MKT 2134 ENDÜSTRİYEL ROBOTLAR

MKT 2134 ENDÜSTRİYEL ROBOTLAR

Robotun Tanımı : Amerika Robot Enstitüsü (1979) robotu, malzemeleri, araçları, parçaları hareket ettirmek için dizayn edilmiş programlanabilen çok fonksiyonlu manipülatörler olarak tanımlamıştır.

Günümüzde Robotlar, insanların yapamadıkları çok hassas işlemlerde, sağlığa zararlı işlerde, insan gücünün yetmediğin ağır işlerde hata yapılmaması gereken işler gibi birçok alanda insanoğluna yardımcı olmaktadır.

Geçmiş tarihe bakarsak eğer, geçmişten bugüne gerek hizmet olarak gerek eylence olarak gerekse akademik çalışma olarak insanoğlunun robot ya da benzeri sistemler dizayn ettiğini görebiliriz. Yaklaşık 800 yıl önce El-Cezerisuyun kinetik ve potansiyel enerjisini kullanarak robotlar yapmıştı. Avrupa da 18. Yüzyıl dolaylarında üretilen otomatlar robot benzeri yapılardı. Bu otomatlar mekanik olarak tam bir dizayn harikasıydılar. Kendilerine mekanik olarak programlanmış olan bir yazıyı yazabiliyor yada bir resmi çok kısa bir sürede çizebiliyorlardı. Kliselerintepelerindeki saatlerde, saat başı hareket ederek çanı çalan insan yada melek figurleri bir zamanlar evlerimizi süsleyen kuşlu saatler hep robot benzeri kendine programlanmış işlemleri yerine getiren yapılardı.

Robot kelimesi ilk olarak KarelCapek in1917 yılında yazdığı Opilecisimli eserinde karşımıza çıkmaktadır. Ancak asıl robot anlaşıyı, yine CarelCapek in4 yıl sonra 1921 de yazdığı tiyaroeseri Rossum suniversal Robots daortaya atılmıştır. Eserde robotlar Rossumve oğlu tarafından yapılmış topluma hizmet eden ve görünüşleri insana benzeyen yapılardı.

1738 yılında Paris dejacquesde Vaucansontarafından yapılan flütçü o zaman için yapılmış başka bir dizayn harıkasıydı. Flütçü, bir müzisyen elbisesi içerisinde müzik yapıyordu ve flüte hava verirken parmakları ile de delikleri kapatıp kendine programlanmış olan müziği çalabiliyordu.

ROBOTİK : Dünyada ilk olarak IssacAsimov Runaround(1942) adlı eserinde robotlar ile ilgili bilim dalına robotic adını vermiştir.

Bir Robot kolu başlıca üç aşamadan oluşur. Mekanik tasarım Hareket verici sistem Malzeme seçimi ve tedariği

Temel koordinat Çerçevesi nedir?

Robotu oluşturan parçalar Uzuv (Link) Eklem (Joint) Gripper Bilek Uç işleyici (EndEffector)

Gripperrobotun ucunda tutma işlemini yapan elemandır. Bir robotta tutma işlemi aşağıdaki şekillerde yapılabilir. Sıkıştırma Vakumlama Magnetikçekim Yapışkan

Eklem Çeşitleri : İki çeşit eklem çeşidi vardır. Prizmatik Eklem ( P harfi ile gösterilir) Dönel Eklem ( R harfi ile gösterilir)

KinematicZincir : Her bir robot ekleminin konumu, bir öncekine veya sonrakine göre ifade edilir. Arka arkaya oluşturulan bu ilişkiye açık kinematik zincir denir.

Üç boyutlu uzayda bir nesnenin yönelimi ve konumunu tanımlamak için o nesnenin merkezine bir koordinat sistemi yerleştirilir. Oluşan koordinat sistemleri sayesinde robotun konum ve yönelim ilişkisi tanımlanır.

Robot Manipülatör: Robot koluna verilen isimlerden biridir.

Homojen Dönüşüm Matrisi: Robot kinematiği üç boyutlu uzayda robotun kendi tasarımı ve çevresindekilerin yerleşimi ile ilgilenir. Yerleşim bilgisi konum vektörü ve yönelim matrisi (orientation) gibi iki nitelikle açıklanır. Matematiksel olarak nesnelerin konumu bir konum vektörü ile, yönelimi ise bir yönelim matrisi ile belirlenir. Robotun konum ve yönelim bilgileri matrisler ile tanımlanır. Buna homojen dönüşüm matrisi(transformation matrisi) denilir.

Hareket Uzayı : Bir robotun gidebileceği tüm noktaların oluşturduğu alandır. Serbestlik Derecesi : Bir robotun eklem sayısıdır.

Ana çerçeve(b):robotun sabit hareket etmeyen parçası İstasyon çerçeve(s):robotun bütün hareketlerini gerçekleştirdiği çerçevedir. Bilek çerçevesi(w): Robotun son bağlantısında ki çerçevedir. Araç çerçevesi(t): Son bağlantıda tutulan parçanın çerçevesi Hedef çerçevesi(g):robotun işlem yapacağı nesnenin üzerindeki çerçevedir.

Robot Dinamiği: Dinamik ile harekete neden olan kuvvetler incelenir. Bir robot manipülatörü ivmelendirebilmek, uç işleyicisini hareket ettirebilmek ya da durdurabilmek için eklemlerde belli bir tork olması gerekmektedir. Verilmesi gereken bu tork değeri robotun kendi ağırlığı ya da kaldıracağı yükün ağırlığı hesaba katılarak hesaplanmalı ve malzeme seçimi bu şekilde yapılmalıdır.

Robotların Sınıflandırılması: Robotlar; Serbestlik derecelerine Kontrol yöntemlerine Eyleyicilerin kullandığı güç kaynağına Kesinlik derecelerine İkili harf koduna göre sınıflandırılabilirler.

Serbestlik Derecesine göre Robotlar Robotlar serbestlik derecelerine göre sınıflandırılırken ilk üç eklemin özelliğine göre sınıflandırılırlar. Kartezyen Robotlar Silindirik Robotlar Scara Robotlar Küresel Robotlar Dönel Robotlar

Kartezyen Robotlar: İlk üç bağın tamamı prizmatik eklemden oluşur. PPP harfi ile gösterilir.

Silindirik Robotlar: İlk eklem döner eklem, ikinci ve üçüncü eklemler ise prizmatik eklemden oluşur.rpp harfi ile gösterilir.

Scara Robotlar: İlk iki eklem döner eklem, üçüncü eklem ise prizmatik eklemdir. Bütün eklemler birbirine paralel yapıdadır. RRP harfi ile gösterilir.

Küresel Robotlar: İlk iki eklem döner eklem, üçüncü eklem ise prizmatik eklemdir. Eklemlerin birbirine paralel olma şartı yoktur. Yine RRP harfi ile gösterilir.

Dönel Robotlar: İlk üç bağın tamamı dönel eklemden oluşur. RRR harfi ile gösterilir.

Kontrol Yöntemlerine göre Robotların sınıflandırılması Noktasal kontrol edilen robotlar: Genellikle bir nesneyi bir yerden başka bir yere taşıma işlemi yaparlar. Sürekli yörünge kontrollü robotlar: Kullanıcı tarafından belli bir yörüngeyi izleyecek şekilde kontrol edilirler. Kaynak robotları örnek olarak verilebilir.

Robot eyleyicilerin kullandığı güç kaynağına göre robotlar Elektrikli robotlar: Eklemlerinde elektrik motorları kullanılan robotlardır. Hidrolik robotlar: Hidrolik sistem ile hareket ederler. Pnömatikrobotlar: Eklemlerine hareket pnömatiksistemler vasıtası ile verilir.

Kesinlik derecesine göre robotlar Çözünürlüğü yüksek olan robotlar Doğruluğu yüksek olan robotlar Yenilenebilirlilik: işlemden sonra aynı noktaya gelebilen robotlardır.

İkili harf kodunun kullanılması ile yapılan sınıflandırma (Huang ve Milenkovic) S: Kayma C: Kayma eksenine dik dönme N: Dönme eksenine dik dönme R: Kayma eksenine dik dönme veya dönme eksenine paralel dönme

Robotların Kinematiği nedir? Robot kolu kinematiği, robot kolunun çalışma uzayında robot kolunun hareketleri ile ilgilenir. Bu hareketleri incelerken matematiksel ifadeler, konum vektörü ve yönelim matrisinden faydalanır. Matematiksel olarak nesnelerin konumu bir konum vektörü ile, yönelimi ise bir yönelim matrisi yardımı ile belirlenir.

Üç boyutlu uzayda bir robot kolunun ucuna bağlı bir tutucunun yönelimini ve konumunu tanımlamak için, o robot kolunun merkezine Şekilde de görüldüğü gibi bir koordinat sistemi yerleştirilir. Bu koordinat sistemi sayesinde robot kolu ve bileşenleri arasında bir yönelim ve konum ilişkisi tanımlanır.

Robot kolu kinematiği ile bir robot kolunun hız, ivme ya da kuvvet analizleri yapılabilir Robot kolu kinematiği merkez nokta, eklemler ve uç işlevci arasında bir ilişki tanımlar. Bir robot kolunun en temel yapısı ele alındığında, uzuvlardan ve bu uzuvları birbirine bağlayan ve öteleme ya da dönme hareketi yapan eklemlerden oluştuğu görülür. Her bir eklem, kinematik ilişki adı verilen, kendinden önceki ya da sonraki ekleme göre bir ilişki ile ifade edilir. Bu ilişki robot kolunun konum ve yönelim bilgisi içeren 4x4 dönüşüm matrisleri ile gösterilir. Her bir eklem bir dönüşüm matrisine sahiptir. Dolayısı ile dönüşüm matrislerinin sayısı robot kolunun serbestlik derecesi ile doğru orantılıdır.

Robot kinematiği iki başlık altında incelenir. İleri kinematik (Forward kinematic) Açıdan Koordinatlara Ters kinematic(inverse kinematic) Koordinatlardan Açıya

İleri Kinematik İleri kinematikte, bir robot koluna hedef açı değerleri verilir ve robot kolunun o açı değerlerine gittiğinde robot kolunun uç noktasının hangi koordinatlarda olacağı bilgisine ulaşılır. Eklemler arasındaki ilişki matematiksel olarak trigonometrik çözümler kullanılarak tanımlanabileceği gibi, homojen dönüşüm matrisleri ile de açıklanabilir. Ancak eklemlerin arasında ki bu ilişkiyi matematiksel olarak trigonometrik çözümler ile açıklamak her zaman kolay olmayabilir. Bu durumlarda homojen dönüşüm matrisleri bulunur. Homojen dönüşüm matrislerinin sırasıyla birbiriyle çarpılmaları sonucunda robot kolu merkezi ve uç nokta arasındaki ilişki elde edilir. Bu ilişkiye ileri kinematik adı verilir.

Ters Kinematik Ters kinematik, bir robot koluna hedef bir son nokta verildiğinde, robot kolunun o noktaya gidebilmesi için, o hedef noktanın koordinatlarını kullanarak eklemlerin açılarının hesaplanması işlemini yapar. Ters kinematik çözümü yapılırken denklemlerin doğrusal olmaması sebebi ile son derece karmaşık çözümler ile karşılaşılabilir. Doğrusal olmayan bu denklemler tek bir çözüme sahip olmayıp, birden fazla sonuç üretebilirler. Dolayısı ile bir robot kolu eğer öteleme yapan eklemlerden oluşuyorsa ters kinematik çözümü oldukça kolay yapılabilir ancak döner hareket yapan eklemlerden oluşuyorsa ters kinematik çözümü zorlaşır. Ayrıca ters kinematiği zorlaştıran etkenlerden birisi de her zaman matematiksel sonuçların fiziksel karşılıklarının olmamasıdır. Örneğin; matematiksel olarak bir tutucunun yönü diğer uzuvlar ile ters yönde çıkabilir ancak fiziksel olarak aynı yönde olmak zorundadır.

Soru: Aşağıda ki robot kolu RR tipi bir robot koludur. Birinci eklem x-y düzleminde hareketi sağlarken, z ekseni doğrultusunda hareketi ikinci R eklemi sağlamaktadır. Her iki eklem temel koordinat çerçevesine yerleştirilmiştir. 1. Robotun hareket uzayını bulunuz. 2. Uç noktasının P(1, 2, 3) noktalasına ulaşması için her iki eklemdeki açı değerlerini bulunuz.

Soru: Aşağıda ki robot kolu RR tipi bir robot koludur. L1=50 cm, L2=70, Q1=45, Q2=30 olduğuna göre P(X,Y,Z)=?

Soru: Aşağıda ki robot kolu RRR tipi bir robot koludur. L1=12 cm, L2=20, L3=10 2, Q1=60, Q2=30, Q3=45 olduğuna göre P(X,Y,Z)=?

Soru: Aşağıda ki robot kolu RRR tipi bir robot koludur. L1=6 cm, L2=8, L3=6, Q1=60, Q2=30, Q3=60, Q4=30 olduğuna göre P(X,Y,Z)=?

Soru: Aşağıda ki robot kolu RRR tipi üç serbestlik derecesine sahip bir robot koludur. Birinci eklem x-y düzleminde hareketi sağlarken, Diğer eklemler z düzlemi doğrultusunda hareket sağlamaktadır. Robotun düz ve test kinematik hasaplarını yapınız.