olarak insanın yeri günden güne azalmaktadır. Gelecekte üretim aşamasında insan unsuru büyük ölçüde azalacaktır. İnsanın yerini alacak olan ise kendi çalışma alanında programlanmış suni bir zekâya sahip makineler (robotlar) olacaktır. Günümüzde robotlar uzay, tıp, otomotiv, tekstil, kimya, askeri ve benzeri birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Robot kullanmak artık bir keyfiyet olmaktan çok mecburiyet halini almıştır. Bugün bir uzay mekiğinde uyduyu yörüngeye yerleştirme, tıpta ilaçların sağlıklı ortamda üretimi, otomotiv sektöründe montaj ve boyama işlemleri, tekstil sektöründe boyama, kesme ve dokuma işlemleri, askeri alanda mayın arama, bomba imha ve benzeri gibi insan için riskli işler robotlar tarafından yapılmaktadır. İnsanoğlunun Mars yüzeyinde evrenin geçmişine ait yaptığı bilimsel çalışmaların neredeyse tamamı robotlar tarafından yapılmaktadır. Gelecekte insan, robot teknolojisi geliştirme, programlama ve bakımına zaman ayıracaktır. Çünkü üretim, hizmet, güvenlik sektörlerinde robotlar çalışacaktır. Hazırlanan bu notlar daha önce robotik üzerine olan çalışmalardan harmanlanmış ve ders notu haline getirilmiştir.derlenen bu notların okul hayatınızda ve çalışma hayatınızda faydalı olmasını umarım.

3 2 İÇİNDEKİLER 1.GİRİŞ Robot Nedir Endüstriyel Robotun Tanımı Otomasyon Sisteminin Doğuşu Yeni Endüstri İşçileri Robotlar ENDÜSTRİYEL ROBOTLAR VE ÜRETİMDE UYGULAMA ALANLARI Giriş Robotların Kullanım Alanları Makinelerin Yükleme ve Boşaltılması İstifleme Paketleme Yapıştırma Kaynak Montaj Boyama Mekanik Üretimde Uzay ve Deniz Araştırmalarında Nükleer Santrallerde Özel Uygulama Alanları Tarımda Kullanılan Robotlar Madenlerde: Askeri ve Savunma Alanlarında Diğer Uygulama Alanları ENDÜSTRİYEL ROBOTLARIN ÇALIŞMASI VE MEKANİZMASI Robotun Sistem Organizasyonu ve Çalışması Robotun Bölümleri Robotların Olası Etkileri Robot Kinematiği Robot Koordinatları Koordinat Sisteminin İfade Edilişi Düz Kinematik Ters Kinematik ROBOTLARIN SINIFLANDIRILMASI Kartezyen Manipülatör Silindirik Manipülatör Küresel Manipülatör Mafsallı Manipülatör Scara Manipülatör ROBOTLARIN YAPISAL ŞEKİLLERİ Taşıma Kollu Robot Dönme İtme Kollu Robot Çizgi Tipi Portal Robot Yüzey Tipi Portal Robot Kırma Kollu Robot ROBOTLARIN SİSTEM ELEMANLARI Son Etkileyiciler ROBOT KONTROLÖR ELEMANLARI Yürütücüler-Sürücüler... 58

4 Denetleyiciler (Kontrolörler) Algılayıcılar Bilgisayar Kontrol Paneli Pozisyon Kontrolörü Hareket Amplifikatörü Giriş Çıkış Ünitesi Elle Kontrol Aleti KONTROL TİPLERİ Açık Devre Kontrol Sistemleri Kapalı Devre Kontrol Sistemleri ROBOTLARIN ÇALIŞMA ÖZELLİKLERİ Çalışma Alanı Mekanik Yükleme Pozisyon Hassasiyeti-Tekrarlama Hassasiyeti Aks Sistemleri Çarpma Alanı Emniyet Alanları ve Sınırlamalar Emniyet Görünüşü Kavrama Sistemi İşletmeye Almada ve Bakımda Emniyet ROBOTLARIN PROGRAMLANMASI Tatbikatta Dikkat Edilecek Hususlar Robot Kumandası Denetleyici Öğretme Kutusu (Ö /K) Üç Boyutlu Robot Benzetim Programı (3D-simülasyon) Renk Sensörü Yardımcı Parçalar Takım ve Aparatlar Algılayıcılar Güç Birimi Denetim Sistemi ROBOTLARIN AVANTAJLARI VE DEZAVANTAJLARI ROBOT DAVRANIŞLARI DAVRANIŞ TABANLI MİMARİLER GÜNÜMÜZ ROBOT TEKNOLOJİSİ ROBOT BİLİMİN GELECEĞİ KAYNAKÇA

5 4 1.GİRİŞ 1.1. Robot Nedir Robotlar bir yazılım aracılığı ile yönetilen ve yararlı bir amaç için iş ve değer üreten karmaşık makinelerdir. Robotlarla ilgili ilginç bir tanımı ise Joseph Engelberger yapmıştır: Robotu tanımlayamam ama bir robot gördüğümde onun robot olduğunu anlarım. Robotik, Makine Mühendisliği, Endüstri Mühendisliği, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği ve Bilgisayar Mühendisliği disiplinlerinin ortak çalışma alanıdır. Bunların yanı sıra robotik, matematik ve fizik bilimlerinden de yararlanır. Robotik bütün dünyada olduğu gibi ülkemizde de büyük ilgi görmektedir. Robotik'e yakın bir konu Mekatronik'tir. Üniversitelerimizde Mekatronik adıyla Robotik bölümleri açılmakta, ön lisans ve lisans düzeyinde eğitimler verilmektedir. "Robot kavramı ve uygulamaları", insan konforu ve güvenliği ile ilgili temel kavramlarda ve uygulama niteliklerinde ilkesel düzeyde değişimlere yol açacak bilimsel ve teknolojik bir adımdır. Robot teknolojisi, çağımız gelişim süreci içinde gelişen birçok bilimsel ve teknolojik olguların, robot adını verdiğimiz teknolojik ürünler üzerinde bütünleşmesi ve uygulamasını içerir. Hayatımızı kolaylaştıran robotların yanında bir de bunun öncesi olan iş yaşamımızı daima kolaylaştıran endüstriyel robotlar var. Endüstriyel robotların bir vida sıkımından kutuları istiflemeye kadar birçok alanda kullanımı hem zamandan, hem iş gücünden hem de maddi olarak kazanım sağlar. Endüstriye Robotları yazımızın birinci bölümünde hareket etme kabiliyetine göre sınıflandırdık. 1.2.Endüstriyel Robotun Tanımı Amerikan Robot Enstitüsü, robot kavramını şu şekilde ifade etmektedir: "Robot, çeşitli görevlerin gerçekleştirilmesi için, malzeme, parça, takım ya da değişken programlanmış hareketler aracılığıyla, özel parçaları hareket ettirmek amaçlı tasarlanmış, çok fonksiyonlu, yeniden programlanabilir manipülatördür." Sanayi robotunun en kapsamlı tanımı ve robot tiplerinin sınıflandırması ISO 8373 standardında belirlenmiştir. Bu standarda göre bir robot şöyle tanımlanır: "Endüstriyel uygulamalarda kullanılan, sabit veya hareketli olabilen, üç veya daha fazla programlanabilir eksene sahip, otomatik kontrollü, yeniden programlanabilir çok amaçlı manipülatördür." Endüstriyel robot, genel amaçlı, insana benzer özelliklere sahip programlanabilir bir makinedir. Bir robotun insana benzeyen en önemli özelliği onun koludur. Tutma ve yerleştirme işlemlerinde robot kolu kullanılır. Robot kolu, başka bir makineyle birleştirilerek, malzemenin yüklenmesi ve takım değiştirme işlemini yapmaktadır.

6 5 Kesme, şekil verme, yüzey kaplama, silindirik ve düzlem yüzey taşlama gibi imalat işlemlerini gerçekleştirir. Montaj ve kontrol uygulamalarında kullanılmaktadır. Endüstride robot otomasyonu Robot ile insan benzetimi

7 6 Tanımdaki terimlerin detaylı olarak açıklamaları aşağıdaki gibidir: Manipülatör: Robotun hareketli kısımlarına denir. Yeniden programlanabilir: Fiziksel değişiklikler olmadan programlanmış hareketleri veya yardımcı fonksiyonları değiştirilebilen. Çok amaçlı: Fiziksel değişikliklerle farklı bir uygulamaya adapte edilebilme yeteneği. Fiziksel değişiklikler: Programlama kasetleri, ROM'lar vb. gibi değişiklikler hariç mekanik yapının veya kontrol sisteminin değiştirilmesi. Eksen: Lineer veya dönel (rotasyonel) modda robot hareketini belirtmek için kullanılan yön. Tamlık: Tamlık, çalışma hacmi içinde istenen bir noktaya, robotun bilek sonunu götürebilme yeteneğidir. Uzaysal çözülüm, robotun çalışma hacmini bölebileceği en küçük hareket artışıdır. Robotun tamlığı uzaysal çözülüm cinsinden ifade edilebilir çünkü hedef bir noktaya ulaşabilme yeteneği her eklem hareketi için robotun kontrol artımlarını ne derece tanımlayabildiğine bağlıdır. Tamlık, verilen bir hedef noktaya erişebilmek için robotun programlanabilme kapasitesiyle ilişkilidir. Tekrarlanabilirlik: Tekrarlanabilirlik, uzayda robota önceden öğretilen bir noktaya robotun, bileğini veya bileğine eklenen end efektörünü götürebilme yeteneğidir. Robotun öğretilen bir noktaya göre tekrarlanan hareketlerinin sonucunda, robot uç noktası ile öğretilen nokta arasında oluşabilecek maksimum hata miktarıdır. Genel amaçlı robotlarda tekrarlanabilirlik değerinin 0,1 mm ila 0,2 mm olması yeterli olabilmektedir. Özel olarak ark kaynağı uygulaması düşünülürse tekrarlanabilirlik değerinin kaynakta kullanılacak tel çapının yarısından küçük olması istenir. Yük taşıma kabiliyeti ve hız: Maksimum yük taşıma kapasitesi, robotun minimum hızında tekrarlanabilirlik değerini koruyarak taşıyabileceği maksimum yük değeridir. Nominal yük taşıma kapasitesi de robotun maksimum hızda tekrarlanabilirlik değerini koruyarak taşıyabileceği maksimum yük miktarıdır. Bu yük taşıma kapasitesi değerleri taşınan malzemenin boyut ve şekline bağlıdır. Bu tanımlamayla robot bir otomatik makinedir ve belki de birçok tartışmanın çıktığı alandır. Robot olarak kabul edilebilecek birçok makine, çevre ne kadar sınırlı olursa olsun, çevreden alınan bilgiye cevap verebilmelidir. Robot, cevabı yorumlayacak ve gereken değişikliği yapacaktır. Robotların daha önceleri kullanılan otomatik makinelerden farkları: e monte etme gibi herhangi bir yanlış harekette bulunulmaz. kendi başlarına sürdürebilir. İmal edilen parçaları, kendi kendine tasnif edip yükler. Parçayı, ait olduğu bölümlerine götürerek yerleştirebilir. Gerçek anlamda ilk sanayi robotu, G.C. Devci adlı ABD li bir mühendis tarafından gerçekleştirilmiştir de H.A.Erost mikro işlemci kontrollü mekanik bir el geliştirdi de Pieper, manipülatörün kinematiği üzerinde Kahn ve Roth ise dinamiği üzerinde

8 7 çalıştı lerde çalışmalar, sensörlerin (algılayıcı) üzerinde yoğunlaştı de P.Woll ve arkadaşları, montaj görevi yapan kuvvet ve dokunma sensörleriyle donatılmış bir dizi çalışmalarda bulundu de Bejezy uzay araştırmalarında kullanılmak üzere kontrol tekniklerini geliştirdi. Bu şekilde başlayan endüstride robot kullanımı dünyada hızla artmıştır Otomasyon Sisteminin Doğuşu İnsan zekâsının üretici niteliği, tarih boyunca çok önemli itici bir güç olmuştur. İnsanın düşünce kabiliyeti, yeteneklerinin fevkinde fiziksel güç kullanımını gerektiren işlemler için bir araç olmuştur. En basit kaldıraçlardan, buhar makinelerinden hareketle insan elinin yapabileceği işlemleri yapabilen makineler aşamasına ulaşılmıştır. Makinelerin çeşitli işlemleri yapmak için yaygın ve etkili kullanımı Sanayi Devrimi ni getirmiştir ve bir ara bu devrim, insanoğlunun makinelere saldırması ve onları parçalaması şeklinde ilginç olayları da beraberinde getirmişti. Saldırının temelinde makinelerin, insanların yerini almaya başlaması ve bu nedenle işçilerin işsiz kalması yatıyordu. Fransa dan sonra İngiltere de de dokuma tezgâhlarını otomatik duruma getiren makinelere hücum, bu ekonomik nedenlerden ileri gelmişti. İnsanlara yardımcı olacak, onların her isteğini bir köle gibi yerine getirecek ve kesinlikle onun çalışma hayatını elinden almayacak olan makinelere kimse karşı çıkmazdı. Bazı bilim adamları ve yazarlar makinelerle gelişen sanayi devrimini yeni uygarlıkları oluşturan dalgalar olarak tanımlanmaktadır. Tarımın uygulanmasıyla başlayan birinci dalga, sanayi devrimiyle başlayan ikinci dalga nın getirdikleri değişikliklerle sürmüş ve bu, günümüzde insan gibi düşünüp karar verebilen makinelere kadar gelmiştir. Yeni Çağı biçimlendirecek kadar güçlü ve becerikli olan bu makinelerin bugünkü adı robot tur. Robot denilince çoğumuzun aklına hemen insan görünüşlü mekanik araçlar gelir. Bu sözcük dünyanın dört bir yanındaki her yaştan insanda bu tarz çağrışımlar oluşturur. Bilim kurgu roman ve filmlerin katkısıyla bu imaj oldukça yaygın olarak insanların belleğine yerleşmiş bulunmaktadır. Çek dilinde zorunlu işçilik anlamına gelen robota sözcüğünden türetilen robot kelimesini, ilk kez Çekoslovak oyun yazarı Karel Çapek, 1921 yılında yazdığı Rossum un Evrensel Robotları adlı oyununda kullanmıştır. Oyunda da robot, insan görünümlü olup insanların hizmetine bakan araçları temsil ediyordu. Çapek, kendi zamanına kadar, çeşitli oyuncaklar biçimde kullanılarak gelmiş olan mekanik adam ya da otomat adam ların, tıpkı insan gibi belirli şeyleri algılayan ve belirli işlemleri yapabilen birer işçi gibi imal edilebileceklerini düşünmüştür. Piyesin yazıldığı tarihten bu yana geçen süre içinde robot kelimesi öylesine benimsendi ki, otomat adam yapımı üzerindeki bütün çalışmalar, robot yapımı olarak tanımlanmış, meydana getirilen bütün otomat adamlara da robot adı verilmiştir. Robotlarda çelik yayın boşalımı gücü ile harekete geçen çarklarla sağlanan hareket ve işlemler, geçen yıllara muvazi olarak gelişen teknolojiye uygun ilerlemeler gösteriyordu. Elektroniğin kullanılma alanının yayılması, robot yapımında da büyük

9 8 aşamalar sağladı. Sibernetik biliminin inşası ile birlikte makinelerde de canlı varlıklarda olduğu gibi geri merkezle sağlanan bilgi alışverişi yoluyla kendiliğinden işleyen bir sistemin kurulabileceği kavranılmıştı. Bunun sonucunda da, mekanik hareket, makine hareketi ve otomatik hareket yerine, yepyeni bir hareket sistemi otomasyon ortaya çıktı. Otomasyon kelimesini, 1947 yılında Detroit de D. S. Harder, Otomobil imalatında ham maddelerin, herhangi bir insan eli işe karışmaksızın, makine operatörleri tarafından işlenmesi şeklinde kullanmıştı. İnsan, tarihi boyunca hep otomatik sistemlerden yana olmuştur. Katı otomasyon adı verilen sistemde hemen her süreç ve işlem için özgün sistemler kullanılır. Ancak hayatın ve üretim süreçlerinin giderek karmaşıklaşması, yeni bir sorun ortaya çıkarmıştır. Eldeki otomasyon araçları çoğunlukla ancak bir ürün elde etmek için iktisatlı olmaktadır. Aynı araçtan bir başka ürün elde etmek, ek olarak büyük yatırımları gerektirmektedir. İşte bu noktada daha esnek, daha ucuza mal olan ve kolaylıkla yeni bir işlemler dizisini gerçekleştirmeye olanak tanıyan otomatik bir araç (esnek otomasyon) geliştirilmiştir. Bu gelişmelere paralel olarak da robot bilimi doğmuş ve esnek otomasyonda yerini almıştır. İnsanoğlu çağlar boyu, kendisine hizmet edecek bir yardımcı aramıştır. Bu nedenle de yaptığı savaşlar sonunda, karşı taraftan tutsak aldığı insanları köle olarak çalıştırmıştır. Köleliğin (serv) sona ermiş olmasına rağmen otomasyonda kendiliğinden işleyen sisteme, köle kelimesinden gelen, servomekanizma (servo mechanism) adı verilmiştir. Servo mekanizma, bir ya da birden fazla işlemi bir sistem içinde mekanik hareketlere dönüştüren bir geri beslemeli sistemdir. Hiç şüphe yok ki, sibernetik ve elektronik teknolojiden önce yapılmış birçok robot vardı. Bunlardan 1928 yılında yapılan Eric, 1932 yılında yapılan Alfa ve 1939 yılında yapılan Elektro adlı olanları, çok ilginç üç ayrı örnektir. Bu robotlar, hızla geliştirilerek çeşitli işlemlerde bulunan robotlardan, sibernetik yönetimli hizmetçi robotlara, öğreten robotlara ve sanayi robotlarına dönüştürüldü. Biz burada daha çok sanayi robotları üzerinde duracağız. 1.4.Yeni Endüstri İşçileri Robotlar Robotların en fazla kullanıldığı alanlar, hiç kuşku yok ki ağır sanayi kesimi, özellikle otomobil endüstrisidir. Otomobil imalatçılarının ana felsefesi ise imalat hattının daha hızlı kaymasını sağlayarak daha fazla üretimde bulunmaktır. İmalat hattının daha hızla kayması demek, o imalat hattı boyunca çalışan birkaç işçi yerine, bir tek mekanik robot koymak suretiyle montaj işlemini çabuklaştırmak demektir. Firmalar arasındaki rekabet, bu düşünceyi pekiştirmiş ve endüstri alanında otomatikleşmeyi zorunlu kılmıştır. otomasyon tanımlaması da, (bu zorluluktan olsa gerek) ilk kez 1947 yılında, bu kesimde ortaya çıkmıştır. Önceleri imalat hattı yanında duran ve (o hat üzerinde kayarak önüne gelen gövdelere) mekanik hareketlerle bazı parçaları monte eden

10 9 robotların geri besleme işlemi kullanılarak kapasiteleri artırılmıştır. Bu robotlar, parçayı monte ettikten sonra kontrolünü de yapar. Hatalı işlem var ise o parçayı imalat hattından çekip ayırır. Hatalı durumun giderilmesi için geri gönderir. Bu nedenle de bazı yerlerde İmalat Hattı (Assembly Line) yerine Feed- Back Hattı (Feed-Back Path) tanımlanması kullanılır. Daha önce robot sözcüğünün işçi anlamına geldiğini söylemiştik. Webster sözlüğü robotu, insanlara özgü işleri yapan bir otomatik makine olarak tanımlıyor. Amerikan Robot Enstitüsü (RIA)nün tanımı, Programlı hareketlerle değişik görevler için malzemeleri, aletleri ya da özel parçaları taşımak için tasarlanmış, yeniden programlanabilir, çok yönlü bir manipülatördür (kol). şeklindedir. Sanayi robotları Bu, endüstri robotunun kabul edilmiş bir tanımıdır. Önemli nokta, robotun yeniden programlanabilir olmasıdır. Sanayi robotunun en kapsamlı tanımı ve robot tiplerinin sınıflandırması ISO 8373 standardında belirlenmiştir. Bu standarda göre bir robot şöyle tanımlanır. "Endüstriyel uygulamalarda kullanılan, sabit veya hareketli olabilen, üç veya daha fazla programlanabilir eksene sahip, otomatik kontrollü, yeniden programlanabilir çok amaçlı manipülatördür."

11 10 Robotlar; Makine Mühendisliği, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği ve Bilgisayar Mühendisliği gibi birçok çok disiplinin ortak çalışma alanıdır. Bir yazılım aracılığı ile yönetilen, yararlı bir amaç ve insanlığın işini kolaylaştırıp, gereksiz güç kaybını önleyen, zamandan tasarruf ettiren karmaşık makinelerdir. Teknolojinin hızla geliştiği şu zaman diliminde robotlar sadece endüstriyel alanında dışına çıkıp hayatımıza adım adım girmektedirler yılında robotiğin ilk adımlarını atan El-Cezeri'dir. Endüstriyel bir robot, üç ya da daha fazla eksende otomatik olarak kontrol edilen, yeniden programlanabilir, çok amaçlı manipülatör olarak tanımlanır. Robotik alanda ise daha pratik çalışma, tasarlama ve kullanım olarak tanımlanabilir.

12 11 Görüntü hepimizin aşina olduğu karelerden, Fotoğrafta görülen yapıda robotların yerine insanların olduğunu düşünürsek birçok yönden kazanım yerine kayıba neden oluruz. Robotlar endüstriyel hayatı kolaylaştıran en önemli icatlardandır. Robot deyince insanların aklına ilk karmaşık işler yapabilen cihazlar geliyor. Ama sadece bir robot büyük bir fabrikada sadece minik bir vidayı sıkmakla yükümlendirilmiş olabilir ya da büyük karışık malzemeleri boyutlarına göre ayıran bir robot varlığını da düşünebiliriz. Yani kısaca robot işimizi hangi boyutta olursa olsun kolaylaştıran bir tasarımdır. 2.ENDÜSTRİYEL ROBOTLAR VE ÜRETİMDE UYGULAMA ALANLARI 2.1. Giriş Endüstriyel Robotlann gelişmesindeki dönüm noktalarını aşağıdaki şekilde özetlemek mümkündür : Programlanabilir dokuma tezgahı, : Otomatik çıkrık, : Ayaklan ile yürüyen araç, : Radyoaktif malzemeyi tutmak için teleoperatör, : Servo denetimli freze tezgahı, : Programlanabilir endüstriyel robot, : İlk ticari robot, : Mini bilgisayar kullanan ilk ticari endüstriyel robot.

13 12 Son on beş yılda verimliliği arttırmak için yoğun çalışmalar yapılmış ve değişik otomasyon yöntemleri geliştirilmiştir. Bu yöntemlerden birisi de programlanabilir otomasyon yöntemidir. Günümüzde robotlar bu tip uygulamalar için kullanılmaktadır. Örnek olarak kaynak, boyama veya döküm işleri verilebilir. Bu tür bir otomasyonda robotların bilgisayar programlan değiştirilerek, değişik işleri yapabilmeleri sağlanabilmektedir. Robotların imalatta kullanılması ile verimlilik önemli ölçüde artmaktadır. Örneğin, bir kaynak işlemi, robot kullanılarak İki veya üç kat daha verimli olmaktadır. Kaynak hatalarının azalmış olması da göz önüne alınırsa verimliliğin daha da artacağı görülür. Bir başka konu da bir robotun, kaliteyi düşürmeden çok sayıda parçayı, devamlı çalışarak imal edebilmesidir. Kaynağın robot tarafından yapılmasının getirdiği bir diğer avantaj da çalışan kişinin kaynak gazlarına ve zararlı ışınlara maruz kalmamasıdır. Robot kullanarak insanların ulaşamayacağı yerlerde kaynak yapmak da mümkün olmaktadır. 2.2.Endüstriyel Robotların Yapısı Robotların yetenekleri, çok basit noktadan noktaya hareketlerden, denetimi yapılabilen ve tam bir tümleşik imalat sisteminin bir parçası olarak kullanılan bilgisayar tarafından yönlendirilen karmaşık hareketlere kadar değişmektedir. Bundan dolayı, robot kullanımında, robotların özellikleri iyi bilinmelidir. Kol tipi, eksen sayısı, yük taşıma kapasitesi, hareket hızı, çalışma hacmi, güvenilirlik, tekrarlanabilirlik, bellek, programlama yöntemi, hareket elemanları, denetim sistemleri ve koordinat sistemi göz önüne alınması gereken önemli noktalardır. Bütün robotlar Şekil 2.1'dc verilen ve aşağıda anlatılan ana parçalardan oluşmuştur.

14 13 1. Manipülatör. Mekanik hareketi yapan ve çoğunlukla "kol" olarak ta adlandırılan mekanik birimdir. Kolun ucunda değişik uç elemanlarının bağlanması için bir de "bilek" bulunmaktadır. Manipülatör aşağıdaki parçalardan oluşmuştur. - Makanik elemanlar ve eklemler, - Geri besleme elemanları, - Mekanik elemanlar dişli, zincir, vb. kullanarak hareket ettiren hareket elemanlar. Manipülatör, robotun hareketini sağlayan mekanik kısımdır. Bir robotun iş parçalarına ve takımlara erişebilmesi için kol ve bilek kısımlarının uyum içerisinde hareketi sağlanmalıdır. Aynı zamanda, robotun çalışma hacmi de bu uzuvların uzunluğuna ve hareket elemanlarına Bağlıdır. Çalışma hacmi içerisinde elin belirli bir noktaya ulaşabilmesi için üç serbestlik derecesi gerekmektedir. Bunun için de üç eklem kullanmak zorunludur. Bu kol ile sağlanmaktadır. Bu durumda karşımıza çeşitli kol geometrileri ve bunların kinematik özellikleri çıkmaktadır. Bugüne kadar robot imalatçıları aşağıdaki kol geometrilerini kullanmışlardır. Bu geometriler Şekil 2,2 de verilmiştir. 1. Kartezyen, 2. Silindirik, 3. Küresel, 4. Dönel.

15 14 Robot Kol Geometrileri Kol geometrisi değiştikçe robotun çalışma hacmi de değişmektedir. Değişik uygulamalar için, değişik kol geometrileri uygun olmaktadır. Örneğin dönel kol, bir kap içerisindeki iş parçasına ulaşmayı gerektiren uygulamalar için daha uygundur. Günümüzde endüstriyel robotlarda doğrusal kayar ve/veya döner eklemler kullanılmaktadır. Her eklemin bir serbestlik derecesi vardır. Bütün bu kol geometrilerinde kol eli yönlendirmek için bir bilek taşımaktadır. Genellikle, ele istenilen yönlendirmeyi verebilmek için bilek de kol gibi üç serbestlik derecesine sahiptir. Yani, genelde, bir robot toplam olarak altı serbestlik derecesine sahiptir. Robotun çeşitli işleri yapabilmesi için bileğine bir uç elemanı bağlanmaktadır. 2. Uç elemanları. Manipülatörün ucundaki bileğe bağlanan ve "el" olarak ta adlandırılan, robotun istenilen işi yaparken kullandığı kavrayıcı, takım, aparat veya algılayıcılardır Kavrayıcılar Kavrayıcılar, bir işlem için kullanılacak parçayı yakalamak, tutmak ve işlem bittikten sonra da bırakmak için robot bileğine bağlanmış mekanizmalardır. Hidrolik veya pnömatik bir sistem ya da bir motor tarafından verilen hareketi, kavrama hareketine çevirerek çalışırlar. Kavranacak malzemenin özelliklerine göre değişik kavrama yöntemleri ve kavrayıcılar gerekmektedir. Robotlarda kullanılan kavrayıcı ve taşıyıcılar aşağıda verilmiştir: 1. Mekanik parmak tipi kavrayıcılar, 2. Kancalı kavrayıcılar, 3. Taşıma platformları, 4. Kepçe ve potalar, 5. Manyetik kavrayıcılar, 6. Vakumlu kavrayıcılar, 7. Yapışkan parmaklı kavrayıcılar, 8. Universal kavrayıcılar.

16 15 İmalatta kullanılan çok çeşitli parmak tipi kavrayıcılar vardır. Bunlar iki ya da üç parmaklı olabilirler, ancak çoğunluğu üç parmaklı kavrayıcılar oluşturmaktadır. Bunları hareket ettirmek için kol, dişli, kam mekanizması, vida veya makara-ip kullanılabilir. Standart kavrayıcılar ucuz ve çok amaçlı kavrayıcılardır. Bu kavrayıcılara, kavranacak iş parçasının şekline göre değişik parmakların monte edilmesi mümkündür. Ancak orta ağırlıkta parçaların kaldırılmasında kullanılabilirler. Mekanizması, parmaklar kapandığı zaman iş parçasına en büyük kuvveti etki ettirecek şekilde tasarlanmıştır. Düz yüzeyli parçaların kavranmasında kendiliğinden hizalanan parmaklar yaygın olarak kullanılmaktadır. Parmak değiştirmeden, değişik ölçülerdeki iş parçalarını yakalamak için üzerinde birden fazla oyuk olan parmaklar kullanılabilir. Standard kavrayıcı ve parmaklan Şekil 2.3'te, mekanik parmak tipi kavrayıcılar için bazı örnekler Şekil 2.4'te verilmiştir. Kancalı kavrayıcılar, iş parçası üzerindeki uygun kısımlara kancanın takılmasıyla çalışmaktadır. Tozlar, küçük taneli malzemeler, sıvılar ve ergimiş metal taşımak için kepçe ve potalar kullanılmaktadır. Standard Kavrayıcı ve Parmaklar Demir malzemenin manipülasyonu için manyetik kavrayıcılar oldukça önemlidir. Bu iş için elektromıknatıslar veya sabit mıknatıslar kullanılabilir. Patlama tehlikesi olan işlerde sabit mıknatıslar kullanılmalıdır. Manyetik kavrayıcılar kullanıldığında iş parçasının konumlandırılmasının hassas olmasına gerek yoktur. Kavrama işlemi de bir anda olduğundan oldukça fazla zaman kazanılmaktadır. Düz yüzeyli ve manyetik kavrayıcılarla yakalanamayan parçalar için vakumlu kavrayıcılar kullanılabilir. Küçük ve hafif parçalar için vakum pompası kullanılmasına gerek yoktur. Küçük vakum pabuçlarının içinde havanın sıkıştırılıp, dışarı bırakılması ile vakum elde edilmektedir. Büyük ve ağır parçaların kavranması için vantuzlar, borularla vakum pompasına bağlanmakta, pompa havayı emerek vantuzun içinde gerekli vakumun oluşmasını

17 16 sağlamaktadır. Montajda kullanılan robotların, değişik şekillerdeki parçalan kavrayabilmeleri ve işlemleri yapabilmeleri oldukça zordur. Bu zorluklan yenmek için genellikle insan elini örnek alan kavrayıcılar geliştirilmektedir. Universal kavrayıcı adı verilen bu tip kavrayıcılara örnekler Şekil 2.5'te verilmiştir.

18 17 Universal Kavrayıcılar 3. Güç birimi. Hareket elemanlarına gereken enerjiyi sağlayan birimdir. Güç birimi üç değişik tipte olabilir. - Elektrikli, - Hidrolik, - Pnömatik. 4. Denetim sistemi. Robotun beyni olarak kabul edilebilir. Denetim sisteminin başlıca görevleri aşağıda verilmiştir. - Hareketin başlatılması ve bitirilmesi, - Hareket için gerekli verinin depolanması, 2.2. Robotların Kullanım Alanları Makinelerin Yükleme ve Boşaltılması Makinelerin yükleme ve boşaltılması işlerinde robotlar iki değişik şekilde kullanılmaktadır. İlk tür uygulamada sabit bir robotun çevresine gerekli takım tezgahlan konulmakta ve iş parçası robot tarafından operasyon sırasına göre Şekil 4.1'de gösterildiği gibi tezgahlara yüklenmektedir. Parçaların işlem süresi uzun ise robot uzun süre boş kalmakta, bu da işi ekonomik olmaktan çıkarmaktadır. Böyle durumlarda, robotun daha fazla tezgâha ulaşabilmesi ve gerekli yükleme boşaltma işlerini

19 18 yapabilmesi için hareketli hale getirilmesi gerekmektedir. Bunun için robot raylar üzerinde monte edilmekte ve ray boyunca gerekli tezgâhlar sıralanmaktadır. Robotun Takım Tezgâhlarını Yükleme ve Boşaltmada Kullanılması Robotlar bu tip bir imalat esnasında aşağıdaki işleri de yapabilmektedir. - Bir makineden parça alınması, - Çapak temizlenmesi, - Parça istiflenmesi, paketlenmesi. Pres döküm, ergimiş metal malzemenin, basınç altında kalıp içerisine gönderilmesi ve metal katılaşıncaya kadar basıncın uygulanmaya devam edilmesi işlemidir. Daha sonra parça kalıptan alınıp gerektiğinde su banyosuna atılmaktadır. Sonra kesme ve çapak temizleme işlemleri gerekirse yapılmaktadır. Kalıbın uzun ömürlü olması için her dökümden sonra soğutulması, temizlenmesi ve refrakter malzeme ile kaplanması gerekmektedir. Bu işlemler için parçanın değişik yerlere taşınması Şekil 4.2'de gösterildiği gibi robotlar tarafından yapılabilmektedir. Gerektiğinde robotlar kalıbın temizlenip refrakter malzeme ile kaplanması İşlerini de yapabilmektedir.

20 19 Şekil 4.2. Robotun Pres Döküm işinde Kullanılması Dövme işleminde, malzeme genellikle ısıtılmakta ve üzerine değişik yöntemlerle kuvvetler uygulanarak şekli değiştirilmektedir. Bu işlemde robotlar sıcak parçaların taşınması için kullanılmaktadır. Parçanın fırından alınıp prese getirilmesi, biten parçanın alınması, robotlar tarafından yapılabilmektedir. İmalat için birden fazla istasyonu olan kalıp kullanılıyor ise iş parçasının önce ilk istasyona yerleştirilmesi, işlem bitinceye kadar beklenmesi ve parçanın sonraki istasyonlara taşınması da robotlar tarafından yapılabilmektedir. Dövme esnasında parçanın şekli ve boyutları devamlı değiştiğinden özel kavrayıcılar gerekmektedir. Isıl işlem ve diğer fırın kullanılan işlemlerde robotlar kolaylıkla kullanılabilmektedir. Kavrayıcılar yüksek sıcaklıktan etkilenmedikleri için fırından çıkan sıcak malzemeyi kolaylıkla tutup taşıyabilmektedirler. Döküm işlemi dört ana basamaktan oluşmuştur. Metalin eritilmesi, kalıba dökülmesi, soğuyan parçanın kalıptan çıkarılması, döküm parçanın temizlenmesi. Bunların arasında robotlar en çok temizleme işlerinde kullanılmaktadır. Ergimiş metalin potaya alınıp, kalıba dökülmesi işlemi için robotların kullanıldığı uygulamalar da vardır. Robotlar pres işlerinde yine iş parçalarının taşınması işinde kullanılmaktadır. İşlemin uzun sürdüğü durumlarda ise iki veya daha fazla prese iş parçası yüklenmesi ve alınması işleri aynı

21 20 robot tarafından yapılabilmektedir. Pres işlerinde robot kullanılmasıyla işlemler daha hızlı yapılmakta, birtakım nedenlerle meydana gelen iş kazaları da ödenebilmektedir İstifleme Üretilmiş parçaları istiflemek için depolara tek tek taşımak yerine, önce bir palet üzerine yerleştirmek, sonra bu paleti taşımak daha uygun olmaktadır. Parçalar robot tarafından palet üzerine belli bir sıraya göre diyebilmektedir. Ayrıca imalatın çeşitli aşamalarında parçalanın taşınması için de paletlerin kullanılması kolaylık getirmektedir. Bazen de, bir depoda bulunan değişik parçalanın toplanıp aynı palet üzerine istiflenmesi gerekmektedir. Böyle durumlarda gelişmiş bir robot depoda dolaşarak gerekli parçalan seçip palet üzerine istifleyebilmektedir. Robota değişik bir istifleme yaptırmak için yapılacak tek şey programın değiştirilmesidir. Bu şekilde robot yeni işine çok kolay intibak edebilmektedir Paketleme Robotlarla paketleme otomasyonu Değişik paketleme materyalleri

22 21 Robotların kullanım alanlarından biri de paketlemedir. Endüstride üretim sonrasında elde edilen mamuller robotlarca kutulanıp istiflenmektedir Yapıştırma Robotla otomobil camı yapıştırma Sanayide yapıştırma işlemini dev robotlara yaptırmak mümkündür. Resim 1.2 de bir robot otomobil camının kenarlarına yapıştırıcı contasını sürmektedir. Yine aynı robot yapıştırıcısı sürülmüş bu camı daha sonra otomobil üzerindeki yerine monte edecektir. Otomotiv sektöründe bu işlemi robota yaptırmaktaki amaç işlemin kalitesini en yüksek seviyede gerçekleştirmektir. Özellikle cam montajında güvenlik standartları da bunu gerektirmektedir Kaynak Punta kaynağının robotlara yaptırılmasına ilk önce otomotiv endüstrisinde başlanmıştır. General Motor da 1969 yılından, Daimler Benz'de 1970 yılından bu yana gövde kaynaklan robotlar tarafından yapılmaktadır. Volkswagen ve Renault firmaları kendi robotlarını geliştirmiş ve imal etmiştir. Otomobil gövdesinin oldukça karmaşık bir geometriye sahip olması nedeniyle üzerinde kaynak yapılması oldukça güçtür. Bunun için, değişik modellere göre gerekli işlemlerin robot hafızasına depolanması

23 22 gerekmektedir. Bileğine punta kaynağı aparatı bağlanmış robot veya robotlar kaynatılacak modele uygun programlan kullanarak gövdeyi kaynatırlar. Bu işlem hızlı, hassas ve güvenilir bir işlemdir. Ark kaynağı, punta kaynağından daha karmaşık bir işlemdir. Tecrübeli bir kaynakçı en iyi kaynatma açısını, kaynatma süresini ve besleme gerilimini kolaylıkla ayarlayabilir. Bir robotun da bu işleri en iyi şekilde yapabilmesi için kaynakçının hareketlerini aynen takip etmesi gerekmektedir. Bunun için bu hareketler robota bir kaynakçı tarafından öğretilir ve gerekli bilgiler robot hafızasına kaydedilir. Bu iş için sürekli yol denetim sistemine sahip robotlar tercih edilmelidir. Endüstride özellikle metal birleştirme alanında robotlar günümüzde sıkça kullanılmaktadır. Robotlar gerek punto (nokta) gerekse ark kaynağı yapabilmektedir. Resim de görüleceği gibi otomotiv sektöründe robotlar etkin olarak kaynak işleminde kullanılmaktadır. Burada birkaç robot aynı anda kullanılmaktadır. Her robot kendi görev alanında çalışarak otomasyon zincirinde bir halka oluşturmaktadır. Kaynak robotları, algılama elemanları ile birlikte kullanılmakta olup kaynak programlarına uygun biçimde hareket etmektedirler. Otomotiv sektöründe kaynak robotları hem süratli bir üretim hem de yüksek kalitede üretim gerçekleştirdiğinden dolayı tercih edilmektedir. Robotlar hem kaynak yapmakta hem de algılayıcıları ile kaynak kalitesini kontrol etmektedir. Bu da aynı anda hem üretim hem de kontrolün gerçekleştirilmesi anlamına gelir. Kaynak robotu

24 23 Otomotiv sektöründe kaynak robotları Montaj Montaj, önceden imal edilmiş, hazırlanmış parçaların birleştirilmesi işlemidir. Bu işlem genellikle sabit istasyonlarda yapılmaktadır. Gerekli parçalar belli yerlerden, belli bir sıraya göre alınıp birleştirilmektedir. Günümüzde, robotların montajda kullanım alanları oldukça sınırlıdır. Bunun başlıca iki nedeni vardır. Birincisi, robotların, bir yerde karışık olarak bulunan parçalan tanıması ve alması oldukça güç olmaktadır. Diğeri ise çok amaçlı kavrayıcıların bulunamamasıdır. Çeşitli algılayıcıların ve yazılımların da geliştirilmesi ve piyasaya sürülmesiyle robotların bu alanda kullanımı daha da yaygınlaşacaktır. Robotlar üretim hatlarında makine, otomotiv, plastik, elektrik, elektronik sektörlerinde imalat sonrası montaj hatlarında sıkça kullanılır. Montaj aşaması yapıştırma, lehimleme,

25 24 kaynak, vidalama işlemleri ile uyum içericinde gerçekleşir. Şekil 1.4 te ve şekil 1.5 te görüleceği gibi montaj hatları üzerinde birleştirme ve bütünleme gerçekleştirilir. Montaj robotunun çalışması Boyama Otomotiv sektöründe montaj robotlarının otomasyonu Boyama, bugün, robotların yaygın olarak kullanıldığı alanlardan biridir. Özellikle, otomotiv endüstrisinde ve iyi sonuç istenen birçok alanda boyama işlemi robotlar tarafından yapılmaktadır. Robotların bu alanda kullanılmasının diğer bir nedeni de boyahanelerde çalışma şartlarının ağır ve atmosferin kirli olmasıdır. Boyama işleminde, takip edilecek yol başlangıç ve bitiş noktalarından çok daha önemlidir. Bu yüzden sürekli yol denetimi uygulanmaktadır. Robota, takip edilecek yol tecrübeli bir boyacı

26 25 tarafından öğretildikten sonra, boyama işlemi birçok defa hassas olarak tekrarlanabilmektedir. Boyama işleminde robot kullanılmasıyla birlikte, boyahanelerdeki temiz hava ve enerji ihtiyacı azalmakta, temiz, kaliteli bir boya elde edilmekte, böylece malzeme ve işçilik maliyetleri düşmektedir Mekanik Üretimde Parça seçme, sıralama, yerleştirme, tezgaha yöneltme, Parçaların montajı, Malzeme Taşıma Robotu Montaj Robotları Takım ve iş parçası bağlama, sökme ve değiştirme,

27 26 Bir Robot Tornaya Parça Bağlarken Çapak temizleme ve parlatma, Parlatma Robotu Sıcak parçaların (dövme döküm gibi) tezgaha yüklenmesi ve boşaltılması (ısıl işlemler), 1400 F derecedeki Döküm Parçası Kaldırılırken

28 27 Döküm Parçası Buharda Temizlenirken Bitmiş parçaların ölçü ve kontrolü, Stoklama işlemlerinde, Ölçme Ve Kontrol Robotları Parçaların yükleme, transfer ve paketleme işlemlerinde,(takım tezgahları, plastik parça imalatı, pres işleri, pres döküm, hassas döküm, dövme, fırınların doldurulup boşaltılması,...)

29 28 Paketleme Robotu Boya işlemlerinde (özellikle otomotiv sanayide) Boyama Robotları

30 29 Punta, ark kaynağında, Kaynak Robotu Kesmede kullanılırlar. Lazer Kesme Robotu

31 Uzay ve Deniz Araştırmalarında Uzayda uyduları yörüngeye yerleştirmek, Gezegen ve uydularından örnek toplamak, Marsta Hayat İzi Arayan Spirit ve Opportunity Deniz dibi araştırmalarında gözlem yapmak, Sualtı Araştırma Robotları Deniz diplerindeki yataklardan mineral örnekleri toplamak, Sualtı Örnek Toplama Robotları

32 31 Deniz kazalarında kurtarma işlemlerinde kullanılırlar Nükleer Santrallerde Nükleer yakıt yükleme, boşaltma işlemlerinde, Nükleer hasar ve güvenlik kontrolü işlemlerinde, Radyoizotop ilaç imalinde kullanılırlar. Nükleer Malzemelerin Taşınmasında Kullanılan Bir Robot Özel Uygulama Alanları Yün kırpma robotları (çok sayıda koyunun yünlerinin kırpılması için tasarlanmış bir robot olup, özellikle Avustralya da yaygın bir şekilde kullanılmaktadır). Sağlık hizmetleri robotları. (el, kol, bacak protezleri, özürlülere destek robotları, yatalak hastaların yerini değiştirebilen robotlar,...vb)

33 32 Kol Protezi Tarımda Kullanılan Robotlar Tıpta Kullanılan Cerrah Robotlar Büyük alanların, sürülmesi, ekilmesi ve hasadın toplanması işlemlerinde kullanılır. Özellikle insan gücünün pahalı ve zor bulunduğu bölgelerde kullanılmaktadır.

34 33 Çilek ve Fidan Dikmede Kullanılan Robotlar İlaçlama Robotları Madenlerde: Derin yer altı madenlerinde, Maden kazaları ve deprem sonrası kurtarma robotları ve uzaktan kumandalı makineler Askeri ve Savunma Alanlarında Patlayıcı taşıyan robotlar, Silah nitelikli robotlar, Gözlem robotları, İmha robotları.

35 34 Bomba İmha robotları Kontrol Helikopterleri Diğer Uygulama Alanları Eğitim Robotları Eğlence Sistemleri

36 35 Ev ve ev çevresinde kullanılan makineler Kurtarma robotları Yangın söndürme robotları Duvar tırmanan robotlar (Yangın, boyama, kaynak, gözlem vb. işler için) Maden kazaları ve deprem sonrası kurtarma robotları Deprem sonrası yıkılmış binalarda yaşam izi arayan cankurtaran robot

37 36 3.ENDÜSTRİYEL ROBOTLARIN ÇALIŞMASI VE MEKANİZMASI 3.1.Robotun Sistem Organizasyonu ve Çalışması Bir robotun hangi yapıya sahip olacağını, nasıl çalışacağını, çalışma hacmine nasıl bir robotun uygun olacağını anlamak; makina ve kontrol mühendisliğinden, anolog ve dijital elektronikten, bilgisayar biliminden, imalat işlemleri ve idari bilimden çeşitli bilgileri gerektirir. Örneğin çevre ile ilgili elde edilen bilgilere dayalı olarak yapılacak uygulamalara uygun bir işlem biçiminin saptanması, süreç içinde izlenecek yolların belirlenmesi ve planlanması endüstri mühendisliğinde yer alan bazı bilim dallarının alanına girmektedir Robotun Bölümleri Robotik sistem örneği Mekanik yapı: Ana gövdeyi ya da sütunu, mekanik kolları ve içine yerleştirilen aletleri kapsar. Mekanik yapı robot kolları için çoğunlukla beş ya da altı parçadan oluşur ve insandaki karşılığına benzer. İnsan kolundaki eklemler gibi, robot kolda da eklemler vardır. Bunlar, çoğunlukla beş ya da altı adettir. Koldaki parçalar iki eklem arasında yer alan metal yapılardır. Robotikte bunlar "bağlantı parçaları" olarak adlandırılır.

38 37 Çalışma hacmi Bağlantı parça sayısı ve elbette bununla birlikte eklem sayısı arttıkça kolun fiziksel boyutları ve eklem yapıları tarafından belirlenen, erişebileceği tüm noktalardan oluşan uzaydaki bir hacimde -ki buna çalışma uzayı denir- bulunan bir noktaya ulaşabilmesindeki esnekliği de artar. Bu esneklik yapının serbestlik derecesi ile orantılıdır. Serbestlik derecesine ileride tekrar değineceğiz. Robot kolun bilekten sonraki bölümüne işin niteliğine göre bir alet (kaynak hamlacı, boya tabancası) yerleştirilmektedir. Kontrol sistemi: Sayısal elektronik devreler topluluğundan oluşmaktadır. Güç ünitesi: Robot kolun eklem yerlerini oluşturan parçaların birbirine göre hareketini sağlayan donanımdır. Elektrikli, hidrolik ve pnömatik olabilmektedir. Algılayıcılar: Kolun yaptığı işin programlandığı üzere yapılıp yapılmadığını anlamak için kullanılır Robot Biliminde Kavram ve Tanımlamalar Düz kinematik: Sisteme etkiyen kuvvetleri hesaba katmaksızın doğrusal ve açısal hareketleri inceleyen bilim dalıdır. Kinematik bilimi içinde konum ve zamana bağlı ardışık türevleri olan hız ve ivme incelenir. Robot kinematiğinde manipülatörün verilen mafsal açılarına bağlı olarak uç koordinat sisteminin, referans koordinat sistemine göre konum ve durumunun (yöneliminin) hesaplanmasıdır. Ters (inverse) kinematik: Verilen konumlara göre mafsal değişkenlerin bulunmasıdır. Ters kinematik çözüm varlığı ya da yokluğu verilen bir manipülatörün çalışma uzayını tarif eder. Sonucun yokluğu, manipülatörün istenilen konum ve duruma erişemeyeceği anlamındadır.

39 38 Dinamik: Harekete sebep olan kuvvetleri hesaba katar. Bir manipülatörün istenilen yolu takip için mafsallara verilmesi gereken momentler, dinamik denklem elde edilerek hesaplanır. Dinamik denkleminin ikinci kullanım yeri manipülatörün, mafsal momentlerinin uygulanması anında nasıl hareket edeceği bilgisayar ekranında görülür. Yörünge kontrolü: Bir manipülatörün bir yerden bir yere, düzgün bir tarzda hareket etmesi için her bir mafsalın zamana bağlı olarak hareket etmesi gerekir. Her bir mafsal hareketinin nasıl hesap edileceği yörünge kontrolünün problemidir. Serbestlik derecesi (Degree of Freedom: DOF): Bir nesnenin yapabileceği bağımsız hareketlerin sayısı serbestlik derecesi sayısıdır. Serbest bir cisim uzayda serbest olarak hareket ettiği zaman altı serbestlik derecesine sahiptir. Üçü yer diğer üçü de yönelim içindir. Bu iki tür bağımsız hareket; Serbestlik derecesi (ötelemeleri), Üç orthogonal (dikey) taşımayı ve orthogonal eksenler etrafında üç dönmeyi kullanak, bir cismin durumu, örneğin robotun çalışma hacmindeki yeri ve yönelimi tam olarak tarif edilebilir. Koldaki eklem sayısı azaldıkça kolun çalışma uzayı, bağlantı parçalarının fiziksel boyutları aynı kalsa bile yine de hacim olarak küçülür ve kolun bu uzaydaki herhangi bir noktaya erişebilmesindeki esneklik de azalır. Bazı işlemler bu esnekliğin yüksek olmasını gerektirdiğinde kolun serbestlik derecesinin de yüksek seçilmesi zorunluluğu doğar. Böyle durumlarda altıdan da fazla, dokuz ya da on eklemli kol yapıları kullanılmaktadır. Serbestlik derecesini artırmak robot kol maliyetini artıracaktır. Yine de olağan yapıda insanın bel, omuz, dirsek, bilek ve parmaklarındaki hareketlerin benzerlerini robot kolların eklemlerindeki hareketlerde bulmak olanaklıdır. Ayrıca altından fazla mafsala sahip olan robotlarda randıman artsa bile koordinat dönüşümlerinin hesaplanmasında programlama zorluklarına yol açmaktadır.

40 39 4 DOF 3 DOF+1 öteleme 5 DOF

41 Robotların Olası Etkileri Robotların gerçekliğe kavuşmasıyla birlikte toplumsal, bilimsel ve teknolojik bazı etkileri olacaktır. Bu etkilerin insan hayatını kolaylaştırmaya, iyileştirmeye yönelik olacağı kesin olmakla birlikte bazı olumsuz yanları da olacaktır. Özellikle robot kullanımının yaygınlık kazanmaya başladığı geçiş sürecinde bu olumsuzluklar daha bir belirginleşecektir. Ancak olumsuzluklar robot kullanımının yanlış bir seçim olduğu kanısına yol açmamalıdır. İnsan, kendisi için oluşabilecek olumsuzlukları zaten ortadan kaldıracaktır. O nedenle robot kullanımı, sonuçta kesin olarak insan yararınadır. Ancak robot çağının neler getireceğini, robot kullanımının insan yaşamının hangi uç noktalarına kadar girebileceğini bugünden kestirebilmek bilim dünyasında pek mümkün değildir. Robot kullanımının gerçekliğe kavuşmasıyla birlikte ortaya çıkan tepkiler oldukça zıt tezler içermiştir. Kimileri bunların insan hayatını kolaylaştıran, iyileştiren araçlar olarak görmüştür. Kimileri ise robotları özellikle niteliksiz işçi kullanımında bir rekabet unsuru olarak değerlendirmiştir. Kimileri bunların üretkenliği arttıracak, yapılan işin kalitesini yükseltecek bir unsur olduğunu öne sürmektedir. Kimileri de ilk yatırımın yüksekliği nedeniyle mevcut endüstrinin böyle bir değişikliğe kalkışması hâlinde kaynakların yeni iş yerleri açılmasında kullanımına sekte vuracağına dikkat çekmiştir. Bu genel eleştirilerin ve olumlu bulunan noktaların kendi toplumumuz, ekonomimiz, endüstrimiz ve bilim hayatımız açısından bizi ilgilendiren yanlarına değinmekte yarar bulunmaktadır. Robotların geliştirilmesi, insanın günlük yaşamıyla ilgili bazı gelişmeleri de beraberinde getirmektedir. Bir mamulün hep aynı kalitede standardı tutturacak düzeyde yapılması endüstri için önemli bir sorundur. Endüstri, buna çare olarak birim ürün maliyetini de biraz düşürmek için yüksek kapasiteli olmayan katı otomasyon kullanan üretim hatları kurmak zorunda kalmaktadır. Bunun sonucu olarak iş gücü sayısı artmaktadır. Endüstrinin önündeki seçenekler, yukarıdaki saptamadan anlaşılacağı gibi ya otomasyona gitmek ya da dünya pazarında rekabetten vazgeçmektir. Yurt içi pazarımızın darlığı, yurt dışı pazarlarımızın da henüz gelişmekte, genişletmekte olması katı otomasyon türü yüksek kapasiteli üretim hatları oluşturmayı gerçekçi kılamamaktadır. Endüstri orta boy üretim hatlarıyla da rekabet şansına sahip olamadığından, sorun aslında çözümsüz bir sorun gibi görünmektedir. Robotlar, yeniden ve kolayca başka bir iş yapmak üzere programlanabilme yeteneğinin getirdiği esneklikle aynı zamanda yüksek verimliliği ve kalitesiyle katı otomasyona karşı bir seçenek olarak görülmektedir. Üstelik katı otomasyon kadar da ilk yatırım gerektirmektedir. Robot kullanımı işsizliği körükleyen, onu artıran bir olgu olarak da ele alınmalıdır. Bugün işsizlik, salt niteliksiz iş gücünün önündeki bir sorun değildir. Nitelikli iş gücü için de bir ölçü geçerlidir. Robot kullanımı, bunların programlanması, tümüyle insana dayalıdır ve üstelik zaman alıcıdır. Programlama ihtiyacı nedeniyle robotlar yeni iş alanları açacak bugün öngörülmeyen daha başka iş alanları da yaratacaktır. Robot kullanımı salt endüstriye de has olmayacaktır. Ev işlerinde, tıpta, sakat insanlara yardım eden bir araç olarak da kullanılacaktır. İnsan elinin erişemeyeceği düzeyde hassasiyet isteyen ince işlerde, söz gelimi bazı cerrahi işlemlerde, robotlar daha şimdiden yer almaya başladı. Körler için yol gösterici,

42 41 yerinden kımıldayamayan hastalar için uzaktan denetlenebilir bir yardımcı olarak geliştirilme aşamasındaki robotlar da mevcuttur. Geliştirilen bazı robot türleri, insan için elverişsiz ortamlarda iş gören araçlardır. Deniz altı araştırmalarında zehirli gaz ortamında ve radyoaktif çevrede çalışanlar bu kapsamdadır. Çeşitli kurtarma işlemlerinde kullanılmak üzere de bazı robotlar geliştirilmiş bulunmaktadır. Söz gelimi, yanan bir binada yapılacak işlemleri üstlenecek robotlar bunlara örnektir. Bunlar, robotların insanın yaşamının geliştirilmesi, değerli kılınması gibi alanlardaki hoş katkılarıdır. Robotların geliştirilmesi, bilim yaşamına da katkılar sağlamıştır. "Yapay zekâ", "görüntü tanıma" gibi bilim dalları robotların katkıda bulunduğu alanlardan ikisidir. Özetle robotlar, çeşitli bilim dalları için zengin uygulama olanağı sunmaktadır. Robotik, "bilgisayar destekli tasarım" (CAD), "bilgisayar destekli üretim" (CAM) ve "bilgisayar destekli mühendislik" (CAE) teknolojilerinin gelişmesine katkıda bulunmaktadır Robot Kinematiği Kinematik cisimlerin hareketini kuvvetlerin etkisini göz ardı ederek inceler. Robot kinematiğinde her bir uzvun hareketi uzvun kendi ağırlığı dikkate alınmaksızın hesaplanır Robot Koordinatları Bu koordinat sisteminde orijin noktası zemin yüzeyindedir. Robotun konumuna bakmaksızın kullanıcı, orijin noktasını istediği yere tespit edebilir. Kural olarak X-Y düzlemi yatay düzlem, Z ekseni dikey eksendir (+Z yönü yer çekiminin tersi yönündedir.). Bu koordinat sisteminde orijin noktası robotun konulduğu zemine yerleştirilir. Her robot kendine özgü bir koordinat sistemine sahiptir. Mekanik ara biriminin yüzeyine orijin noktasının tespit edildiği koordinat sistemidir. Mekanik ara birim, uç eleman (endeffectore) takılan aygıttır. re (uç elemanı) koordinat sistemi Endeffectore un uç kısmına orijin noktası yerleştirilir.

43 42 Şekil 1.14: Robot koordinat sistemi Koordinat Sisteminin İfade Edilişi Koordinat sistemi, dikdörtgen, silindirik ve kutupsal koordinatlara göre ayrı ayrı ifade edilir. Şekil 1.15: Koordinat tarifi Düz Kinematik Robot kolunun P noktasının aşağıdaki ifadeler kullanılarak her bir mafsal açısı hesap edilir. (α manipülator açısı, L1, L2 ve L3 kol uzunluğu. θ1, θ2 ve θ3 mafsal açısıdır.

44 43 Şekil 1.16: Ters Kinematik Örnek 2: P noktasının X-Y koordinatını ve α açısını hesaplayınız Ters Kinematik Robot elinin koordinatlarından mafsal açılarını araştıran hesaba da ters kinematik denir. Düz kinematik hesapta yalnız bir çözüm var iken ters kinematikte iki ya da daha fazla olabilir. Ters kinematikte hiç bir çözüm de olmayabilir.

45 44 Şekil 1.18: Ters kinematik Manipülatör α açı değerli P(X,Y) noktasında bulunduğunda θ1, θ2 ve θ3 açılarını hesaplar. L1,L2 ve L3 kol uzunluğu, P noktası robot kolunun koordinatıdır. Ters Kinematik

46 45 4.ROBOTLARIN SINIFLANDIRILMASI 4.1.Kartezyen Manipülatör Bu tip çalışmada robotun birbirine dik olarak kayan eklemleri mevcuttur. Yani x,y,z koordinatlarında birbirine dik hareketler gerçekleştirilir. Mekanik yönden çok sağlam olmasına rağmen çalışma alanındaki hareket yeteneği bakımından zayıf olması bir dezavantajdır. Basit yapı tasarımından dolayı kolların hareketi kolaydır. Bir yere ulaşması için hesaplanacak yol çok basit olarak bulunabilir. Bu robot tipi çok büyük boyutlarda ve ağırlıklarda nesneleri hareket ettirmek, taşımak için uygun değer seçimdir.

47 Silindirik Manipülatör Adından da anlaşılacağı üzere silindirik koordinatlarda hareket eden robot tipidir. Kollarından biri düşeyde, diğeri radyal doğrultuda hareket ederek işlemleri gerçekleştirir. Bir temel yatağı etrafında dönebilen ve diğer iki uzvu taşıyan ana bir

48 47 desteğe sahip robotlardır. Bu tip manipülatörler de mekanik yönden sağlamdır fakat bilek konum doğruluğu yatay harekete bağlı olarak azalır. Kartezyen manipülatörde olduğu gibi büyük boyutlu nesnelerin taşınmasında kullanılırlar. Bu tip manipülatörlerde hidrolik motorlar tercih edilir. Yapılması gereken iş ve hedefin aynı doğrultuda olmadığı montaj işlerinde çoğunlukla silindirik manipülatörler kullanılır. Robotun dönüş kabiliyeti çok yüksek olduğundan belirli bir doğrultuda olmayan işlerde kartezyen koordinatlı robotlara göre çok hızlıdırlar.

49 Küresel Manipülatör Bu tip bir manipülatör iki tane döner ve bir tane kayar tip eklemden meydana gelmektedir. Bu tip manipülatörler mekanik açıdan silindirik ve Kartezyen manipülatöre göre daha zayıf, mekanik yapı yönünden diğerlerinden daha karmaşıktır. Elektrik motorlarının tercih edildiği bu robot tipi çoğunlukla makine montajlarında kullanılırlar. Kola ait uzuvlardan biri doğrusal hareket yapabilecek, bunu destekleyen diğer uzuvlardan biri temele dik olan eksen etrafında, diğeri de bu eksene dik ve temele paralel bir eksen etrafında dönmektedir. Dikey hareket kolun açısal hareketiyle tutucunun aşağı ve yukarıya çıkabileceği kadardır. Cilalama, transfer işlemlerinde, test ve kontrolde ağırlıklı olarak bu manipülatör tipleri kullanılmaktadır.

50 Mafsallı Manipülatör İnsan kol yapısı kıstas alınan bu tip manipülatörler tüm eklemleri döner olduğundan en yetenekli robotlardır. Boyama, kaynak yapma, montaj, yüzey temizleme vb. gibi endüstriyel uygulamalarda geniş kullanım alanına sahiptirler. Elektrik motorların tercih edildiği bu manipülatörler kontrol işlemindeki zorluklar nedeniyle bu koordinat sistemi robot tekniğinde geç uygulama alanı bulabilmiştir. Maksimum derece hareket imkânı sağlayan bu robotlar kabiliyet bakımından en iyi robot çeşitlerindendir.

51 Scara Manipülatör Silindirik koordinatlı robotların özel bir tipi olarak kabul edilen bu manipülatörler de bileği konumlandırmak için iki revolute ekleme sahiptir. İlk revolute eklem düşey omuz ekseni olarak da düşünülebilecek temel eksen etrafında kolu ileri-geri döndürür. İkinci revolute eklem önkolun düşey dirsek ekseni etrafında ileri-geri dönmesini sağlar. Böylelikle iki revolute eklem yatay düzlemdeki hareketi kontrol eder. Hareketin düşey bileşeni bileği yukarı-aşağı hareket ettiren üçüncü eklem tarafından sağlanır. SCARA robotlar, genelde hafif ve orta elektronik mekanik montajında, parça test etmekte, malzeme taşımada, makine yüklenmesi ve boşaltılmasında kullanılmaktadır. Maksimum 20 kg. taşıma kapasitesine sahip olmasına karşın dikey, çok hızlı hareketi, çalışma hacmi içerisinde istediği yere çok çabuk ulaşılabilmesini sağladığından özellikle montaj işlerinde en çok tercih edilen robot tipidir. Robotlar kapsama alanlarına göre kartezyen, kutupsal ve silindirik olarak isimlendirilirler.

52 51 5. ROBOTLARIN YAPISAL ŞEKİLLERİ Robotların yapısal şekillerini çalıştıkları alanlar belirler. Bu yüzdende robot tercihi yapılırken öncelik, kullanım alanıdır. Resim 1,5 te görülen robotlar çalışma alanlarına göre tasarlanmış ama temelde çalışma şekli olarak birbirlerine yakın özelliklere sahip robotlardır. Bu robotları bir birinden farklı kılan çalıştıkları bölgelerdir. Farklı yapılara sahip robot ailesi 5.1. Taşıma Kollu Robot Şekil 1.6 daki robot yapısı incelendiğinde robotun Kartezyen koordinat sisteminde hareket eden taşıma koluna sahip bir robot olduğu görülebilir. Bu kol sonundaki tutucu (gripper) cisimleri kavramakta, kolun hareketi ile de malzemenin bir noktadan diğer bir noktaya ulaştırılması sağlanmaktadır. Taşıma kollu robot

53 Dönme İtme Kollu Robot Şekil 1.7 deki robot silindirik hareket gerçekleştirebilen bir robottur. Bu robotun kolunun özelliği ise hem ileri geri gidebilmesi hem de dönebilmesidir. Bu robot çok uzun mesafelerde malzeme taşıma ve işleme yeteneğine sahiptir. Dönme ve itme kollu robot 5.3. Çizgi Tipi Portal Robot Şekil 1.8 de çizgi tipi portal robot görülebilir. Bu robotun yapısal özelliği düzlemsel bir hat biçiminde olmasıdır. Çizgi tipi portal robot 5.4. Yüzey Tipi Portal Robot Şekil 1.11 de ise yüzey tipi portal robotlar görülebilir. Bu robotların yapısal özellikleri işlenecek yüzeyi kaplamasıdır.

54 53 Yüzey tipi portal robot 5.5. Kırma Kollu Robot Resim 1.9 daki robotun yapısal özelliği ise kolunun iki parçadan oluşup kırılabilmesidir. Bu özellik bu robota kısa mesafede aşağı yukarı rahat hareket özelliği kazandırmıştır. Kırma kollu robot 6. ROBOTLARIN SİSTEM ELEMANLARI Robotların yapısı daha önce de anlatıldığı gibi insan vücudunu örnek almıştır. Robot bel, omuz, eklemler ve kollardan oluşmuştur. Kolların önemi büyüktür. Kollar iş parçasının taşınmasında ve işlenmesinde fiziki öneme sahiptir. Kolların boyutlarını çalışma şartları ve fizik kanunları belirler. Kolların dayanımı ve kullanılacak malzemenin türünü de yine iş ortamı belirler. Şekil 1.13 te bir joint arm robotunda kol yapıları görülebilir. Burada 1. kol gövdeyi, 2. kol omuzla dirsek arasını, 3. kol ise dirsek ile el arasını temsil eder. Şekil 1.2 de bu örnekleme daha iyi görülebilir. Robot üç ana parçadan oluşur. Birincisi kol, ikincisi manipülatör (eklemler), üçüncüsü de son etkileyicilerdir. Kol ve manipülatörler üst bölümlerde incelenmiştir.

55 54 Resim 1.11 de robot kollarını birleştirip hareketleri gerçekleştiren bir manipülatörün montajı görülebilir Son Etkileyiciler Şekil 1.14: Son etkileyici yapısı Son etkileyici aparatları

56 55 Robot kollarına bağlanan el kısmına son etkileyici denir. Bu kısım insan elinden esinlenmiştir (Şekil 1.14). Son etkileyici temelde üç hareket yapar bunlar; -sola (yatay) hareket -aşağı (dikey) hareket Şekil 1.15 te ise robotun son etkileyicisinin ucuna takılacak etkileyici çeşitleri görülebilir. Bunlar vakumla çekme başlığı, vida sökücü/takıcı, oyma (freze) başlığı, elektro manyetik tutma başlığı, akışkan enjekte başlığıdır. Bunların dışında en çok uygulama gören ise gripper(tutucu)dir. Endüstriyel robotu oluşturan üç yapısal sistem çeşidi vardır. Bunlar pnömatik, hidrolik ve elektriksel kontrol sistemleridir. Bu üç sistemin kullanıldığı çalışma alanları farklıdır. Bu üç sistemin tercihini iş alanları belirler. Her sistemin diğerlerine göre avantajı ve dezavantajı vardır. Pnömatik, hidrolik ve elektrik kontrol sistemlerinin kıyaslanması şöyledir: o Ucuz o Hızlı o Temiz o Laboratuvar çalışmalarında kullanılabilir. o Endüstride sık kullanılan bir enerji türü kullanır. o Hasar almadan durabilir. o Havanın sıkışabilir olması kontrolü ve hassasiyeti azaltır. o Ekzos gürültü kirliliği yaratır. o Hava sızıntısı meydana gelebilir. o Ekstra kurulama ve filtreleme gerekebilir. o Hız kontrolü zordur. Sistemler Avantajları o Büyük kaldırma kapasitesi o Hafif olmasına rağmen güçlü o Yağ sıkışmadığından bağlantılar sabit bir halde tutulabilir. o Çok iyi servo kontrol yapılabilir. o Kendini soğutabilir. o Çabuk tepki verebilir. o Alev alabilir ortamlarda güvenlidir. o Düşük hızlarda yumuşak hareket edebilir.

57 56 o Pahalıdırlar. o Yüksek hızlarda dairesel hareket için uygun değildirler. o Boyutlarını küçültmek zordur. o Uzak güç kaynağına ihtiyaç duyar bu da yer kaplar. o Hızlı ve hassastırlar. o Harekete kontrol teknikleri uygulanabilir. o Ucuz. o Yeni modeller çok kısa zamanda üretilebilir. o Düşük moment ve yüksek hızda çalışır. Bu nedenle hareketi değiştirecek aktarma organlarına ve dişlilere ihtiyaç vardır. o Dişlilerdeki boşluk hassasiyeti sınırlar. o Elektrik atlamaları yanıcı ortamlarda tehlikeli olabilir. o Hareketin engellenmesi durumunda hararet yapar. o Pozisyonu sabitlemek için fren gerekir. o Robot üreticilerinin bir çoğu elektrik motorlarını tercih ederler(resim 1.10). Elektrik motorlarının 2 çeşidi kullanılmaktadır: Step motorlar ve DC (direct current- doğru akım) motorlar. o Hidrolik sistemlerde yine güç gerektiren alanlarda oldukça tercih edilir (Şekil 1.12). o Pnömatik sistemler ise kol mekanizmalarından ziyade son etkileyicilerde tercih edilir. Hidrolik kontrol sistemi

58 Robot Kol Sistemi Mekanizması Elektirik motorlu robot kontrol sistemi Kol mekanizması

59 58 Kol mafsal montajı 7. ROBOT KONTROLÖR ELEMANLARI 7.1. Yürütücüler-Sürücüler Robot pozisyon motoru Yürütücüler ve sürücüler kontrol cihazı ya da robotu kontrol eden kişiden gelen komutlara göre robotu hareket ettiren parçalardır. Bu parçalar birer motordan ibarettir. Bu motorlar olmadan robota hareket verdirilemez. Motorların çeşitli enerji kaynakları vardır. Elektrik ya da akışkan (hidrolik) basıncı ile çalışabilirler. Bu iki enerji kaynağını tercih sebebini çalışma alanı, yükleme kapasitesi ve maliyetler belirler. Robottaki eksen adedince yürütücü motor kullanılmak zorunluluğu vardır. Şekil 1.12 de bir elektrik motoru görülebilir. Elektrik motorlarının hassasiyetini artırmak ve taşıma gücünü yükseltmek için redüktör adı verilen dişli sistemi de kullanılmalıdır. Hidrolik motorlar için ise böyle bir zorunluluk yoktur. Resim 1.13 te ise üç eksenli bir son etkileyicideki motorların dış görünüşü görülebilir.

60 59 Robotta motorun işlevi 7.2. Denetleyiciler (Kontrolörler) Robotlar programlanıp istendiğinde de programı değiştirilebilen makinelerdir. Ayrıca her robot bilgisayarca programlanır. İşte denetleyici robot ile bilgisayar arasındaki uyumu sağlar, yani yazılım ile donanımın, mekaniğin uyumunu gerçekleştirir. Bilgisayar robot komutlarını denetleyicinin anlayacağı sinyallere dönüştürür. Denetleyici ise bu sinyallere uygun motor kontrol palsleri üretip motora ya da bu motora kumanda eden valfe uygular. Böylece robot hangi parçasını ne kadar, ne hızda, ne yöne, nasıl kumanda edeceğini bilir. Denetleme üniteleri robot bünyesinde olmak zorunda değildir. Ek bir ünite biçiminde de gerçekleştirilebilir. Denetleme üniteleri robot motorlarının beynidir. Denetleme üniteleri motora sadece kontrol palsi göndermez geri beslemede alabilir. Bu tür geri beslemeler konum bilgileri şeklindedir. Encoder ünitelerinden motora verilen işlev palslerinin etkileri sorgulanır. Geri besleme de sonuç vermez ise robot hata bilgisi şeklinde işlevin gerçekleşmediği uyarısını da verebilir.

61 60 ABB S4C kontrol ünitesi Şekil 1.16 ya bakıldığında komple robot sistemi gözlenebilir. Burada merkezi bir kontrol ünitesi mevcuttur. Terminal girişi bilgisayara bağlı olup veri alışverişini gerçekleştirir. Veri depolama bölümü kontrolörün RAM, EEPROM ya da disk hafızalarını kapsar. Öğretici panelde yine bilgisayar gibi robotu programlamak için kullanılır. Ancak öğretici panel bilgisayar kadar geniş işlevlere sahip değildir. Kontrol girişleri start, stop, execute gibi kontrol girdi çıktılarıdır, emniyet giriş çıkışları ise emergeny stop gibi acil durum emniyet tedbirleri içindir. Şekil 1.16 da elektrik, pnömatik ve hidrolik olmak üzere üç çeşit robot kontrol tipi de gösterilmiştir. Kontrol ünitesi beş eksen ve birde tutucu için direkt elektriksel kontrol sinyalleri üretmekte, pnömatik ve hidrolik sistemler için ise valf kontrol sinyalleri üretmektedir Algılayıcılar Lazer mesafe ölçüm sensörlü robot

62 61 Lazer tarayıcılı robot Robotlar her geçen gün daha da gelişmektedir. Bunun sonucunda da daha zeki ve akıllı hale gelmişlerdir. Robotları zeki hale getiren teknoloji algılama işlemlerini gerçekleştiren sensör teknolojisindeki gelişimlerdir. Robotların kendi içerisindeki mesafe ve konumlama sensörleri robotun aldığı mesafeyi ve verilen komutlara cevaplarını kontrol eder. Harici algılayıcılarsa robotların çalıştıkları alandaki iş parçalarını gözlemler. Gözlem sensörlerinin temelinde lazer mesafe sensörleri vardır(şekil 1.17). Bu sensör bir kaynak robotuna monte edilmiştir. Robotun hareketinden ziyade ne kadar kaynak yapıldığını kontrol etmektedir. Şekil 1.18 de ise lazer tarayıcı görülmektedir. Bu tarayıcının özelliği ölçümlerini çizgisel değil de alansal yapması, yüzeyi komple kontrol etmesidir. Bu işlem bir kamera tarafından da yaptırılabilir ancak lazer tarayıcının özelliği lazerin özelliğine bağlı olarak yapılan kaynağın üç düzlemde de kontrolünü yapabilme özelliğine sahip olmasıdır. Yani derinlemesine kaynağın iş parçası içerisindeki derinliğini ölçerek standartlara ve güvenlik şartlarına uygunluk kontrol edilmektedir. Bu tip uygulamalar bu gün özellikle su ve hava taşıtları için basınç altında çalışan taşıtlarda mecburi güvenlik şartıdır. Otomotiv sektöründe de yakıt depolarının güvenilirliği yine bu algılama sensörlerince sağlanır. İnsanların yapacağı kaynak hataları engellenmiş üretilen bütün mamullerin güvenilirliği bu şekilde sağlanmıştır.

63 62 Kullanım türüne göre sensörler Şekil 1.19 da sensörlerin genel olarak çeşitleri yer almaktadır. Temelde basit ve karışık olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Güç, mesafe ve sıcaklık ölçümleri için kullanılan basit sensörler şunlardır: Güç ölçümünde çok basit olarak bir kontaktör ve yaydan oluşmuş anahtarlar, mesafe ölçümünde potansiyometreler, sıcaklık ölçümünde de NTC elemanları. Kompleks akıllı sensörler ise güç ölçümünde strain gauges ve piezo malzeme, konum ve mesafe ölçümünde lazerli algılama ve tarayıcılardır. Dijital kameralar ise robotlu montaj ünitelerinde yaklaşım ve tanıma işlevini gerçekleştirmektedir. Diğer bir akıllı sensör ise ses tanıma sensörleridir. Sensörler yapılarına göre ise Şekil 1.20 de tanımlanmıştır.

64 63 Yapısına göre sensörler Mitsubishi robot kontrol sistemi

65 64 Genel robot kontrol sistemi

66 65 Endüstriyel bir robotun sistem elemanları Bir robot sistemi temelde robot, kontrol ünitesi, bilgisayar ve öğretici panelden oluşur (Şekil ). Ancak yapılan işin çeşidine uygun donanımlar eklenebilir. Şekil 1.23 te yapılan kaynak işi için ek kaynak kontrol donanımı görülebilir. Bununla birlikte robotun kullandığı güç kaynağına uygun (elektrik, pnömatik, hidrolik) donanımlarda eklenir Bilgisayar Bilgisayar robot sisteminin en temel ünitelerinden biridir. Bilgisayar, robot program yüklemesinde etkin olarak kullanılır. Bilgisayarın diğer bir kullanım alanı ise off-line programlamadır. Bu teknik sadece simülasyondur. Her robotun pozisyon konumlama için kullanacağı komutları vardır. Bu komutlar çeşitli programlama editörlerince bilgisayarda yazılır.

67 66 Şekil 1.24: Bilgisayarda robot kontrolü Ya da paket olarak getirilebilir. Her iki yöntemde de bilgisayar bu programları robotun kontrol ünitesine yükler. Bazı robotlar ise direkt bilgisayar portlarına bağlı olabilir. Yine bunlar içinde bilgisayar kontrol sinyalleri oluşturup robotu kontrol edebilir. Şekil 1.25 te ise bilgisayar ortamında yazılan pozisyon komutları görülmektedir. Programlar text(*.txt) formatı kullandığı için Şekil 1.25: Bilgisayarda robot programlama Bilgisayarda her türlü editör de mümkündür. Komutlar ve dosyalama sistemleri basit olmasına rağmen her firma kendi editörünü geliştirmiştir. Verilerin transferi ise yine üretici firmaca belirlenir. Şekil 1.26 da COM 2 yi kullanan bir prosedür görülmektedir.

68 67 Editör hazırlanan pozisyon programını bu gibi gönderme prosedürleri ile robota transfer eder. Şekil 1.26: Bilgisayar robot iletişimi Resim 1.16: Robot kontrol laboratuarı Resim 1.16 da ise bir laboratuvar ortamı görülmektedir. Burada bilgisayarlarca robotlar programlanabilmektedir. Yapılan programlar robotlara yüklenip görsel hareketlere dönüştürülmektedir Kontrol Paneli Günümüzde robotlar ya bilgisayar ya da teaching box (öğreti paneli) adı verilen ünitelerce kumanda edilmektedir. Kontrol ünitesi üzerinde ise robotun start, stop, acil durum butonları ve çalışma ve hata lambaları bulunmaktadır.

69 Pozisyon Kontrolörü Robotların pozisyonlarının kontrolü yine manüel olarak yapılmak istendiğinde öğreti paneli üzerinden yapılmaktadır. Her eksen için pozitif ve negatif yönlerde hareketlerini sağlayan butonlar bu panel üzerinde mevcuttur Hareket Amplifikatörü Hareket amplifikatörleri robotun yapısına göre farklılık gösterir. Bilindiği gibi robotlar elektik, pnömatik ve hidrolik olarak kumanda edilmektedir. Hareket amplifikatörü robotta adım motoru kullanılmış ise bir pals (darbe) jeneratörü, servo motor kullanılmışsa bir işlemsel kıyaslayıcı, pnömatik ya da hidrolik motor ya da silindirler kullanılmışsa da anahtarlama devreleridir. Bu üç yöntem için en uygun hareket amplifikatörü ve uygun güç kaynağı seçimi yapılmalıdır Giriş Çıkış Ünitesi Giriş çıkış üniteleri robottaki bütün veri akışının kontrolünün yapıldığı ünitedir. Şekil 1.22 de görüleceği gibi bilgisayar, öğretici panel, motor kontrol amplifikatörleri, encoderler, depolama üniteleri vb. gibi bütün çevre birimleri giriş çıkış ünitelerince yönlendirilir Elle Kontrol Aleti Elle kontrol aleti robotu manuel yönlendirme aletidir. Bu cihazla robot bilgisayar dışında da program yapılabilme özelliği kazanır. Bu cihaz çok kapsamlı olmayan küçük pozisyon programlarının yapılmasını sağlar. Şekil 1.22 de görüleceği gibi bu alet robot kontrol sisteminin vazgeçilmez bir parçasıdır. Yine bu cihazda her üreticiye göre farklılık gösterir. Hatta aynı marka altında bile farklı kontrol aletleri mevcuttur. 8. KONTROL TİPLERİ Robot sistemler, uygun şekilde bir araya getirilen mekanik ve elektronik alt sistemlerin amaca uygun olarak kumanda edilmesi ile çalışır. Bir robot sistemin tasarımında, istenilen hareketlerin kusursuz biçimde elde edilmesi için, kontrol ünitelerinin ve programlama şekillerinin doğru seçilmeleri gerekir. Kontrol birimindeki özel bir kabin içerisine yerleştirilen bilgisayar sayesinde, kontrol bağlantıları yapılan bütün alt sistemlerin yönetimi yapılabilir.

70 69 Kontrol birimi, robot aktüatörleriyle ilgili olan taşıma işlemlerini belirtilen hata sınırlarında, robotun içerisine yerleştirilen dahili sensörlerle kontrol eder. Robot sisteminin çevre ile ilgisi varsa, harici sensörler kullanılarak kontrol sağlanır. 32 Robotlarda kullanılan kontrol alt sistemleri temelde iki gruba ayrılır Açık Devre Kontrol Sistemleri Açık devre kontrol sistemlerinde, çıktı hareketinin miktarını algılayacak kontrol birimi yoktur. Endüstride yapılan işlerin çoğu, genellikle insanlar tarafından açık devre kontrolle yapılır. Operatör, kumanda kolunu kontrol ederek istediği büyüklükteki deliği açabilir. Manuel kontrollü bütün mekanizmalar, insan kontrolünde kapalı devre kontrol sistemi gibi çalışsa da, gerçekte açık devre kontrol sistemleridir. Açık devre kontrol sistemi Açık devre kontrol sistemleri, Kartezyen tip robot kolların fazla hassasiyet gerektirmeyen eksenlerindeki hareketlerinin kontrolünde kullanılabilmektedir. Kartezyen robot kollar öteleme hareketleriyle ilgili olduğundan, matematiksel olarak pozisyon hesaplamaları en yalın sistemdir. Yükü, bir yerden bir yere götürmek için gerek duyulan eklem hareketini hesaplamak kolaydır ve kol hareketi, yük yönlendirilmesine etki etmez. Elemanları baskılı devre tahtasına takmak gibi, dik açının egemen olduğu yerlerde bu üstün bir özelliktir. Elektrik kontrollü açık devre kontrol sistemi

71 70 Şekil 1.27'de basit bir açık devre kontrol sistemiyle silindir hareketi diyagramı görülmektedir. Bu sistemle pozisyon kontrolünde hassasiyet elde edilmesi beklenmez. Açık devre kontrol sistemleri, yapılması istenen işlerin hassasiyetinin düşük olduğu durumlarda kullanılır. Kullanım sırasında sistemde, insan faktörü ya da kumanda kolları yerine bilgisayar da kullanılabilir. Şekil 1.28'de bilgisayar ile kontrol edilen bir vincin blok diyagramı görülmektedir. Şekil 1.29 da ise kapalı devre kontrolle yapılan silindir hareketinin blok diyagramı görülebilir. Kapalı kontrol sistemi Bilgisayara, motorun on-off durumu istenilen hareket sırasına göre programlanmıştır. Hareketin bütününü elde etmede, motoru çalıştırmak, için önceden tasarlanan hareket süresi bilgisayara işlenmelidir. Bu şekildeki sürücü kontrolüne on-off kontrol denir. Sürücüleri istenilen miktarda hareket ettirmek için, belirlenen süre kadar enerji anahtarı açılır. Açık devre kontrol sistemlerinin, hassas pozisyon kontrolünde kullanılmamasının bazı nedenleri şunlardır: eçme ve durma anlarındaki hız sapmaları Yukarıda belirtilen nedenlerden dolayı, belirlenen işlem zamanı içerisindeki hareket miktarı değişebilir. Bilgisayar ile açık devre olarak kumarda edilebilen en iyi sürücü, step-adım motorlarıdır. Step motor, elektrik akımı verildiği sürece sabit adımla döner. Bilgisayar yardımıyla kontrol step motorlarını kumanda etmek için en iyi yollardan biridir. Elektrik akımı ya da işaretler bir program içerisinde bilgisayar yardımı ile step motora gönderilir. Açık devre kontrol sistemde görülen genel özellikleri şunlardır: miktarları ölçülemez. hareketi elde etmek mümkün olabilmektedir. maliyetine göre daha düşüktür. k devre kontrol sistemlerinin kullanım alanları sınırlıdır.

72 Kapalı Devre Kontrol Sistemleri Kapalı devre kontrol sistemi, açık kontrol sistemlerine konum ölçü devresi eklenerek sürücülerin yaptığı hareket miktarını sistem içerisinde algılayarak, sürücülere kumanda edilmesi esasına göre çalışır. Bir hidrolik silindire konum ölçü devresi eklenerek, robot kol sistem mafsalının hareketleri kontrol edilebilir. Kapalı devre kontrol sisteminin genel çalışma özellikleri şunlardır: evre elemanları, sisteme hareket noktasında ilişkilendirilmelidir. hareket ettirilir. Sisteme transduser eklenmesi sırasında montaj için en uygun yer sürücünün üzeri değil, hareket eden mafsalın üzeridir. Böylelikle sürücülerde ve bağlantılarındaki aşınmadan dolayı oluşacak hatalar önlenmiş olur. Kapalı devre sistemlerde, sürücülerin pozisyonu sürekli olarak sinyaller gönderilerek kontrol edilir. Sinyaller genellikle gerilim miktarlarının değiştirilmesiyle oluşur. Kolay bir hesaplama için her bir milimetrik hareketin yerine getirilmesi için kontrol devresinden 0,1 Volt sinyal şarj olacak şekilde ayarlanabilir. Voltaj düşmesi sinyali alındığı bir durumda, silindir ilerleme pozisyonun geri getirilir. Kontrol teorisinde sinyaller sembolü ile tasarlanır. Denetleyici(kontrolör)den ilk sinyalin sisteme girişi ile gösterilir. Denetleyiciden şayet robot kolunun 40 mm ilerlemesi istenirse, denetleyici; 40x0.1 = 4V sinyal gönderir. Silindirin pozisyon kontrolü transduser (dönüştürücü) ile yapılmaktadır. Pozisyon transduseri, sürücü hareketiyle orantılı olarak analog ve dijital sinyal sağlar. Dijital sinyal, bilgisayarın anlayabileceği sayıları kodlayıp gönderen bilgileri anlatır. Transduserler, hareketli mafsalların konum açısını ölçebilir ve bir silindirin kontrolünde kullanılabilir. Yukarıda verilen örnek için silindirin boyunun 30 mm pozisyonuna gelmesi istenirse, denetleyici transistör sinyali olarak 30x0,1=3 V'u hesaplar. Silindir o anda konum olarak 40 mm pozisyonunda bulunmaktadır. İstenilen konuma ulaşmak için 10 mm geri hareket etmesi gerekir. Burada konum hatası 10 mm'dir ve sinyal hata miktarı ile gösterilir. Hesaplanan bilgilerin sistemde kullanılabilmesi için denetleyiciye geri bildirilmesi, dijital sinyal sağlayan transduserlerle olur. Bilgisayar programı basit bir hesaplama ile sistem sinyallerini karşılaştırıp gerekli voltajı hesaplayarak güç sistemine doğru pozisyon için gerekli analog voltaj üretmesi için sinyal verir. Sistemin bu şekildeki hata sinyalini üretmek için, 4V ve 3V luk analog sinyalleri algılayan bu elemanına diferansiyel amplifier denir. Bu metotla hata sinyali ile görülen 10 mm konum hatası düzeltilebilir. Hidrolik sistemlerde pozisyon hatası düzeltmek için, hatalı miktarı kadar hareket üreten elektro-hidrolik servo valfler vardır. Pnömatik sürücüler kullanılan robotlarda, hidrolik silindirlerin kontrolünde anlatıldığı gibi benzer servo valflerle kontrol edilebilirler. Fakat tam pozisyon kontrolü elde etmek zordur. Çok parmaklı robot tutucularının pnömatik sürücülerinin kontrolünde kapalı kontrol sistemi kullanılabilir. Bu tip tutucuların parmak uçlarına kuvvet sensörleri yerleştirilir.

73 72 9. ROBOTLARIN ÇALIŞMA ÖZELLİKLERİ 9.1. Çalışma Alanı Endüstride çalışma alanı Elbette her robotun kendine özel çalışma alanları mevcuttur. Bu alanların özellikleri gerek robot tipleri anlatılırken gerekse de eksen çeşitleri anlatılırken bahsedilmiştir. Resim 2.6 da da görüldüğü gibi üretim ortamı oldukça kapsamlı ve eşzaman çalışılan bir ortamdır. Robotların çalışma ortamlarının hazırlanışında çalışma alanlarının kesişmelerinde uyuma dikkat edilmelidir. Özellikle farklı tiplerde robotlar bir arada çalışacaksa pozisyon ve hareket programları oldukça gelişmiş olmalı ve alan kullanımına özen göstermelidir. Şekil 2.9 da ise robotların türlerine göre çalışma alanları görülebilir. Robot türlerine göre çalışma alanları

74 Mekanik Yükleme Robotlar çalışma alanlarında iş parçalarına genellikle yürüyen bantlarla ulaşır. Bundan başka, bir başka robotun yardımıyla da çalışacağı malzemeye ulaşabilir. Robot yükleme 9.3. Pozisyon Hassasiyeti-Tekrarlama Hassasiyeti Tepki hızı ve kararlılık da robot için önemli bir ölçüttür. Robotun performansının en önemli göstergesi robotun hareketlerinin hassasiyetidir. Hassasiyet üç bölümde sorgulanabilir. Çözünürlük: Robot için çözünürlük ölçüm ve geri beslemedeki detaydır. Eksenlerin hareket adım aralığı ne kadar düşükse o robotun çözünürlüğü de o kadar yüksektir. Geri besleme datasının genişliğini de ADC ler belirler. Yani robotun çözünürlüğünü, kullanılan motor ve mekanik sistem kadar ölçüm ve kontrol devrelerinin çözünürlüğü de etkiler. Doğruluk: Robot için doğruluk hedeflenen bir noktaya ulaşma gerçekliğidir. Belirtilen noktaya konumlanma mesafesi robotun doğruluk özelliğini tayin eder. Tekrarlayabilirlik: Robot için tekrarlayabilirlik özelliği başlangıç noktası ile hedef noktaya ulaşma işleminin istenildiği kadar tekrar gerçekleştirilebilmesi özelliğidir. Robot için tekrarlama imkânını gerçekleyecek olan doğru ölçüm ve doğru konumlama bilgileridir. Yani robot nereye gittiğinin, mesafenin, konumlamanın farkında ise tekrarlama işlemlerini gerçekleştirebilir. Aksi takdirde bu işlemi hatalı yapar ya da hiç yapamaz.

75 Aks Sistemleri Şekil 2.11 de robot mekanik yapısı görülebilir. Bilindiği gibi robotlar elektrik, pnömatik ya da hidrolik yöntemle kumanda edilebilirler. Elektriksel kumanda da motorlar mevcuttur. Bu motorlar hareketi kollara dişliler ya da millerle iletir. Şekil 2.11 de robotun yan ve arka görünüşüne bakıldığında eksenlerde hareketi sağlayan bu üniteler görülebilir. Görülen bu dişliler çoğu kez motor içlerindedir. Ancak yapının büyük ve güçlü olma zorunluluğu mekanik yapıyı büyütüp bir ünite biçiminde dışarıya çıkarabilir. Robot mekanik sistemi 9.5. Çarpma Alanı Robotların çalışma alanları aynı zamanda çarpma alanlarıdır(resim 2.8). Robot çalışma ve manevra alanları yabancı objeler için tehlikeli ve taslak alanlardır. Robotların kol ve gövdeleri çarptıkları nesneler için yerine göre çok yıkıcı da olabilir. Bu çarpma alanları pasif ve aktif bariyerlerce korunmalıdır. Pasif tedbirler genel de tel örgü ve çitlerdir. Aktif tedbirler ise optik ya da ultrasonik nesne algılayıcılarıdır Robot çarpma alanı görünüşleri

76 Emniyet Alanları ve Sınırlamalar Robotlar üretim alanlarında emniyet alanlarında çalıştırılırlar. Şekil 2.12 de üretim hattında çalışan bir robotun bir alan içine alınışı görülebilir. Emniyet alanı 9.7. Emniyet Görünüşü Şekil 2.9 da yine robot çalışma alanında emniyet görünüşü görülebilir. Çevre ile robot, robot ile robot teması alan yapılandırması ile kesilmiştir. Gerek çalışma yapılan materyal gerekse çalışanlar çarpmalara karşı olmaları gereken yerlere alınmış ve kapatılmıştır Kavrama Sistemi Emniyet görünüşü Robot tutma ve kavrama sistemleri de yine üç metotla gerçekleşir. Bunlar mekanik, pnömatik ya da hidroliktir. Bu sistemlerde pnömatik uygulama oldukça fazladır. Bunun nedeni kontrole yatkınlığıdır. Şekil 2.13 de bu durum gözlenebilir.

77 76 Kavrama sistemleri Pnömatik kavrama 9.9. İşletmeye Almada ve Bakımda Emniyet Robotlar mekanik ile elektroniğin uyumundan ortaya çıkmıştır. Robot teknolojisi mekanik dizayn, kontrol teknolojisi, elektronik, bilgisayar programlama, işletme sistemlerinden oluşur. Robotların uygun koşullarda çalışması ve bakımı önemlidir.