1939 Westinghouse şirketi New York Dünya Fuarı nda sergilenmek üzere mekanik bir insan ve köpek tasarlar.

Transkript

1 1. GİRİŞ Savunma ve Endüstriyel sanayide yaşanan gelişmeler, insan gücü maliyetlerinin düşürülmesi ve kalite arttırılmasının amaçlanması, insanları robot teknolojilerini kullanmaya zorunlu bırakmıştır. Robotlar günümüz teknolojisinin en güçlü elemanlarıdır. Robot sistemlerin çok geniş kullanım alanları olduğundan dolayı tanımlanmalarında bazı ufak ayrıntılar önem kazanmıştır. Robot sistemlerin en yaygın kullanım alanlarından biri de endüstri sahalarıdır. İngiliz Robot Birliği (BRA) ve Japon Endüstriyel Robot Birliği (JIRA) gibi ulusal robotik birliklerinin yayınladığı resmi robot tanımları, çoğunlukla endüstriyel robotların tanımıdır. Robot sistemlerin endüstri alanlarında kullanılmalarıyla ilgili olarak robot tanımı, Amerikan Robot Enstitüsü (RIA) tarafından şu şekilde yapılmıştır. "Robot, çeşitli görevleri yapmak maksadıyla değişik şekillerde programlanmış hareketlerle; nesnelerin, gereçlerin, gereçlerin ya da özel düzeneklerin taşınması için tasarlanmış çok işlevli bir manipülatördür (Candemir 2007, Craig 2005) Robot teknolojilerinin en popüler alt sınıflarından biride robot kollarıdır. Günümüzde hemen hemen her fabrikanın üretim bandında, robot kollar insanların yerini almıştır ve almaya da devam edecektir. İşte bu çalışmaların ve analizlerin ışığında bu tasarım projesi çalışmasında Denso akademik robot kolu uygulamalı olarak incelenmiş ve programlanması anlatılmıştır. 1

2 2- ROBOT TARİHİ, TANIMI ve YAPISI Robot kelimesi ilk olarak 1920 yılında kullanılmış olsa da, robotlara ait ilk kavramlar ve robot benzeri ilk makinelere ait bilgiler M.Ö yıllarına kadar uzanmaktadır. Eski Mısır, eski Yunan ve Anadolu medeniyetlerinde otomatik su saatleri benzeri makinelerin geliştirildiği bilinmektedir. Homerus un İlyada eserinde insan yapımı kadın hizmetçiler anlatılmaktadır. M.Ö. 100 yıllarında yaşamış olan İskenderiye li bir mühendisin otomatik açılan kapılar, fıskiyeler v.b. gibi düzenekleri su ve buhar gücü ile çalıştırdığı eski kitaplarda yazılmaktadır. Daha yeniçağlarda Leonardo Da Vinci nin yürüyen mekanik aslanı olduğu söylenmektedir. Bu süreç içinde özellikle batı dünyasında iyi bilinmeyen El Cezeri nin (MS 12 yy) robot teknolojisi konusunda çok sayıda ve zamanına göre çok ileri öneri ve uygulamaları bulunmaktadır. Robot kelimesi Çek ve Slovak dillerinde köle veya işçi anlam M.Ö. 800 Homeros İlyada adlı eserinde hareketli üçayaklılardan bahseder. M.Ö. 350 Aristo insanların isteklerini anlayıp itaat eden mekanizmalar öngörür Mekanik bir horoz Fransa daki Strazburg Katedralinin tepesine yerleştirilir Joseph-Marie Jacquard delikli kartlarla kontrol edilen otomatik dokuma tezgâhını icat eder Robot sözcüğü ilk defa Çekoslavak oyun yazarı Capek tarafından kullanılır Willard Pollard ve Harold Roselund sprey boya yapan otomatik bir makine için eklemleri olan bir kol icat ederler Westinghouse şirketi New York Dünya Fuarı nda sergilenmek üzere mekanik bir insan ve köpek tasarlar Isaac Asimov Runaround adli kitabında robotların üç kanununu ortaya koyar. Bir robot bir insana zarar veremez veya kayıtsız kalarak bir insanin zarar görmesine neden olamaz. Birinci yasa ile çatışmamak şartı ile bir robot insanlar tarafından verilen emirlere uymak zorundadır. Birinci ve ikinci yasa ile çatışmamak şartı ile bir robot kendi varlığını korumalıdır Raymond Goertz radyoaktif maddelerle ilgili çalışmalarda kullanılmak üzere uzaktan kumandalı bir kol tasarlar.1954 Devol programlanabilen fabrika robotunu tasarlar. Unimation AMF firmasi Harry Johnson ve Veljko Milenkovic tarafından geliştirilen Versatran endüstriyel tasarımını dünyaya sunar Ralph Moser, General Electric şirketinde yürüyen robotu tasarlar. 2

3 1967 Japony ilk endüstriyel robotunu ithal eder Görme organına ve yapay zekaya sahip ilk robot, Shakey, Stanford Araştırma Enstitüsünde geliştirilir Cincinnati Milacron firması bilgisayar kontrollü robotunu piyasaya sürer Shigeo Hirose, Tokyo Teknoloji Enstitüsünde bir öğrenci, yılan benzeri bir robot yapar NASA Mars a gidecek olan uzay araçlarına robot kollar yerleştirir Asea Brown Boveri Ltd. şirketi mikrobilgisayar kontrollü robotları piyasaya sürer Yamanashi Üniversitesi fabrikalardaki montaj hatlarında kullanılmak üzere Scara Kolu nu tasarlar Odetics şirketi 6 bacaklı, yürüyen robotu piyasaya sürer Waseda Üniversitesi nde Wabot-2 adli nota okuyup, elektronik org çalabilen robot yapılır Honda Motor Corporation insansı bir robot geliştirmek amacı ile gizli bir proje başlatır Danbury Hastanesi nde ilk yardımcı robot göreve başlar MIT den Rodney A. Brooks bir insan gibi yetiştirilen ve eğitilen robot Cob u yapmaya başlar Dante II, Carnigie Mellon Üniversitesi nde geliştirilen yürüyen robot Alaka da aktif bir volkana kesif gezisi yapar ve volkanik gaz örnekleri toplar Honda, P2(prototipe 2), yürüyen insansı robot dünyaya tanıtılır ilk yıllık robotlar arası futbol turnuvası érobocup Japonya da düzenlenir NASA nin Pathfinder uzay aracı Mars a iner ve Sojourner robotu Mars yüzeyinde keşif gezisi yapar RoboCup 2000 de üç insansı robot ilk defa karşılaşırlar. Bati Avustralya Üniversitesi nden Johnny Walker, Japonya da Aoyama Gakuin Üniversitesi nden Mk-II ve Pino NASA Mars da hayat izi aramak görevi ile iki robot göndermiştir.(spirit Opportunity) 2005 Türkiye Florence Nightingale Hastanesinde kullanılan dört kollu cerrah robot DaVinci ile %100 başarılı ameliyatlar yapılmaktadır.[2] Robotların şimdiye kadar birçok farklı tanımı yapılmıştır. Webster sözlüğünde robot, genellikle insanların gerçekleştirdikleri işlevleri yerine getiren otomatik araçlar olarak 3

4 tanımlanmaktadır. Ancak bu tanıma göre mesela bir çamaşır makinesi de robot sayılabilmektedir. Robot bir kaide üzerinde en az bir kol, tutma organları (genellikle pensler, vantuzlar veya elektromıknatıslar), pnömatik, hidrolik veya elektriksel sensörler ile konumu ve basınç algılayıcılarıyla, bilgi işlem organlarıyla donatılmış kontrollü mekanik manipülatörlerdir. Robotlar verilen bir dizi görevleri önceden programlanmış hareketler aracılığıyla malzemeleri, materyalleri, el aletlerini veya özel donanımları hareket ettirmek amacıyla tasarlanmış çok işlevli manipülatörlerdir. Sanayi robotunun en kapsamlı tanımı ve robot tiplerinin sınıflandırılması ISO 8373 standardında belirlenmiştir. Bu standarda göre bir robot şöyle tanımlanır; Endüstriyel uygulamalarda kullanılan, üç veya daha fazla programlanabilir ekseni olan, otomatik kontrollü, yeniden programlanabilir, çok amaçlı, bir yerde sabit duran veya hareket edebilen birden fazla motorlu makine veya el aletine robot denir. Yukarıdaki tanımlarda da görüldüğü gibi robot; canlılara benzer işlevleri olan ve davranış biçimleri sergileyen makinelerdir. Bilgisayar destekli tasarım ve buna paralel olarak bilgisayar destekli üretimin gelişmesiyle endüstriyel robot ihtiyacı ve kullanımı artmıştır. Robotları diğer makinelerden ayıran en önemli özellik robotların birden fazla programlanabilmeleri ve mekanik sistemlerinin yanında kontrol sistemi içermesidir. Kısacası robot bilgisayar kontrollü endüstriyel manipülatördür. Robot bilimi elektrik, elektronik, makine, bilgisayar ve matematik mühendisliğinin içine girdiği disiplinler arası bir bilim dalıdır. Makine mühendisliği robotların dinamik ve statik yapısıyla, bilgisayar mühendisliği robotun kontrolünde kullanılacak programla ve elektrik mühendisliği de robotta kullanılacak algılayıcı tasarımıyla ilgilenir. Tüm robotların sahip olduğu uzuv ve eklemlere göre bir çalışma uzayı vardır. Bu çalışma uzayı robotun uç işlevcisinin serbest olarak hareket edebileceği alandır. Robot manipülatörünün eklem açıları yardımıyla ana çerçeveye göre uç işlevcisinin konumu ve yöneliminin bulunmasına ileri kinematik, uç işlevcisinin konum ve yönelim bilgileriyle robot manipülatörünün eklem değişkenlerinin bulunmasına ise ters kinematik denir. Kinematik nesnelerin hareketiyle ilgilenir. Robot kinematiği ile robotun kuvvet, hız ve ivme analizi yapılabilir. Bir robot birbirinden bağımsız olarak hareket edebilen prizmatik (kayar) veya döner tip eklemlerden ve bu eklemleri birbirine bağlayan uzuvlardan oluşur. Döner eklem (Şekil 3.1) 4

5 iki uzuv arasında dönme hareketine izin verir. Prizmatik eklem (Şekil 3.2) ise iki uzuv arasında doğrusal harekete izin verir. Dönel eklemde dönme hareketinden dolayı oluşan yer değiştirmeye eklem açısı, prizmatik eklemde uzuvlar arası doğrusal hareketten oluşan yer değiştirmeye ise eklem kayması denir. Dönel eklemlerde eklem değişkeni eklem açısı, prizmatik eklemlerde ise eklem değişkeni eklem kaymasıdır. Şekil 3.1 Döner Eklem Şekil 3.2 Prizmatik Eklem Manipülatörler birbirlerine bağlanmış rijid cisimlerin açık uçlu kinematik zinciri olarak kabul edilirler. Bu Zincirin bir ucu ana çevreye bağlı iken diğer ucu uç işlevcisine bağlıdır. Sonuç olarak manipülatörün hareketi her bir uzuvun diğerine göre hareketlerinin toplamıdır. Bu kinematik zinciri oluşturan ifadeler Robotun konum ve yönelimini içeren homojen dönüşüm matrisinden oluşur. Manipülatör hareketini belirlemek için öncelikle rijid cismin uzaydaki yönelimi ve konumunun belirlenmesi gerekir. Rijit cismin kartezyen uzaydaki yönelimi dönme matrisi ile rijit cismin konumu ise konum vektörü ile bulunur. Üç boyutlu uzayda herhangi bir noktaya ulaşmak için 6 serbestlik derecesi yeterlidir. Serbestlik derecesi altıdan fazla olan robotlarda artıklık meydana gelir. Artıklık bir eklemin taradığı alanı başka bir ekleminde taraması olarak tanımlanabilir. Şekil 3.3 Robot ve Çalışma Düzlemleri 5

6 Ana Çerçeve {B} İstasyon Çerçeve {S} Bilek Çerçevesi {W} Araç Çerçevesi {T} Hedef Çerçevesi {G} Robotun hareket etmeyen parçası yani kinematik zincirin ilk halkası Robotun bütün hareketlerini yaptığı çerçevedir. Manipülatörün son uzuvu olup kinematik zincirin son halkasıdır. Robotun hangi işlevi gerçekleştirmesi isteniyorsa ona uygun bir eleman yerleştirilir. Robotun işlem yapacağı nesnenin üzerindeki çerçevedir. Tablo 3.1Robot ve Çalışma Düzlemleri[3] 6

7 3- ROBOTLARIN SINIFLANDIRILMASI Robotlar temel olarak seri ve paralel robotlar olmak üzere iki gruba ayrılır. Seri robotlar bir dizi eklemler ve bu eklemleri birbirine bağlayan uzuvlardan oluşur. Seri robotlar geniş bir çalışma uzayına ve az sayıda mekanik parçaya sahiptir. Paralel robotlar ise ana çerçeve ile uç işlevcisi arasında birden fazla paralel uzuvlardan bir araya gelmiştir. Paralel robotlar seri robotlara göre çok sağlam bir mekanik yapıya sahiptir. Bu iki robot türü taşıyacakları kütlenin mekanik yapılarının kütlesine oranı bakımından karşılaştırıldıklarında bu oran seri robotlarda çok küçük, paralel robotlarda ise çok büyüktür. Kısacası seri robotlar daha küçük kütleli işlerde, paralel robotlar ise büyük kütleli işlerde kullanılır. Şekil 3.4 Seri Robot Şekil 3.5 Paralel Robot Robotlar serbestlik derecelerine, eklemlerin döndürülmesinde kullanılan güç kaynağına, kontrol yöntemlerine, keskinlik derecelerine göre ve iki harfli kod olmak üzere beş farklı şekilde sınıflandırılabilirler. 7

8 3.1 Serbestlik Derecelerine Göre Robotlar. Endüstride kullanılan robotlar genellikle altı serbestlik derecesine sahip robotlardır. Robotlar serbestlik derecesine göre sınıflandırılırken ilk üç uzuvun eklem özelliğine bakılır. Örneğin ilk üç uzuv prizmatik ekleme sahipse bu robota Kartezyen (Prismatic Prismatic Prismatic PPP), ilk uzuv döner ikinci ve üçüncü uzuv prizmatik ekleme sahipse bu robota Silindirik (Revolute Prismatic Prismatic RPP), ilk iki uzuv döner üçüncü uzuv prizmatik ekleme sahip ve bütün eklemler birbirine paralelse bu robota Scara ( RRP), ilk iki uzuv döner ve üçüncü uzuv prizmatik ekleme sahipse bu robota Küresel robot denir. Ayrıca ilk üç uzuvu döner ekleme sahipse bu robota da Döner robot denir. 3.2 Kartezyen Robot Düzenleşimi İlk üç eklemi prizmatik eklem olacak şekilde tasarlanmış robota kartezyen manipülatör denir. Kinematik düzenleşimi en basit olan robot türüdür. Mekanik yapıları sağlam olmasına karşın çalışma uzayındaki hareket yetenekleri oldukça düşüktür. Kartezyen tip manipülatörler daha çok büyük hacimli ve ağırlıklı nesnelerin bir yerden bir yere taşınmasında kullanılır. Şekil 3.6 Kartezyen Robot ve Çalışma Alanı 3.3 Silindirik Robot Düzenleşimi İlk eklemi döner ikinci ve üçüncü eklemi prizmatik tip eklemden oluşan manipülatöre silindirik tip manipülatör denir. Mekanik yapıları sağlam olmasına karşın bilek konum doğruluğu yatay harekete bağlı olarak değişir. Kartezyen robot gibi büyük hacimli ve ağırlıklı 8

9 nesnelerin taşınmasında kullanılır. hidrolik silindir kullanılır. Prizmatik eklemde hareketlendirici olarak genellikle Şekil 3.7 Silindirik Robot ve Çalışma Alanı 3.4 Küresel Robot Düzenleşimi Küresel manipülatörde ilk iki eklem döner üçüncü eklem prizmatik eklemden oluşur. Mekanik yapıları kartezyen robota göre sağlam olmamasına rağmen çalışma uzayındaki hareket yetenekleri oldukça yüksektir. Şekil 3.8 Küresel Robot ve Çalışma Alanı 3.5 Döner Robot Düzenleşimi İlk üç eklemi döner ekleme sahip olan manipülatöre dönel manipülatör denir. Çalışma uzayındaki hareket yetenekleri en yüksek olan robottur. 9

10 Robot Düzenleşimi Kartezyen Avantajları Kinematik denklemleri basittir. Mekanik yapıları çok sağlamdır. Çalışma uzayının her noktasında Geni çaplı hareket kabiliyeti aynıdır. Kinematik yapısı basit olduğundan yeni eleman eklenmesi kolaydır. Dezavantajları Çalışma uzayanının boyutu robotun boyutundan küçüktür. Robot kendi ana gövdesine ulaşamaz Prizmatik eklemlerin çalışma ortamındaki tozlardan korunması zordur. Silindirik Ana çerçevenin döner olmasından dolayı uç işlevcisinin hızı yüksektir. Küresel robotlara göre daha küçük bir çalışma uzayına sahiptir. Küresel Kinematik denklemleri basittir. Kartezyen robota göre daha geniş çalışma Çok büyük uzayına çalışma sahiptir. uzayına sahiptir. Geniş çaplı hareket kabiliyeti kol uzunluğuna göre değişir. Kinematik denklemleri karmaşık olduğundan kontrolleri de zordur. Geniş çaplı hareket kabiliyeti her noktada farklıdır. Dönel Çok büyük çalışma uzayına sahiptir. Tamamı dönel olan eklemlerin hareket ettirilmesi kolaydır. Geniş çaplı hareket yetenekleri her noktada farklıdır. Kinematik denklemleri karmaşık olduğundan kontrolleri de zordur. Çok esnek ve hızlıdırlar. Tablo 3.2 Robot Düzenleşimlerinin Avantaj ve Dezavantajları[3] Kontrol Yöntemlerine Göre Robotlar Kontrol yöntemlerine göre robotlar iki sınıfa ayrılırlar Noktasal Kontrol Edilen Robotlar Bu tür robotların belirlenmiş bir çalışma alanı yoktur. Serbestlik derecesi 6 dan küçüktür ve genellikle bir nesneyi bir yerden başka bir yere taşımak amacıyla kullanılır. 10

11 3.1.3 Sürekli Yörünge Kontrollü Robotlar Bu tip robotlar önceden belirlenmiş bir yörüngeyi izleyecek şekilde kontrol edilirler Robot Hareketlendiricilerinin Kullandığı Güç Kaynağına Göre Temel olarak elektrik motorları, pnömatik ve hidrolik olmak üzere üç gruba ayrılır Elektrik Motoruyla Hareket Verilenler Eklemlerin hareket ettirilmesinde özel tasarımlı elektrik motorlarının kullanıldığı robotlardır. Bu amaçla dönme açıları 1 nin altına kadar indirilebilen DC Servo ve adım motorları kullanılır. Dc Servo motorlar sahip oldukları redüktör sayesinde düşük gerilimle yüksek tork sağlarlar. Kontrol edilmesi kolaydır Hidrolik Silindir İle Hareket Verilenler Bu tip robotlarda eklemlere hidrolik silindirler aracılığıyla hareket verilir. Sağladıkları düşük enerji ile çok yüksek tork sayesinde endüstride çok ağır işlerde kullanılır. Performansları doğrusal olmadığından elektrik motorlarına göre kontrolleri daha zordur Pnömatik Silindir İle Hareket Verilenler Bu tip robotlarda hidrolik silindirli robotlara benzerler ancak pnömatik silindirde hava kullanıldığı için silindirin yeterli ataletini sağlayacak hava basıncının sağlanamamasından dolayı kontrolleri zordur ancak yapısı basittir Keskinlik Derecelerine Göre Robotlar Çözünürlük, doğruluk ve yenilenebilirlik olarak üç gruba ayrılır Çözünürlük Çok küçük bir yer değiştirmeyi gerçekleştirme yeteneğidir Doğruluk Her robot için yazılmış bir program vardır. Robotun doğruluğu da uç işlevcisinin bu programı gerçekleştirme derecesidir Yenilenebilirlik Yenilenebilirlik robotun uç işlevcisinin birçok işlevi gerçekleştirdikten sonra tekrar aynı noktaya gelebilme özelliğidir. 11

12 4. PROJEDE KULLANILACAK ROBOT KOLU VE YAPISI Bu tez kapsamında Denso firmasının ürettiği, Yedi eksenli Denso 7-Axis Acedemic robot kullanılmıştır. 4.1 Robot Kol Seçimi Bu robot kolun tercih edilme sebebi, lisans ve yüksek lisans seviyesinde bu tip bir tez çalışmasında kullanılabilecek uygun robot kolu olmasıdır. Daha yüksek hız ve daha hassas hareket sağlayan robotlar olmasına rağmen bu üstün robotların sadece endüstride kullanıldığından ve bu tarz robotların maliyetinin çok yüksek olması sebebiyle bu tez kapsamında piyasada bulunanlar arasında Denso 7-Axis Acedemic robot kolu kullanılmıştır. Toplam ağırlığı 600gr. Olup 150 gr. yük taşıma kapasiteli toplam 7 ekseni bulunan. Bu robot kolu hızlı, hassas ve tekrarlı hareketler yapmaya uygundur. Seçilen Robot Kol aşağıda ki şekilde görülmektedir. Şekil 3.10 Denso 7-Axis Acedemic Robot Kolu 4.2 Denso 7 Axis Acedemic Robot Bu bölümde Denso firmasına ait robot kolun limitleri ve imkânları ortaya çıkarılmış, robot geometrisinden bahsedilip, servo motorlar ve bu motorları yöneten servo kontrol kartından robot geometrisi ve limitlerinden de bahsedilmiştir. Robot kolun eklem açıları ve üç boyutlu modellenmesi Şekil 3.11 de gösterilmektedir. 12

13 Şekil 3.11 Denso 7-Axis Acedemic Robotun 3 boyutlu modeli EKLEM EN KÜÇÜK AÇI EN BÜYÜK AÇI J J J J J J J7(Tutucu) 20 mm (aç/kapa) Çizelge 3.2 Eklemlerin Limitleri 13

14 4.2.1 Robot kol için servo motorlar Denso 7-Axis Acedemic manipülatörünün eklemlerini hareket ettirmek için altı titreşim orantılı servo motor kullanılmıştır. Bu motorlar radyo kontrollü araba uçak ve bot için tasarlanmış motorlardır. Denso 7-Axis Acedemic robotta FUTABA RS303MR, RS304MD servo motorları kullanılmıştır. Şekil 3.12 gösterilmektedir. Şekil 3.12 FUTABA RS303MR Servo motoru 5. WİNCAPS 3 Wincaps 3 Denso 7-Axis Acedemic robotu programlamakta kullanılmaktadır. 5.1 Wincaps 3 Giriş İşlemi Bilgisayarımızda wincaps 3 programına ait simge tıklanarak program çalıştırılır. Karşımıza çıkan giriş kutusundan use level kısmında 1-progammer seçilerek ve gerekli password (şifre) girilerek giriş işlemi gerçekleşir. Bu ifadeye ait işlem şekil 3.13 gösterilmektedir. Şekil 3.13 Wincaps 3 Giriş İşlemi 14

15 5.2 Wincaps 3 Yeni Proje Oluşturma Wincaps 3 giriş işlemi yapıldıktan sonra karşımıza çıkan wincaps ara yüzünde üsteki menüden dosya(file) sekmesinden yeni proje (New Project) komutu seçilir. Bu komut seçildikten sonra karşımıza gelen ekranda Select (robottype manually for creating a new project ) seçilir.bu işlem şekil 3.14 gösterilmiştir. Şekil 3.14 Yeni Proje Oluşturma Bu işlemin akabinde proje ismini ve proje dosyasının kaydedileceği sekme açılır. Burada isteğe bağlı işlemler yapılarak diğer sekmeye geçilir. Bu sekmede sistemde tanımlı olan robot türü seçilir. Diğer sekmeye geçilir. Bu sekmede ise kontrolör seçilir. İşlem sıraları şekil 3.15 ve şekil 3.16 da gösterilmiştir. 15

16 Şekil 3.15 Yeni Proje Oluşturma 16

17 Şekil 3.16 Yeni Proje Oluşturma Bu işlemlerin sonunda Select a connection to the controller menüsü açılır burada RS-232C sekmesi seçilir. Burada port, baud rate, parity bit, data bits, stop bits bilgisayarımıza göre ayarlanır. Next sekmesi tıklanarak diyer pencere açılır. Bu açılacak olan pencereler Set Varibable Size, I/O Settings ve Finish tir. Bu sekmeler direk Next diyerek geçilir. Bu işlemlere ait işlem basamakları şekil 3.17 ve şekil 3.18 gösterilmiştir. 17

18 Şekil 3.17 Yeni Proje Oluşturma 18

19 Şekil 3.18 Yeni Proje Oluşturma 5.3 Simülasyonda Denso 7-Axis Acedemic Programlama Wincaps 3 ara yüzünde yukarıdaki işlemler yapıldıktan sonra gelen ekranda simülasyon simgesi tıklanarak simülasyon penceresi açılır. Bu pencerede Arm operation menüsü açılır. Burada 3D view teach seçili hale getirilir. Ope.mode kısmında joint seçilerek. Robot position da eksenleri ayarlayarak istersek. Ope mode kısmında XY seçerek robotu X,Y,Z düzleminde hareket ettirebilir ve konum ayarını yapabiliriz. Bu işlemler şekil 3.19 gösterilmiştir. 19

20 Şekil 3.19 Simülasyon Programlama 5.4 Wincaps Konum Kaydetme Belirlediğimiz konumları kaydetmek için Type menüsünde type p seçilir. Burada istenen nolu satıra gelerek Get Position tıklanır. İstenilen konum kaydedilmiş olur. Şekil 3.20 de gösterilmiştir. 20

21 Şekil 3.20 Konum Kaydetme 5.5 Program Düzenleme Penceresi Yukarıda add program simgesi tıklanarak açılan sekmede type kısmında program seçmesi işaretlenir program ve file name kısımları isteğe bağlı doldurulur. Bu işlem şekil 3.21 de gösterilmektedir. 5.6 Kullanılan Bazı Komutlar Move p, p[0] Robotun o an ki durumundan p(0) noktasına giden en kısa güzergahtan takip ederek p(0) noktasına gider Move l, p[0] Robotun o an ki durumundan p(0) noktasına evrensel y ekseni üzerinde hareket eder Drivea(7, F2) Gripper açmaya yarar Drivea(7, F1) Gripper kapatmaya yarar Delay Robot kolunun istenilen konumda ne kadar süre duracağını ayarlar. 21

22 Şekil 3.21 Program Düzenleme Penceresi 22

23 5.7 Örnek Programlar Örnek program 1 Topun bütün deliklere sırayla taşınması Komut listesi PROGRAM VE026A TAKEARM move p, j[0] DRIVEA(7, F2) move p, j[1] DRIVEA(7, F1) move p, j[0] move p, j[2] DRIVEA(7, F2) move p, j[0] move p, j[2] DRIVEA(7, F1) move p, j[0] move p, j[3] DRIVEA(7, F2) move p, j[0] move p, j[3] DRIVEA(7, F1) move p, j[0] move p, j[4] DRIVEA(7, F2) move p, j[0] move p, j[4] DRIVEA(7, F1) move p, j[0] move p, j[5] DRIVEA(7, F2) move p, j[0] move p, j[5] DRIVEA(7, F1) 23

24 move p, j[0] move p, j[6] DRIVEA(7, F2) move p, j[0] move p, j[6] DRIVEA(7, F1) move p, j[0] move p, j[1] DRIVEA(7, F2) move p, j[0] DRIVEA(7, F1) DRIVEA(7, F2) DRIVEA(7, F1) DRIVEA(7, F2) END Eksen konumları J1 J2 J3 J4 J5 J6 0-) ) ) ) ) ) ) Örnek program 2 Belli bir düzlemde kaynak yapan robot baz alınmıştır. Düzlem boyunca lineer olarak hareket etmektedir Komut listesi TAKEARM move p, j[0] move p, j[4] delay 2000 move l, j[3] 24

25 delay 2000 move p, j[2] delay 2000 move l, j[1] delay 2000 move p, j[4] delay 2000 move p, j[0] END Eksen konumları J1 J2 J3 J4 J5 J6 0-) ) ) ) ) Programın Çalıştırılması Program yazıldıktan sonra simulation simgesi tıklanır. Açılan pencerede connect and work the robot seçilir. Look taki simge kaldırılarak motor simgesi seçilir. Daha sonra start simgesi tıklanarak program çalıştırılır. Şekil 3.22 gösterilmektedir. 25

26 Şekil 3.22 Program Çalıştırma 26

27 KUKA ROBOT PROGRAMLAMA 27

28 6. KUKA ROBOT KUKA dünya çapında endüstriyel robot üreticisi ve fabrika otomasyonu için çözümler üreten bir Alman şirketidir. KUKA Robotics Corporation ın dünya genelinde, Amerika Birleşik Devletleri, Kanada, Meksika, Brezilya, Çin, Japonya, Kore, Tayvan, Hindistan ve çoğu Avrupa ülkesi başta olmak üzere birçok satış ve servis iştiraki olan 25 iştiraki bulunmaktadır. Şirket ismi, KUKA, Keller und Knappich Augsburg un baş hariflerinin kısaltması olup, üretimi yapılan tüm endüstriyel robotlar ve ürünlerde geçerli olan tescilli ticari marka ismidir. Deneyde kullanılacak olan robot kol, Kuka Firmasının VKR 125 KRC1 robotu olup, 6 serbestlik derecesine sahiptir. Robot, ark kaynağı üzerine özelleşmiş olup, Fronius kaynak ekipmanları ile birlikte çalışmaktadır. Tekrarlanabilirlik hassasiyeti ±0,2 mm olan robotun maksimum erişim mesafesi 1600 mm.dir. Taşıdığı yük 125 kg. ve toplam dağılmış yük değeri 245 kg.dır. Ağırlığı 1190 kg. olup, zemine monte edilebilen robot, laboratuarda zemine monteli olarak bulunmaktadır. Robot, istenilen prosese göre programlanabildiği gibi, kontrol paneli üzerinden klavye ve 6 yönlü joistik (fare) yardımıyla da manuel olarak kontrol edilebilmektedir.[10] 28

29 6.1 Kuka Robota Genel Bakış Şekil 3.23 Kuka Robot Genel Görünüm 1-Robot 3- Robot kontrol ünitesi 2- Bağlantı hatları 4- Programlama el cihazı 6.2 Kuka Robot Mekanik Kısım 29

30 Şekil 3.24 Kuka Robot Kolu Kuka robot eksen dağılımı Şekil 3.25 Kuka Robot Eksenleri 30

31 6.2.2 Kuka robot çalışma yüzeyi Şekil 3.26 Kuka Robot Çalışmaya Uzayı Şekil 3.27 Kuka Robot Çalışmaya Uzayı Üsten 31

32 6.2.3 Kuka robot yük dağılımı Şekil 3.28 Kuka Robot Yük Dağılımı 6.3 Robot Kontrol Ünitesi (KRC) 32

33 Şekil 3.29 Kontrol Ünitesi 1-Güç Ünitesi 6- Güvenlik İşleyiş Sistemi 2- Kontrol Ünitesi PC si 7- KCP Kavratıcı Kartı 3- KCP Kavratıcı 8- Bağlantı Paneli 4- KCP 9- Servis Prizi 5- Müşteri Birleşeni Montai Alanı 6.4 Kuka Kontrol Paneli (KCP) Programla el kumandası, robot kolun hareket ettirildiği, hareket noktalarının öğretildiği, uygulama yazılımlarının hazırlandığı kullanıcı ara yüzüdür. Şekil 3.30 da genel hali ile görülen kumanda, bir ekrandan, Qwerty klavyeden, Numpad den, menü, kontrol ve yön tuşlarından, ayrıca robot hareketini kolaylaştıran 6 eksenli bir joistikten (fare) oluşmaktadır. Ayrıca robotun altında kullanım kolaylığına göre tercih edilebilecek farklı konumlarda 3 [servo açma şalteri] (deadman switch) ve 1 adet [Start] butonu bulunmaktadır. Servo açma şalteri, tam basıldığında veya az basıldığında çalışmayıp, 33

34 yarı seviyede kalacak şekilde basıldığında çalışarak, kullanıcının kontrolünde servolara enerji gitmesini ve böylece emniyeti sağlamaktadır. Şekil 3.30 Kontrol paneli (KCP) 6.5 Kuka Robot Programlanması Kuka robot kolu KCP paneli üzerinden programlandığı için KCP panelinin menüsü ve fonksiyon tuşlarının görevleri bilinmesi gerekir. Kumandanın sağ üst köşesinde [mod anahtarı], servo açma şalterine gerek duymaksızın servolara sürekli enerji gitmesini sağlayan ve enerjiyi kesen [Servo On/Off] butonu ve [acil durum butonu] yer almaktadır. Bu butonlar Şekil 3.31 de yer almaktadır. 34

35 Şekil 3.31 Kumanda Butonları Mod seçimi Şekil 3.32 de kumanda üzerindeki mod anahtarının seçenekleri görülmektedir. Bunlardan ilki olan [Test 1] modunda yazılan bir program sadece test amacı ile yürütülebilmektedir. [Test 2] ise, diğerine göre daha hızlı yürütmeye olanak sağlayan test modudur. [Otomatik] modu programı otomatik olarak yürüttüğümüz, [Harici Otomatik] modu ise dış bir sinyale bağlı olarak otomatik çalışma modumuzdur. Şekil 3.32 Mod Anahtarı 35

36 Şekil 3.33 de kumanda üzerindeki [Escape] ve [Pencere değişim] tuşu görülmektedir. Pencere değişim tuşu KCP paneli üzerinde bulunan ekrandaki 3 pencere arasında geçişi sağlar. Şekil 3.34 de ise ekran üzerinde çalışılan üç farklı pencere ortamı görülmektedir. Şekil 3.33 Kumanda Tuşları Şekil 3.34 Kumanda Ekranındaki Pencereler 36

37 Şekil 3.35 de kumanda üzerindeki alt menü görülmektedir. Bu menüde sıklıkla kullandığımız ve hareket komutlarını oluşturduğumuz [Motion] tuşu, imleci istediğimiz satıra getirmemizi sağlayan[line Select] tuşu ve robot kolun o anki konumunu hareket komutumuza öğretmemizi sağlayan [Touch up] tuşu yer almaktadır. Ayrıca Şekil 3.36 da görüldüğü gibi herhangi bir uyarı ile karşılaştığımızda uyarıları onaylamamızı ve kapatmamızı sağlayan [Acknowladge /All] tuşları yer almaktadır. [Navigator] tuşu ise programı kapatmadan diğer bölümlerde gezinmeyi sağlar. Şekil 3.35 Kumanda Alt Menüleri 37

38 Şekil 3.36 Mesaj Menüsü Onaylama Tuşları Şekil 3.36 da daha yakından gördüğümüz, alt menünün üstünde yer alan bilgi çubuğunda yer alan I simgesi, servo motorlara enerji gidip gitmediğini göstermektedir. Servo anahtarı açık olduğunda bu simge yeşil renge dönmektedir. Şekil 3.37 de kumanda üzerindeki ileri yönlü ve geri yönlü yürütme [Start] tuşları ve durdurma tuşu [Stop] görülmektedir. Şekil 3.38 de üst menü, Şekil 3.39 da da yan menüler görülmektedir. 38

39 Şekil 3.37 Yürütme ve Durdurma Tuşları Şekil 3.38 Kumanda Üst Menüsü 39

40 Şekil 3.39 Kumanda Yan Menüsü Şekil 3.40 te yan menülerde sıklıkla kullandığımız hareket modları ve koordinat sistemleri görülmektedir. İlk mod kumanda tuşları ile hareket olup, bu moda kumanda üzerinde yer alan 6 adet +/- yön tuşlarını kullanmamıza olanak sağlar. Diğer mod ise fare veya joistik modu diye adlandırabileceğimiz mod olup, kumandanın sağ yanında yer alan 6 eksenli joistik kolunu kullanarak robotu hareket ettirebilmemizi sağlar. Koordinat sistemleri ise isimleri ile yine Şekil 3.40 te görülmektedir. Eksen bazlı hareket, tek tek her bir mafsal hareket ettirildiği koordinat sistemidir. Dünya koordinat sisteminde, robotun tabanı (base) temel alınır. Takım koordinat sisteminde, kullanılan takımın ucunun, Fikstür koordinat sisteminde ise dışarıdaki bir fikstürün veya iş parçasının herhangi bir noktasının baz alındığı koordinat sistemidir. 40

41 Şekil 3.40 Hareket Modları ve Kordinat Sistemleri Şekil 3.41 de yan menülerin şekiller üzerinden açıklamaları yapılmıştır. Şekil 3.41 Kordinat Sistemleri 41

42 6.5.2 Hareket Tipleri Kuka programlama dilinde üç farklı hareket komutu bulunmaktadır: PTP, LIN ve CIRC hareket komutları PTP hareket tipi PTP (point to point ) uç elemanı en kısa yoldan bitiş noktasına hareket eder. Şekil 3.42 de bu hareket tipi gösterilmiştir. Şekil 3.41 PTP Hareketi Şekil 3.42 te ise bir hareket komutunun menüsü görülmektedir. Bu menü alt menüdeki [Motion] tuşuna basılarak açılır. Şekil 3.42 te hareket komutu üzerinde görülen [CONT] seçeneği direk olarak hedef noktaya gitmek yerine, küçük bir eğrisellik ile bir sonraki hedef noktaya geçmeyi sağlar. Bu durum Şekil 3.43 de gösterilmiştir. Bu seçenek boş bırakılarak direk hedef noktaya gitme de sağlanabilir. 42

43 Şekil 3.42 PTP Hareket Komutu Şekil 3.43 CONT Hareket Tipi LIN hareket tipi LIN (Linear) Uç elemanı düz bir hat üzerinde tanımlanmış bir hızda hareket eder. Bu hareketin hareket tipi ve hareket komutu şekil 3.44 ve şekil 3.45 de gösterilmiştir. 43

44 Şekil 3.44 LIN Hareket Tipi Şekil 3.45 LIN Hareket Komutu CIRC hareket tipi CIRC (Circular) Uç elemanı dairesel bir hat üzerinde, tanımlanmış bir hızda hareket eder. Bu hareketin hareket tipi ve hareket komutu şekil 3.46 ve şekil 3.47 de gösterilmiştir. 44

45 Şekil 3.46 CIRC Hareket Tipi Şekil 3.47 CIRC Hareket Komutu Robot kolu hareket ettirme 1. Öncelikle [Emergency Stop] butonu açıp kapatılarak çalışıp çalışmadığı kontrol edilir. 2. Çalışma mod anahtarı [Test1] veya [Test2] ye alnır. 3. Hareket modu Tuş takımı ile hareket veya joistik/fare ile hareket moduna alınır. 45

46 4. Koordinat sistemi seçimi yapılır. 5. El kumandasında [Deadman Switch]+[Eksen tuşları]/[joistik] birlikte basılarak seçili olan koordinat sistemine göre robot kol hareket ettirilebilir Robot kolun programlanması 1. Öncelikle [Emergency Stop] butonu açıp kapatılarak çalışıp çalışmadığı kontrol edilir. 2. Çalışma mod anahtarı [Test1] veya [Test2] ye alınır. 3. Hareket modu Tuş takımı ile hareket veya joistik/fare ile hareket moduna alınır. 4. Koordinat sistemi seçimi yapılır. 5. Üst menü>file>new yolu izlenerek yeni bir program oluşturulur ve programın ismi yazılır. 6. Oluşturulan program [Enter] tuşu ile veya alt menü üzerindeki [Open] tuşu ile açılır. (Not: Alt menüdeki [Select] tuşu ile program sadece açılır ve düzenlenir, ancak yürütülemez. Hazırlanan programı yürütebilmek için [Open] tuşu ile açmamız gerekir. 7. Her yeni Kuka programı INI kodu ile başlar ve program iki Home Position komutu arasına yazılır. 8. Robot [Deadman Switch]+[Eksen tuşları]/[joistik] tuşları ile istenilen noktaya hareket ettirilir. [Motion] tuşu kullanılarak istenilen hareket tipi ve hareketin özellikleri seçilir. Ardından [Touch up] tuşu kullanılarak robotu getirdiğimiz nokta hareket komutuna eklenir. [Command ok] ile hareket komutu onaylanır. 9. Robotun gitmesini istediğimiz diğer noktalar istenilen hareket komutları ile tekrarlanır. 10. Robotun öğretilen noktalara bir döngü içerisinde sürekli gitmesi isteniyorsa ilk PTP HOME komutundan sonra, q-klavye ile loop, son PTP HOME komutundan önce ise endloop yazılır. (Not: Kullanıcı modları olan, user, expert, administrator modlarından, expert ve admin modlarında iken qwerty klavyeden komut ve yorum girişi yapılabilir. 11. Ardından [Deadman Switch]+[İleri yürütme tuşu/start] ile hazırlanan program yürütülebilir. 46

47 7. SONUÇ KISMI Bu kısımda tezin istenilen amacına ulaşılmış. Denso akademik robot ve Kuka robot hakkında teknik bilgiler verilip. Programlanması hakkında görsel ögelerle desteklenip programlama aşamaları yazılarak. Örnek programlar verilerek deney föyleri hazırlanmıştır. KAYNAKLAR [1] Mehmet Serdar Güzel Altı Eksenli Robot Kolunun Hareketsel Karekteristliğinin Görsel Programlanması ve Gerçek Zamanlı Uygulamaları Yüksek Lisans Tezi (2008) [2] Özcan Çetinkaya Bir Kolun Hareketlerini Takip Eden Dört Dönel Mafsallı Robot Kolu Tasarımı ve Deneysel Araştırılması Yüksek Lisans Tezi (2009) [3] Wincaps 3 Operation Guidance ( [4] kati on/ [5] [6] [7] [8] kation/4_5_en.pdf [9] [10] 47

48 TEŞEKKÜR Çalışmalarımı yönlendiren, araştırmalarımın her aşamasında bilgi öneri ve yardımını esirgemeyerek akademik ortamda olduğu kadar beşeri ilişkilerde de engin fikirleriyle yetişmeme ve gelişmeme katkıda bulunan danışman hocam sayın Doç. Dr. Sezai TAŞKIN A ve çalışmalarım süresince bir çok fedakarlıklar göstererek beni destekleyen aileme en derin duygularla teşekkür ederim. Tarkan ÖZER Manisa Haziran