ESNEK ALGILAYICI KONTROLLÜ ANĐMATRONĐK EL UYGULAMASI FLEXIBLE SENSORS CONTROLLED ANIMATRONIC HAND APPLICATION

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "ESNEK ALGILAYICI KONTROLLÜ ANĐMATRONĐK EL UYGULAMASI FLEXIBLE SENSORS CONTROLLED ANIMATRONIC HAND APPLICATION"

Derya Bilgili
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 ESNEK ALGILAYICI KONTROLLÜ ANĐMATRONĐK EL UYGULAMASI FLEXIBLE SENSORS CONTROLLED ANIMATRONIC HAND APPLICATION Taner AKKAN, Tolga OLCAY, Hakan ÇELĐK, Soner ÖZTÜRK, Osman EREM Dokuz Eylül Üniversitesi Đzmir Meslek Yüksekokulu Mekatronik Programı, ĐZMĐR ÖZET Animatronik, özellikle film endüstrisinde gerçek aktörün uzuvlarının yerine mekatronik tabanlı sistemlerin kullanılmasıdır. Algılayıcılar yardımıyla gerçek insandan alınan konum bilgileri mekatronik tabanlı robotik uzuvları hareket ettirmektedir. Bu çalışmada animatronik bir elin gerçeklenmesi amaçlanmıştır. Öncelikle, yurtdışında sadece sayılı firmaların ürettiği esnek algılayıcının üretimi yapılmıştır. Esnek algılayıcı, üzerinde yük bulundurmayan, iletken ve esnek bir malzeme olan Velostat kullanılarak tasarlanmıştır. Daha sonraki süreçte, bu algılayıcılar bir eldivenin her bir parmağı üzerine konumlandırılmıştır. Đnsan elinin parmaklarının açısal hareketleri algılanarak bir mikrodenetleyicinin servo motorlar yardımıyla geliştirilen animatronik eli kontrol etmesi sağlanmıştır. Bu robotik kol sistemi otomasyonda olduğu kadar özellikle medikal alanda hassas işler için de kullanılabilir. ABSTRACT Animatronics is using mechatronics based systems instead of real actor organs especially in movie industry. Position data taken from real human by sensors move mechatronics based robotic organs. In this study, the main aim is to realize an animatronics hand. Firstly, a bend sensor that only produced by limited companies in abroad is manufactured. The bend sensor is designed by using flexible and conductive material called as Velostat that has no load on itself. Then, these sensors are positioned on fingers of a glove. Developed animatronics hand is controlled by a microcontroller with servo motors with sensing the angular motions of human hand fingers. This robotics hand system can be used in medical field for accurate works as in automation field. 1. GĐRĐŞ Mekatroniğin animatronik alanında kullanımı özelikle bilim kurgu filmlerinde çok yaygındır. Mekanik olarak uzaktan kumanda edilen veya kendiliğinden otomatik akıllı kontrolle çalışan uzuvlar veya robot yapıları özellikle tehlikeli sahnelerin çekiminde veya bir insanın yapamayacağı işlerde çok yararlıdır. Bu çalışmada böyle bir robot elin gerçekleştirilmesi üzerine bir uygulama yapılması amaçlanmıştır. Çalışmanın asıl çıkış noktası dünyada sayılı firmanın ürettiği esnek algılayıcıların bir proje kapsamında gerçekleştirilmesidir. Esnek algılayıcıdan verim elde edilince bir uygulama alanı olarak robot el yapılması düşünülmüştür. Böylece esnek algılayıcı kontrollü DC servo motorlarla kontrol edilen beş parmaklı bir robot elinin tasarımı yapılmıştır. Sistemdeki algılayıcıların konumlarının algılanması ve DC servo motorların hareketlendirilmesi Arduino Uno mikrodenetleyici kartı ile gerçeklenmiştir. Đleride kablosuz iletişim yardımıyla esnek algılayıcı ve robot el arasında karmaşık kablo bağlantısı da kullanılmayacaktır. 1

Algılayıcılar yardımıyla gerçek insandan alınan konum bilgileri mekatronik tabanlı robotik uzuvları hareket ettirmektedir. Bu çalışmada animatronik bir elin gerçeklenmesi amaçlanmıştır.

2 2. ESNEK ALGILAYICI Esnek algılayıcı (flex sensor) üzerine uygulanan basınçla direncini değiştiren bir yapıdır. Esnek algılayıcılara birçok uygulamada rastlanılmaktadır. Bunlara şu alanlar örnek verilebilir: Robotik Uygulamalar Oyun (Sanal Hareket) Tıbbi Cihazlar Müzik Enstrümanları Esnek sensörlerin üretiminde tek yönlü ve çift yönlü olmak üzere iki yöntem kullanılmaktadır. Şekil 1 de sırasıyla bu iki teknik görülmektedir. Şekil 1. a) Tek yönlü algılayıcı b) Çift yönlü algılayıcı Bu çalışmanın temelini oluşturan; ürettiğimiz esnek algılayıcının tipi tek yönlü seçilmiştir [1]. Animatronik el kontrolü uygulanmasında parmaklarımız sadece tek bir yöne büküleceğimizden dolayı bu tür bizim için yeterli olacaktır. Çift yönlü bir esnek algılayıcı [2] de kullanılabilir. Fakat bu yöntem daha basit olmasına rağmen uygulamamızda bir dezavantaj oluşturacaktır. Çünkü parmağın açısını 90 den 0 ye dönüşte salınım yapma ihtimali yüksek olduğundan tek yönlü esnek algılayıcı tercih edilecektir. Üreteceğimiz algılayıcının çalışma prensibi; birbirine temassız iki iletkeni arasına veya üstüne Velostat yapıştırarak bu iletkenlerin bu şekilde temasının sağlanmasıdır. Velostat ın iletken yüzeylere temasının yüzde oranı sayesinde ise direncinin artması veya azalmasından yararlanılarak esnek algılayıcı üretilecektir. Çünkü büktüğümüzde velostat iletkenler üzerinde yapışmakta ve gerilmektedir. Elde edilen algılayıcının elektriksel özellikleri Çizelge 1 de verilmiştir: Çizelge 1. Algılayıcının elektriksel özellikleri Özellikler Ω Düz Konum Bükümlü Konum 15 K Geliştirilen esnek algılayıcının fotoğrafı Şekil 2 de verilmiştir. Şekil 2. Esnek algılayıcının fotoğrafı 2

kullanılmaktadır. Şekil 1 de sırasıyla bu iki teknik görülmektedir. Şekil 1. a) Tek yönlü algılayıcı b) Çift yönlü algılayıcı Bu çalışmanın temelini oluşturan; ürettiğimiz esnek algılayıcının tipi tek yönlü seçilmiştir [1].

3 3. ANĐMATRONĐK ROBOT EL TASARIMI Şekilde de görüldüğü üzere oluşturulmuş olan animatronik el de kullanılan ana materyaller aşağıdaki gibidir; Sistemin şematik tasarımı Şekil 4 te verilmiştir. Şekil 3. Animatronik elin malzemeleri Kullanılan materyaller: 5 adet Mikro Servo Motor 5 adet Esnek algılayıcı 1 adet Arduino Uno mikro denetleyici 2 m Spiral boru 2 m Misina 10 damarlı Kablo 3.1. Mikro Servo Motorlar Şekil 4. Sistemin şematik diyagramı Animatronik elin parmaklarının hareketini sağlamak için mikro servo motorlardan yararlanılmıştır. Her bir parmağın içerisinden birer misina geçirilerek sabitlenen motorlara 3

Animatronik elin malzemeleri Kullanılan materyaller: 5 adet Mikro Servo Motor 5 adet Esnek algılayıcı 1 adet Arduino Uno mikro denetleyici 2 m Spiral boru

4 bağlanmıştır. Mikro servo kullanmamız da ki amaç 2 kg ağırlığı kaldırabilmektedirler. Bu kuvvette ise animatronik elin parmaklarını hareketi için yeterli kuvveti sağlamaktadır Esnek Algılayıcı Yapılan bu algılayıcılar bir parmağın ortalama boyundadır Arduino Uno Arduino [3], fiziksel dünya ile iletişim ve etkileşim kurmanızı sağlayan bir araçtır. Açık kaynak kodlu basit bir mikrodenetleyici devresi ve bu devreyi programlayabilmenizi sağlayan bir IDE (Integrated Development Environment) den oluşmaktadır. Arduino projeleriniz hem bir bilgisayara bağlı olarak hem de kendi başlarına çalışabilirler. Başka bir örnek olarak da Processing ile yazdığınız, ekrandaki çeşitli nesnelere tıklandığında Arduino vasıtasıyla bir kaç motoru kontrol eden bir uygulama geliştirebiliriz. ATmega328 işlemci kullanır. 14 sayısal giriş/çıkış pini bulunur, bunlardan 6 sı PWM çıkışı olarak kullanılabilir. 6 analog giriş pinine sahiptir. 16 MHz kristal osilatörü, USB bağlantısı, 2.1mm güç girişi, ICSP başlığı ve reset butonu vardır. Çalıştırmak için DC 7~12V güç kaynağına bağlamak yeterlidir. Sisteme bakıldığında, sistemin 5 esnek algılayıcının 5 servo motor ve bir de Arduino Uno mikro denetleyicisinden meydana geldiğini görüyoruz. Bağlantılarına baktığımızda esnek algılayıcının bir Pin ine + diğer Pin ine dirençler ile birlikte GND ucuna bağlanıp, dirençlerden önce ise Arduino nun analog girişlerine bağlanmıştır. Servo motorların uçlarına enerji uygulayıp ( ister dışarıdan ister arduino üzerinden) kontrol uçları Arduino nun PWM çıkışlarına bağlanmıştır. Tüm sistemin algılayıcı el açık ve kapılıyken görünümü Şekil 5 te verilmiştir. 4. SĐSTEM YAZILIMI Şekil 5. Algılayıcı el açık ve kapalıyken robot elin durumu Programın akış diyagramı Şekil 6 da görüldüğü gibidir. Mikro denetleyici esnek algılayıcılardan aldığı değeri ilk olarak bir değişkene atıyor. Bu değişkeni bir değerlendirmeye tabi tutuyor. Örneğin; 150<algılayıcı değeri< 600. Bu değerlendirme ile esnek algılayıcıların değerlerindeki dengesizliği düzenlemek ve hassaslığını arttırmak-azaltmak amacıyla kullanabiliriz. Daha sonra bu değerleri bir komut yardımıyla (map komutu) servo motorun 180 lik konum aralığına eşit olarak paylaştırıyor. Böylelikle esnek algılayıcıdaki her değer değişimi belli bir açıya sahip olmuş oluyor. En son olarak bu değerleri servo motorlara aktararak bu döngüyü devamlı olarak tekrarlıyor. 4

Açık kaynak kodlu basit bir mikrodenetleyici devresi ve bu devreyi programlayabilmenizi sağlayan bir IDE (Integrated Development Environment) den oluşmaktadır.

5 5. SONUÇLAR Şekil 6. Kullanılan yazılımın akış diyagramı Öncelikle birkaç esnek algılayıcı sürümünden sonra esnek algılayıcıları istediğimiz ölçülerde elde edilmiştir. Algılayıcı değerlerinin doğrusal değişiminde bazı problemler bulunmaktadır. Bu engeli ortadan kaldırmaya yönelik çalışma sürdürülmektedir ama şimdilik bu sorun yazılım yardımıyla çözülmektedir. Ülkemizde diğer insan eli kontrollü biyonik el projelerine örnek olabilecek bir animatronik el çalışması başarıyla yürütülmüştür ve ileride çeşitli nedenlerden dolayı yürütemediğimiz araştırma geliştirme çalışmasına ivme kazandırılacaktır. Bir sonraki aşamada Animatronik el çalışması ile ilgili geliştirmeler aşağıda listelenmiştir. 1) Robotik elin kontrolünü kablosuz hale getirmek 2) Parmaklarını eklemli bir şekilde imal etmek. 3) Bu projenin sadece parmaklardan değil de bir insan kolunun bütün hareketlerini taklit edebilecek bir biçimde geliştirmek için çalışmalarımızı sürdürmek. 5

Ülkemizde diğer insan eli kontrollü biyonik el projelerine örnek olabilecek bir animatronik el çalışması başarıyla yürütülmüştür ve ileride çeşitli nedenlerden dolayı yürütemediğimiz araştırma

6 KAYNAKÇA [1] Erişim Tarihi: Şubat [2] pdf, Erişim Tarihi: Şubat [3] Erişim Tarihi: Şubat

Benzer belgeler

BLUETOOTH KUMANDA KONSOLU ĐLE KONTROL EDĐLEN ROBOT KOLLU PALETLĐ MOBĐL ARAŞTIRMA ROBOTU

BLUETOOTH KUMANDA KONSOLU ĐLE KONTROL EDĐLEN ROBOT KOLLU PALETLĐ MOBĐL ARAŞTIRMA ROBOTU BLUTOOT KUMANDA KONSOLU ĐL KONTROL DĐLN ROBOT KOLLU PALTLĐ MOBĐL ARAŞTIRMA ROBOTU CRAWLR MOBIL SARC ROBOT WIT ROBOTIC ARM CONTROLLD BY BLUTOOT JOYSTICK Tolga OLCAY, Dokuz ylül Üniversitesi Đzmir Meslek