PROF.DR. İBRAHİM YÜKSEL

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 1 - PROF.DR. İBRAHİM YÜKSEL ADI... : Sunay SOYADI... : DOĞAN NUMARASI... : M0120014 TESLİM TARİHİ.: 29-12-2006-1 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 2 - İÇİNDEKİLER AMAÇ.: 1 BÖLÜM 1: MANİPÜLATÖRLER : 2-25 1.1-) ROBOTİK KAVRAMI, ROBOT ve TARİHİ GELİŞİMİ...: 2-7 1.2-) ROBOTU OLUŞTURAN PARÇALAR.: 8 1.3-) ROBOTLARIN SINIFLANDIRILMASI : 8-16 1.4-)ROBOTLARIN PROGRAMLANMASI.: 17 1.5-) ROBOTLARDA TUTUCULAR VE SINIRLAYICILAR..: 17-18 1.6-) ROBOTLARIN UYGULAMA ALANLARI...: 18-25 6.1 Mekanik Üretimde : 19-21 6.2 Uzay ve Deniz Araştırmalarında. : 22 6.3 Nükleer Santrallerde. : 22 6.4 Özel Uygulama Alanları : 23 6.5 Tarımda Kullanılan Robotlar.. : 24 6.6 Maden Robotları...: 24 6.7 Askeri ve Savunma Alanlarında... : 25 6.8 Diğer Uygulama Alanları...: 25 BÖLÜM 2: MALZEME SEÇİMİ : 27-30 BÖLÜM 3: MUKAVEMET HESABI.: 32-33 BÖLÜM 4: MOTOR SEÇİMİ.: 35-44 BÖLÜM 5: MALİYET HESABI.: 46 BÖLÜM 6: MANİPÜLATÖR TEKNİK RESİMLERİ...: 48-57 6.1-) ÇALIŞMA ALANI..: 55 6.2-) MANİPÜLATÖR KATI MODELLERİ.: 56 6.3-) MANİPÜLATÖR ANALİZ SONUÇLARI : 57 KAYNAKÇA.: 59-2 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 3 - AMAÇ: İnsanoğlu yaşam süreci boyunca işlerini kolaylaştırmak için aletler bulma yoluna gitmiştir. Bu keşiflerine çok ilkel olanlardan başlamıştır. Bunlar o günkü koşulları içinde kendine yeterli gelebilecek; kesici ve delici aletler olarak tanımlayabileceğimiz ilkel aletlerdi. Bu keşiflerden yüzyıllar sonra sanayi devrimi ve bilimsel gelişmelerle keşfedilen aletler karmaşıklaşıp sanayi devrimi koşullarına uygun biçimde gelişimlerini sürdürmüşlerdir. Bu gelişim günün bilimsel çalışmaları ışığında günümüzde kadar sürmüştür. Ve bu gelişim sürecinin ulaştığı son noktada robotlar karşımıza çıkmıştır. İnsan hayatını her sahada kolaylaştırmak için var olan robotlar, sanayide de bizlerin yardımcısı olurlar. İnsan sağlığına zararlı olan yerlerden sağlık sektörüne, ağır sanayiden yüksek hassasiyet gerektiren işlere kadar çeşitli alanlarda bizlerin yardımcısı olup işlerimizin yüksek kalitede ve hızda üretimini sağlayıp dünya pazarında şirketlere avantaj sağlarlar. Projemizin amacı: Bu geniş faaliyet alanından, taşıma işlevini yerine getirecek bir manipülatör yapacağız. Manipülatörümüz eklemli-insan kolu manipülatör olacaktır. Eklemli-insan kolu manipülatörü seçmemizin amacı; o Tüm eklemleri döner olduğundan çalışma uzaylarında en yetenekli manipülatörlerdir. o Diğer manipülatörlere göre, endüstriyel uygulamalar için daha uygun manipülatörlerdir. Bu özellikleri nedeniyle, çalışmamızda mevcut sanayi ve ihtiyaçlarına çok daha geniş bir perspektiften bakma olanağı sağlayacağından, seçimimiz eklemli-insan kolu manipülatör olmuştur. Sanayinin pek çok alanında kullanılması, sadece taşıma işinde değil pek çok alanda ufak değişikliklerle manipülatörümüzü kullanmamızı sağlayabilir. Ancak biz projemizde daha özellikli olarak taşıma işlevi üzerinde duracağız. Taşıma işlemi 25 kg ağırlığında bir plaka için uygulanacaktır. Bu doğrultuda tasarımımızı gerçekleştireceğiz. Dünya pazarında son derece etkili bir aktör olan manipülatörleri incelemenin, mühendislik yaklaşımı ve vizyonumuza önemli katkılar sağlaması da bir alt amacımızdır. - 3 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 4 - BÖLÜM 1: MANİPÜLATÖRLER: - 4 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 5 - = MANİPÜLATÖRLER = 1-) ROBOTİK KAVRAMI, ROBOT ve TARİHİ GELİŞİMİ: Günümüzde hızlı nüfus artışının doğal bir sonucu olarak farklı türdeki ürünlere olan talep giderek artmakta, dolayısıyla da imalat sistemlerinde olağanüstü gelişmeler meydana gelmektedir. Geçtiğimiz yüzyılın yarısında ortaya atılan otomasyona dayalı imalat sistemi genişleyerek optimizasyon devrine geçilmiş, prodüktiviteyi arttırarak yatırım masraflarını azaltan, daha fazla üretim yapmanın yanı sıra kaliteyi de yükselten ve bu arada çok daha insancıl çalışma koşulları sunan 'robotlar' devri başlamıştır. Robotik: Fiziksel aktivite ve karar verme gibi uygulamalarla bir görevi yürüterek insanların yerini alabilecek makinelerle ilgili çalışmaları içerir. Robot Nedir? 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 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 manipülatör." Tanımdaki terimlerin detaylı olarak açıklamaları aşağıdaki gibidir: 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 Temel olarak bir robotun aşağıdaki özelliklerinin olması gerekir: İşlem Yapma Yetisi: Bir işlemi fiziksel ya da farazi olarak yerine getirebilmelidir, yoksa robot olmaz sadece bir madde olur. İşlemin Sonucunu Belirleme Yetisi: İşlemi yaptıktan sonra mutlak olarak işlemin sonucunu belirlemelidir ki işlem tam olarak yapılmış olsun. Karar Verme Yetisi: İşlem sonucuna göre ya da dış etmenlere göre mutlaka bir yargı kurabilmelidir. Robot kavramının tarihteki gelişimi: Ortaçağda Selçuklu Türklerinden Sükman boyundan Cizreli Ebul-Iz, yalnız suyun potansiyel ve kinetik enerjilerinden faydalanarak makineler ve robotlar yaptı. İlkel otomatlar 17. ve 18. yüzyıllarda Avrupa'da bulundu. Bunlar birer mekanik harikasıydılar. O zamanlarda mucitler ilginç makineler icat edip üretime geçtiler. Kilise ve katedrallerin tepesinde bulunan devasa saatlerde gerçek boyutlarda insan, melek, şeytan gibi figürler vardı. Bunlar ellerindeki tokmağı çana doğru giderek vuruyorlardı, vuruş sayısı saati de belirliyordu. - 5 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 6 - Bu çalışmalardan en ünlüleri; Otomatik Flütçü 1738 yılında Jacques de Vaucanson tarafından Paris'te yapılmıştır. Yaptığı diğer önemli otomatlar: o Yapay Ördek o Tabor çalıcısı Belki de kurulu düzenekli otomatlar içinde en karmaşık olanı 1805 yılında Londra'da Henri Meillardet tarafından yapılan yazı yazabilen ve resim yapabilen inanılmaz otomattır. - 6 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 7 - Dünya literatüründe ilk defa "Robot" kelimesi 1917 yılında Karel Capek'in kısa hikâyesi olan Opilec de geçmiştir. Fakat asil kavram olarak robot anlayışını 1921 yılında yine ayni yazarın Rossum's Universal Robots (R.U.R.) adli tiyatro eserinde ortaya atılmıştır. Eserde robotlar Rossum ve oğlunun topluma hizmet için oluşturduğu insan görüşlü yaratıklardı. Robot kelime olarak ise Çek dilinden gelmektedir. Ağır, sıkıcı, angarya is manasındadır. Robot Kavramının Gelişimi: Sayısal kontrol ve Uzaktan kumanda kavramlarının gelişmesiyle robotik çalışmalarında önemli gelişmeler ortaya çıkmıştır. John Parson tarafından uzaktan kumandalı olarak yapılan makine 1940 yıllarında Amerika Birleşik Devletleri Hava Kuvvetleri tarafından ardından da Atom Enerjisi Komisyonu tarafından kullanılmaya başlandı. Radyoaktif maddeler üzerine yapılan çalışmalarda önemli işlemlerde kullanıldı. Bu sistem endüstri alanında kullanılmaya başladı ve Cyril Walter Kenward 1954 ün Mart ayında patentini aldı. Böylece ilk endüstriyel robot denilebilecek bir sistem tasarlandı. Belli başlı gelişmelerden birini de Joseph F. Engelberger (Fizik Müh.) ile George C.Devol tarafından gerçekleştirildi. Robotların babası olarak adlandırılan parça aktarım robotunu yaptılar. Önemli gelişme, bilgileri manyetik ortamlarda saklamaktı. Çünkü artık daha fazla veri daha küçük alanlarda rahatlıkla istenildiği zaman değiştirilebilecek şekilde saklanabilirdi. Ve çalışmaları sonucunda "Unimate " adli firmayı kurdular (1949). Bu firma robotik üzerine kurulan ilk firmadır. Bu tarihten sonra dünya üzerinde özellikle Amerika, Avrupa ve Japonya da pek çok firma robotik üzerine çalışmaya başladı. - 7 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 8 - Robotların Tarihi Gelişimi: MÖ 800 Homeros Ilyada adlı eserinde hareketli üçayaklılardan bahseder. MÖ 350 Aristo insanların isteklerini anlayıp itaat eden mekanizmalar öngörür. 1350 Mekanik bir horoz Fransa daki Strazburg Katedralinin tepesine yerleştirilir. 1801 Joseph-Marie Jacquard delikli kartlarla kontrol edilen otomatik dokuma tezgâhını icat eder. 1921 Robot sözcüğü ilk defa Çekoslovak oyun yazarı Capek tarafından kullanılır. 1938 Willard Pollard ve Harold Roselund sprey boya yapan otomatik bir makine için eklemleri olan bir kol icat ederler. 1939 Westinghouse şirketi New York Dünya Fuarı nda sergilenmek üzere mekanik bir insan ve köpek tasarlar. 1942 Isaac Asimov Runaround adlı kitabında robotların üç kanununu ortaya koyar. 1- Bir robot bir insana zarar veremez veya kayıtsız kalarak bir insanın zarar görmesine neden olamaz. 2- Birinci yasa ile çatışmamak şartı ile bir robot insanlar tarafından verilen emirlere uymak zorundadır. 3- Birinci ve İkinci yasa ile çatışmamak şartı ile bir robot kendi varlığını korumalıdır. 1951 Raymond Goertz radyoaktif maddelerle ilgili çalışmalarda kullanılmak üzere uzaktan kumandalı bir kol tasarlar. 1954 Devol programlanabilen fabrika robotunu tasarlar: Unimation. 1960 AMF firması Harry Johnson ve Veljko Milenkovic tarafından geliştirilen Versatran endüstriyel tasarımını dünyaya sunar. 1967 Ralph Moser, General Electric şirketinde yürüyen robotu tasarlar. 1967 Japonya ilk endüstriyel robotunu ithal eder. 1968 Görme organına ve yapay zekâya sahip ilk robot, Shakey, Stanford Araştırma Enstitüsünde geliştirilir. 1971 Cincinnati Milacron firması bilgisayar kontrollü robotunu piyasaya sürer. 1972 Shigeo Hirose, Tokyo Teknoloji Enstitüsünde bir öğrenci, yılan benzeri bir robot yapar. 1976 NASA Mars a gidecek olan uzay araçlarına robot kollar yerleştirir. 1977 Asea Brown Boveri Ltd. şirketi mikrobilgisayar kontrollü robotları piyasaya sürer. 1979 Yamanashi Üniversitesi fabrikalardaki montaj hatlarında kullanılmak üzere Scara Kolu nu tasarlar. 1983 Odetics şirketi, 6 bacaklı, yürüyen robotu piyasaya sürer. 1984 Waseda Üniversitesi nde Wabot 2 adlı nota okuyup,elektronik org çalabilen robot yapılır. 1986 Honda Motor Corporation insansı bir robot geliştirmek amacı ile gizli bir proje başlatır. 1988 Danbury Hastanesi nde ilk yardımcı robot göreve başlar. 1993 MIT den Rodney A. Brooks bir insan gibi yetiştirilen ve eğitilen robot Cob u yapmaya başlar. - 8 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 9-1994 Dante II, Carnigie Mellon Üniversitesi nde geliştirilen yürüyen robot Alaska da aktif bir volkana keşif gezisi yapar ve volkanik gaz örnekleri toplar. 1996 Honda, P2(prototype 2), yürüyen insansı robot dünyaya tanıtılır. 1997 ilk yıllık robotlar arası futbol turnuvası Robocup Japonya da düzenlenir. 1997 NASA nın Pathfinder uzay aracı Mars a iner ve Sojourner robotu Mars yüzeyinde keşif gezisi yapar. 2000 RoboCup 2000 de üç insansı robot ilk defa karşılaşırlar: Batı Avustralya Üniversitesi nden Johnny Walker, Japonya da Aoyama Gakuin Üniversitesi nden Mk-II ve Pino.[8,9,10,11,12] 2004 NASA Mars da hayat izi aramak görevi ile iki robot göndermiştir.(spirit ve Opportunity) Robotların Kullanım Avantajları: Günümüz çalışma şartları ve rekabet ortamında, yapılan işin mükemmelliği ve kalitesi büyük önem kazanmış durumdadır. İşte bu şartlar altında robot kullanımıyla, kalite arttırılmakta, standart üretim sağlanmakta, işçilik ve malzeme giderleri azaltılmaktadır. Böylece robot sistemine sahip şirketlerin rakipleriyle arasındaki rekabet güçleri artmaktadır. Bunların yanında, robotlar insanları monoton ve ağır hacimli işlerden, kaynakhane ve boyahanenin zehirleyici etkili ortamlarından kurtarırlar. Dar alanlarda birçok işlemin yapılması imkânını tanırlar. Son zamanlarda yapılan ve gelişmiş ülkeleri kapsayan bir araştırmaya göre son 130 yılda kişi başına üretkenlik yaklaşık 25 kat artmıştır. Bu üretkenlik artışının yarısı yani 13 kat kadarı fiziki ürün artışı, diğer yarısı da insanların çalışma sürelerinin yaklaşık yarı yarıya düşmesi şeklinde görülmüştür. Fiziki ürün artışı ancak; otomasyon, anında üretim (just-in-time) ve esnek (flexible) üretim ile gerçekleşebilmektedir. Bugün yarı yarıya çalışıp 13 kat daha yüksek bir refah seviyesinde yaşamak da sadece sanayi devriminin getirdiği makineleşme, otomasyon ve günden güne artan robot kullanımı sayesinde gerçekleşmiştir Herhangi bir alanda robot kullanımının düşünülmesi aşağıdaki temel faktörlere bağlıdır; Üretimde esneklik ve prodüktivitenin yükseltilmesi, İnsan sağlığını tehdit eden bir tehlikenin bulunması, İş gücünün zor bulunması ve pahalı olması; ayrıca insanların bu işleri yapmak istememesi, Üretimde bozuk parça sayısının azaltılması ve malzeme tasarrufu, Eğitim, hizmet, sağlık, güvenlik alanlarında çeşitli kolaylıkların sağlanması. - 9 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 10-2-) ROBOTU OLUŞTURAN PARÇALAR: Bir mekanik yapı ya da eklemlerle birbirine bağlanmış sıralı rijid uzuvlardan oluşan manipülatör; Manipülatör, serbestliği sağlayan bir koldan(arm), El becerisi sağlayan bir bilekten(wrist) Robotun yapması gereken görevi tamamlayan sonlandırıcıdan(end effector) oluşmaktadır. Eklemlerin hareketlenmesiyle manipülatörün hareketini sağlayan hareketlendiriciler (actuators-motors) Manipülatörün veya çevrenin durumunu gözleyen algılayıcılar(sensors) Manipülatör hareketini kontrol eden ve yöneten bir kontrol sistemi 3-) ROBOTLARIN SINIFLANDIRILMASI: Manipülatörler çalışma uzaylarına göre sınıflandırılırlar. Aşağıda manipülatör yapıları ve bunların çalışma uzayları görülmektedir. Kartezyen(Cartesian) manipülatör: Bu tip bir manipülatör üç tane kayar tip eklem ile elde edilir. Mekanik yönden çok sağlamdır fakat çalışma uzayındaki hareket yeteneği bakımından zayıftır. Bu tip manipülatörler çok büyük boyutlarda ve ağırlıklarda nesneleri hareket ettirmek ve taşımak için idealdir. Kartezyen manipülatörlerde eklemleri hareket ettiren motorlar çoğunlukla elektrik bazen de pnömatik motorlarıdır. Kartezyen manipülatör Silindirik(Cylindirical) manipülatör: Bu tip bir manipülatör bir tane döner ve iki tane kayar tip eklem ile elde edilir. Bu tip manipülatörler de mekanik yönden sağlamdır fakat bilek konum doğruluğu(accuracy) yatay harekete bağlı olarak azalır. Benzer şekilde büyük boyutlu nesnelerin taşınmasında kullanılırlar. Bu tip manipülatörlerde hidrolik motorları tercih edilir. Silindirik manipülatör - 10 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 11 - Küresel(Spherical) manipülatör: Bu tip bir manipülatör iki tane döner ve bir tane kayar tip eklem ile elde edilir. Bu tip manipülatörler mekanik yönden diğer iki tipten daha zayıf, mekanik yapı yönünden daha karmaşıktır. Çoğunlukla makina montajlarında kullanılırlar. Bu tip manipülatörlerde elektrik motorları tercih edilir. Küresel manipülatör Eklemli(Articulated)-İnsan kolu (Anthrophomorphic) manipülatör: İnsan kol yapısı esas alındığı için bu isim verilmiştir. Bu tip manipülatörler tüm eklemleri döner olduğundan çalışma uzaylarında en yetenekli manipülatörlerdir. Endüstriyel uygulamalarda geniş kullanım alanına sahiptirler.(boyama, kaynak yapma, montaj, yüzey temizleme vb.) Bu tip manipülatörlerde elektrik motorları tercih edilir. Eklemli-İnsan kolu manipülatör Günümüzde kullanılan robotlar çeşitli sınıflara ayrılabilirler. Bunlar kullanılan eksen takımlarına göre, tiplerine göre, kullanılan tahrik elemanının çeşidine göre vb Bunlardan en önemli olan sınıflandırma yöntemleri aşağıda verilmiştir; ROBOT EKSENLERİNE GÖRE SINIFLANDIRMA:Bir robot hareketinin kapasitesi, kontrol edilebilmesi mümkün olan eksenlerdeki hareketlerle belirlenir. Sayısal denetimdeki hareketlere çok benzerdir. Endüstriyel robotlar değişik tip ve boyutlarda yapılmaktadırlar. Çeşitli kol hareketlerini yapabilirler ve farklı hareket sistemlerine sahiptirler. Robot Hareketinin EksenleriManipülatörün kendi ekseni veya serbestlik derecesi diye tanımlanan değişik hareketleri vardır. Eğer bir manipülatör kendi ekseni etrafında dönüyorsa, bu robota tek eksenli robot denir. Eğer manipülatör yukarı ve aşağı doğru hareket ediyorsa, bu robota çift eksenli robot denir. Kendi ekseni etrafında dönen ve yukarı aşağı hareket eden manipülatör, yatay eksende ileri geri hareket de edebilir. Bu robota üç eksenli robot denir. Endüstriyel robotlar en az üç eksene sahiptirler. Bu hareketler, kendi ekseni etrafında dönmesi, yukarı-aşağı ve ileri-geri hareket edebilmesidir. Çalışma AlanıRobot kolunun yetişebileceği toplam alana, çalışma alanı denir. Şekilde mafsallı bir robotun çalışma alanı ile bir insan kolunun çalışma alanı arasındaki benzerlik görülmektedir. - 11 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 12 - İnsan Kolu ile Mafsallı Robotun Çalışma Alanları Arasındaki Benzerlik Koordinat Sistemlerine Göre Robotların Sınıflandırılması Koordinat sistemlerine göre robotlar dört kısımda incelenir: Kartezyen koordinat sistemi, Silindirik koordinat sistemi, Küresel koordinat sistemi, Döner koordinat sistemi. Kartezyen koordinat sistem; Kartezyen koordinat sistemine ait şematik çizim Kartezyen Robot - 12 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 13 - Silindirik koordinat sistemi; Silindirik koordinat sistemi Silindirik koordinat sistemli robotun çalışma alanı Hareket düşeyde ve ana gövde eksen kabul edildiğinde radyal olarak sağlanır. Dolayısıyla çalışma hacmi içerisinde robotun erişemeyeceği, ana gövdenin hacmi kadar bir bölge oluşur. Ayrıca genellikle, mekanik özelliklerden dolayı gövde tam olarak 360 dönemez. Silindirik robotlar genellikle, kendi ekseninde 300 dönmektedir. Geri kalan 60 ise robotun etrafında güvenli bir alan oluşturmak için kullanılır. Bu güvenlik alanına ölü bölge ismi verilmiştir. Küresel koordinat sistemi Matematiksel olarak küresel koordinat sisteminin iki tane dairesel ve bir de doğrusal ekseni olmak üzere üç tane ekseni vardır. - 13 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 14 - Kutupsal koordinatlarda çalışan bir robotun çalışma hacmi iki kürenin ara hacminden oluşur. Koldaki uzuvlardan biri doğrusal hareket yaparken bunu destekleyen diğer uzuvlardan biri tabana dik eksen etrafında diğeri ise bu eksene dik ve tabana paralel eksen etrafında döner. Ölü bölgeler bu tip robotlarda da vardır. Öteleme hareketi yapan uzvun stroğunun yetersizliğinden dolayı zemine ulaşmak mümkün olmaz. Küresel koordinat robotunun düşey ve yatay çalışma alanı Şekil görüldüğü gibi silindirik koordinat robotuna benzer. Küresel koordinat sistemi Küresel koordinat robotunun yatay ve düşey hareket alanları Döner Koordinat Sistemi Eğer bir robot herhangi bir iş yaparken kolu dairesel hareketli bağlamalarla oluşturuyorsa, bu tip robotlara Döner koordinat sistemli robotlar denir. - 14 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 15 - Robot kolunun bağlantıları gövde üzerine, etrafında dönecek şekilde monte edilmiştir ve dayanak noktaları birbirine benzeyen iki ayrı bölümü taşır. Dönen parçalar yatay ve dikey monte edilebilir. 360 dönme sağlanamaz ancak bu kayıplar minimuma indirilebilir. Döner koordinat sistemli robot eksenleri Döner koordinat sistemli robot Döner koordinat sistemli robotun çalışma alanı ROBOT TİPLERİNE GÖRE SINIFLANDIRMA: Kartezyen robotlar - 15 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 16 - Mafsallı robotlar Scara robotlar Kartezyen Robotlar Kartezyen koordinat sisteminde bütün robot hareketleri birbirine 90 lik açıyla hareket eder. Bu nedenle kartezyen robotlar dikdörtgenimsi bir biçimdedir. Günlük hayatımızda sağa sola, aşağı yukarı vb. hareketlerimiz, kartezyen koordinat hareketlerdir. Gantry Robot Bu ürün robotları genellikle özel tatbiklerle sınırlandırılır. Devamlı bir yol alanında, robot, bir köprü ve bir ray sistemi aracılığıyla daha çok işlevlik kazanabilir. Kartezyen robotlar, basitlikleri ve konstrüksiyonları sayesinde rijitliği yüksek ve hızlı bir yapıya sahiptir. Mafsallı Robotlar Mafsallı robotların tasarımı insan kolundan esinlenerek yapılmıştır. Kol eklemli robotlar yeteneklerine göre, insan kolunun yerine getirebileceği görevleri üstlenmek amacı ile yapılmışlardır. Kol eklemli robotlar insan kollarında olan tüm esnekliğe ve hassasiyete tam olarak sahiptir ve değişik görevlerde insan kolunu taklit eder. Kol eklemli robotlar altı eksende de rahatça hareket ederler. Bu altı eksenden üç tanesi kol hareketi için, diğer üç tanesi ise bilek hareketi içindir. Mafsallı Robot - 16 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 17 - Eksenli Mafsallı Robot Mafsallı Robot Bu bağlantı şeklinin robota kazandırdığı en büyük avantaj, çalışma alanındaki her noktaya rahatça ulaşabilmesidir. Çalışma alanı ise; robot kolunun yatayda dik olarak durması sonucu elde edilir. Scara Robotlar Scara, Selective Compliance Assembly Robotic Arm kelimelerinin baş harflerinden oluşmuştur. Yani seçilenlere uyan montaj robotu koludur. Bu robot 1970 den sonra Japon Endüstriyel Konsorsiyumu ve bir grup araştırmacı tarafından Japonya da Yamanashi Üniversitesi nde geliştirilmiştir. Scara tipi robot, çok yüksek hıza ve en iyi tekrarlama kabiliyetine sahip olan bir robot çeşididir. Scara tipi robota ait şematik çizim Scara robotun çalışma alanı - 17 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 18 - Mekanik Yapılarına Göre Endüstriyel Robotların Sınıflandırılması - 18 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 19-4-)ROBOTLARIN PROGRAMLANMASI: Robotların programlanmasında farklı programlama türleri vardır. Elle Programlama: Bu yöntem tama olarak programlama değildir. Yapılan işlem programlamadan çok robotun hazırlanmasıdır. Yapılan işler, robot kontrol ünitesinde, mekanik duruşların ayarlanması vb işlerdir. Düşük teknolojili robotların düşük çevrimli işlerde elle programlama uygundur. Hareket boyu programlama: Bu programlama türünde, programcı robotun kolunu çevrim süresince yapacağı işleri elle hareket ettirir. Bu hareketler ileride kullanılmak üzere belleğe alınır. Hareket hızı ayrı olarak kontrol edilebildiğinden programlama anındaki hız önemli değildir. Bu metot boyama ve ark kaynağı yapan robotlar için uygundur. Çevrimdışı programlama: Bu metot NC programlamaya benzemektedir. Bu metot bir bilgisayar terminali aracılığı ile yapılmaktadır. Program hazırlandıktan sonra robotun hafızasına yüklenir. Bu yöntemin avantajı, programlamanın robottan bağımsız yapılmasıdır. Program yükleme robot bir önceki işi yapıyorken de gerçekleştirilebilir. Bir diğer avantajı da Cad-Cam sistemleri ile entegrasyonu sağlamasıdır. 5-) ROBOTLARDA TUTUCULAR VE SINIRLAYICILAR Endüstriyel robotlarda iş parçasını tutmak, taşımak ve benzeri amaçlar için kullanılan tutucular aşağıda sıralanmıştır; 5.1. Mekanik Tutucular: Parçaları mekanik tutucular arasında tutarlar ve parmaklar mekanik olarak hareket ederler. 5.2. Vakumlu Tutucular: Cam gibi düz nesneleri tutmak için kullanılır. İş parçası, tutucu ile arasında oluşan vakum yardımıyla tutulur. - 19 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 20-5.3. Manyetik Tutucular: Metal malzemeleri tutmak için kullanılır. 5.4. Yapışkanlı Tutucular: Yapışkan maddeler ve kumaş gibi esnek malzemelerin taşınmasında kullanılır. 6-) ROBOTLARIN UYGULAMA ALANLARI; Pek çok alanda üretime katkıları yadsınamayan robotlar, gelişimleri boyunca hep memnunlukla karşılanmamışlar, zaman zaman toplumsal çalkantılara da yol açmışlardır. Buna örnek olarak, otomatik dokuma tezgâhlarının son yüzyılda neden olduğu işsizlik gösterilebilir. Ancak, her seferinde teknolojik gelişmenin hemen ardından gelen nesil daha iyi koşullarda çalışmış ve çalışma zamanını kısaltmak suretiyle, daha çok serbest zaman elde etmiştir. İnsanoğlunun yaşamı boyunca yapması gereken her ayrı iş için ayrı bir robot tasarlamak mümkündür. Ancak tasarım ve imalinin son derece pahalı ve zahmetli oluşu bunun gerçekleşmesini mümkün kılmamaktadır. Bununla beraber bugün bazı alanlarda robot kullanılması kaçınılmaz olmuştur. - 20 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 21 - Robotların kullanıldığı alanlar aşağıdaki gibi sıralanabilir: 1.6.1 Mekanik Üretimde o Parça seçme, sıralama, yerleştirme, tezgâha yöneltme Parçaların montajı Malzeme Taşıma Robotu Montaj Robotları o Takım ve iş parçası bağlama, sökme ve değiştirme o Çapak temizleme ve parlatma Bir Robot Tornaya Parça Bağlarken Parlatma Robotu - 21 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 22 - o Sıcak parçaların (dövme döküm gibi) tezgaha yüklenmesi ve boşaltılması (ısıl işlemler) 1400 F derecedeki Döküm Döküm Parçası Buharda Parçası Kaldırılırken Temizlenirken o Bitmiş parçaların ölçü ve kontrolü Ölçme Ve Kontrol Robotları o Stoklama işlemlerinde Parçaların yükleme, transfer ve paketleme işlemlerinde,(takım tezgahları, plastik parça imalatı, pres işleri, pres döküm, hassas döküm, dövme, fırınların doldurulup boşaltılması,...) Paketleme Robotu - 22 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 23 - o Boya işlemlerinde (özellikle otomotiv sanayide) o Punta, ark kaynağında Boyama Robotları o Kesmede kullanılırlar Kaynak Robotu Lazer Kesme Robotu - 23 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 24-1.6.2 Uzay ve Deniz Araştırmalarında o Uzayda uyduları yörüngeye yerleştirmek, o Gezegen ve uydularından örnek toplamak, Marsta Hayat İzi Arayan Spirit ve Opportunity o Deniz dibi araştırmalarında gözlem yapmak, Sualtı Araştırma Robotları o Deniz diplerindeki yataklardan mineral örnekleri toplamak 1.6.3 Nükleer Santrallerde Sualtı Örnek Toplama Robotları o Nükleer yakıt yükleme, boşaltma işlemlerinde, o Nükleer hasar ve güvenlik kontrolü işlemlerinde, o Radyoizotop ilaç imalinde kullanılırlar. - 24 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 25-1.6.4 Özel Uygulama Alanları Nükleer Malzemelerin Taşınmasında Kullanılan Bir Robot o Yün kırpma robotları (çok sayıda koyunun yünlerinin kırpılması için tasarlanmış bir robot olup, özellikle Avustralya da yaygın bir şekilde kullanılmaktadır). o Sağlık hizmetleri robotları. (el, kol, bacak protezleri, özürlülere destek robotları, yatalak hastaların yerini değiştirebilen robotlar, vb) Kol Protezi Tıpta Kullanılan Cerrah Robotlar - 25 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 26-1.6.5 Tarımda Kullanılan Robotlar o Büyük alanların, sürülmesi, ekilmesi ve hasadın toplanması işlemlerinde kullanılır. Özellikle insan gücünün pahalı ve zor bulunduğu bölgelerde kullanılmaktadır. Çilek ve Fidan Dikmede Kullanılan Robotlar 1.6.6 Maden Robotları İlaçlama Robotları o Derin yeraltı madenlerinde o İnsan sağlığına tehlikeli ortamlarda kullanılırlar o Maden kazaları ve deprem sonrası kurtarma robotları Deprem sonrası yıkılmış binalarda yaşam izi arayan cankurtaran robot - 26 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 27-1.6.7 Askeri ve Savunma Alanlarında o Patlayıcı taşıyan robotlar o Silah nitelikli robotlar o Gözlem robotları o İmha robotları o Kontrol Helikopterleri 1.6.8 Diğer Uygulama Alanları o Eğitim Robotları o Eğlence Sistemleri o Ev ve ev çevresinde kullanılan makineler o Kurtarma robotları o Yangın söndürme robotları o Duvar tırmanan robotlar (Yangın, boyama, kaynak, gözlem vb. işler için) - 27 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 28 - BÖLÜM 2: MALZEME SEÇİMİ: - 28 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 29 - = MALZEME SEÇİMİ = Malzeme seçimimizde; uzuvlar için önemli olan mümkün olduğunca hafif olmalarıydı. Uzuvlar hafif olursa çok daha düşük moment etkileriyle motorlar çalışacak ve sistem daha kararlı olacaktı. Gövde içinse -ciddi bir yüke maruz kalmadığından- mümkün olduğunca ucuz olmasıydı. Bu nedenle kol malzemesi için akma mukavemeti yüksek bir malzeme seçilmeliydi. Akma mukavemeti yüksek olursa et kalınlığı düşük olacak böylece malzememizin ağırlığı azalacaktı. Bu amaçla akma dayanımı 1135MPa olan AISI 630 17-4PH malzemesi seçildi. Ve uzuv ağırlığımız oldukça azaltıldı. Gövdeye, uzuvlarla kıyaslandığında, ciddi herhangi bir yük gelmediğinden, gövde için seçilen malzemenin normal değerlerde akma dayanımına sahip bir malzeme olması kâfi idi. Bu nedenle, gövde malzemesi için DIN1693/GGG 70 küresel grafitli dökme demir seçildi. Uzuv Malzemesi: AISI 630 17-4PH - 29 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 30 - - 30 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 32 - Gövde Malzemesi: Küresel grafitli dökme demir DIN1693/GGG 70-32 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 33 - BÖLÜM 3: MUKAVEMET HESABI: - 33 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 34 - = MUKAVEMET HESABI = Uzuv Ağırlıklarının Hesabı: (Kabul; Et kalınlığı=3mm) r = 50 mm d r = 47 mm i A ( rd A (50 A 914,2mm m h. A. m m 1 2 2 2 r 2 i ) 47 ) 0,9.914,2.10 0,8.914,2.10 2 2 6 6.7,8.10.7,8.10 3 3 6,42kg 5,70kg Kesme Gerilmesi: F A 6,42 12,8 5,7 6,3 5 25 914,2 0,69N / mm 2 Eğilme Gerilmesi: e( y) M I e e y M M e e (33.1700 6.1685 5,7.1300 12,8.900 6,42.450).9,81 863564,5Nmm I I I e e e ( d 64 4 d (50 64 d 4 d 4 i 47 67265,4mm ) 4 4 i ) - 34 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 35 - e( y) 863564,5 25 67265,4 e( y) 320,95N / mm 2 Şekil Değiştirme Enerji Hipotezine Göre: muk = 2 x 2 3 xy 2 320,95 3.0,69 2 = muk 320,96N / mm Emniyet katsayısı kontrolü; s em muk 2 1135 = 320,96 s 3,53 3 güvenlik katsayısı=3>1 olduğundan sistemimiz bu yükler altında mukavimdir. Bası Gerilmesi: b F A 6,42 12,8 5,7 6 3 5 25 0,69N / mm 914,2 2 Burkulma: F P1. e1. y P2. e2. y burk A I e I e 627,06 6.9,81.75.50 12,8.9,81.100.50 = 914,2 62765,4 62765,4 burk 2 6,738N / mm 637,8N / cm 2-35 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 36 - BÖLÜM 4: MOTOR SEÇİMİ: - 36 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 37 - = MOTOR SEÇİMİ = Servo motorlar genellikle üzerlerinde yer ve hız algılayıcıları bulundururlar. Servo motorlar dahili dişli sistemine sahiptirler ve yüksek momentlere ulaşırlar. Konum hassasiyetleri ve yüksek momentlere ulaşma kabiliyetleri nedeniyle motor seçimimizi servo motorlardan yana kullandık. Manipülatörümüzün uzuvları 180 0 /sn açısal hızla dönmektedir. Bu da 30rpm değerine tekabül etmektedir. Seçtiğimiz motor momentleri, motorun 1000rpm değerinde dönmesi halindeki değerlerdir. Motor 1 Motor 3 Motor 4 Motor 5 Motor 2 Motor konumlarına göre momentler alınırsa; Motor 1 Motor 2 için; M [ 6,42.0,45 12,8.0,9 5,7.1,3 6.1,685 (3 5 25).1,7].9.81 M 863, 56Nm 1,2 Motor 3 Motor 4 için; M [ 5,7.0,4 6.0,785 (3 5 25).0,8].9. 81 M 3 299, 54Nm için; M ( 3 5 25).0,015.9. 81 M 4 4, 86Nm Motor 5 için; basit dönmeler yapacak olan bu motor için etkiyen moment düşük değerlerde olacaktır. M 5 < M 4, 86Nm Motor No: 4 İstenilen Tork Sağlanan Tork: Motor 1 863,56 Nm 1337 Nm Motor 2 863,56 Nm 1337 Nm Motor 3 299,54 Nm 337 Nm Motor 4 4,86 Nm 229 Nm Motor 5 < 4,86 Nm 80 Nm - 37 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 38 - Bu moment değerlerimize göre seçtiğimiz motorlarımız; Motor 1 Motor 2-38 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 40 - Motor 3-40 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 45 - Sürücülerimiz: Motor 1 Motor 2 Motor 3 için; - 45 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 46 - Motor 4 Motor 5 için; BÖLÜM 5: MALİYET HESABI: sürücüleri seçildi. - 46 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 47 - BÖLÜM 5: MALİYET HESABI: - 47 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 48 - = MALİYET HESABI = malzeme kg fiyatı ağırlık-kg toplam Üst Kol_17-4ph alaşımlı paslanmaz çelik 8 30 240 Alt Kol_17-4ph alaşımlı paslanmaz çelik 8 50 400 Gövde_ddl-40 1 150 150 işçilik saat saat ücreti toplam Üst Kol 200 14 2.800 Alt Kol 225 14 3.150 Gövde 120 14 1.680 Montaj 150 14 2.100 diğer maliyetler maliyet Kablo ve koruyucuları 1.000 Boyama 200 Standart elemanlar 4.500 Toplam 5.700 MALİYET HESABI uzuv maliyeti Üst Kol Alt Kol Gövde toplam malzeme 240 400 150 790 maliyeti işçilik maliyeti 2.800 3.150 1.680 7.630 8.420 motor maliyeti motor-1 motor-2 motor-3 motor-4 motor-5 toplam motor maliyeti 5000$ 4250$ 3500$ 2750$ 2200$ 17.700$ sürücü-1 sürücü-2 sürücü-3 sürücü-4 sürücü-5 sürücü maliyeti 985$ 920$ 840$ 760$ 640$ 4145$ montaj maliyeti 2.100 diğer maliyetler 5.700 GENEL TOPLAM 16.620 1$ = 1,5YTL 1 = 2YTL 21.845 $ 66.007 YTL - 48 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 49 - BÖLÜM 6: TEKNİK RESİMLER: - 49 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 52 - BÖLÜM 6: MANİPÜLATÖR TEKNİK RESİMLERİ: - 52 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 57-6.1-) ÇALIŞMA ALANI: - 57 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 58-6.2-) MANİPÜLATÖR KATI MODELLERİ: Mukavemet hesaplamalarımızda, tutucuya yukarı-aşağı dönme hareketini sağlayacak motorumuzu öne koymuştuk. Kola etkiyen eğilme gerilmesini azaltmak için çizimimiz de arkaya koyduk. Burada yaptığımız iyileştirme konstrüksiyonumuz daha stabil hale gelmiştir. Ayrıca ilk halde sağlanan mukavemet, ikinci durumda yüklemenin daha az olması nedeniyle yine sağlanacaktır. - 58 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 59-6.3-) MANİPÜLATÖR ANALİZ SONUÇLARI: 6.3.1-)ÜST KOL: Tasarladığımız manipülatör sisteminin alt ve üst kolları üzerinde, CATIA programı yardımıyla mukavemet analizleri uyguladık. Bu mukavemet analizlerinde parçanın en çok etkilendiği bölgeler kırmızı en az etkilendiği bölgeler mavi gösterilmiştir. Kırmızı gösterilmesi parçanın zarar göreceğini değil sadece diğer bölgelere göre daha çok etkilendiğini göstermektedir. Analiz sonuçlarına göre her iki parçada da herhangi bir deformasyon meydana gelmemektedir. 6.3.1-)ALT KOL: - 59 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 60 - KAYNAKÇA: - 60 -

MANİPÜLATÖR TASARIMI Sayfa No: - 61 - = KAYNAKÇA = 1) Robotik Kaynak Sistemleri ve Gelişme İstikametleri, MÜHENDİS ve MAKİNA, KASIM 2003 Sayı 526, http://www.mmo.org.tr/muhendismakina/arsiv/2003/kasim/makale_robotik.htm 2) Robotik, Arş. Gör. Tolga YÜKSEL, O.M.Ü. Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, http://www2.omu.edu.tr/akademik_birimler/muhendislik/elektr/lego_sitesi4/giri%c5 %9F.htm 3) Endüstriyel Robotlar, Bekir ÇENGELCİ, Hasan ÇİMEN, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Elektrik Eğitimi Bölümü, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2005/2, http://www.makineteknik.com/?part=makale&makale=oku&id=14 4) ROBOTLAR, http://dijitalbilgi.tripod.com/robot.htm 5) ROBOTİK / ENDÜSTRİYEL ROBOTLAR VE UYGULAMA ALANLARI, http://www.makinateknik.org/ 6) BABALIK F.C., Makine Elemanları ve Konstrüksiyon Örnekleri Cilt 1, Uludağ Üniversitesi Güç. Vakfı Yay., Bursa, 1997 7) http://www.danahermotion.com/frame.php?pcid=383&url=http://products.danahermot ion.com/v41/checkoff.asp?user=gearhead&q=product%20family UltraTRUE^Regi on Europe 8) http://www.baldor.com/products/servomotors/servo_gearheads/specs/downloads/mrp 090.pdf 9) http://www.danahermotion.com/products/product_detail.php?parent_id=128 10) http://www.danahermotion.com/documents/index.php?product_cat_id=383 11) http://www.danahermotion.com/documents/index.php?product_cat_id=383 12) http://www.plymouth.com/ 13) http://www.denizdokum.com/kg70.pdf - 61 -