Endüstriyel Robotlar ve Fanuc R-J3iC Robot Deneyi Arş.Gör. Yusuf ŞAHİN Arş.Gör. Abdullah ÇAKAN 1. Amaç Bu deneyde Puma tipi Fanuc R-J3iC model 6+1 serbestliğe sahip robot incelenecektir. Çalışmada robot çalışma prensibi, Robot kinematiği, programlama ve kontrol yöntemleri ele alınacaktır. 2. Endüstriyel Robotlar ISO TR 8373 tanımına göre endüstriyel robot, üç veya daha fazla programlanabilir ekseni olan otomatik kontrollü, programlanabilir, çok amaçlı, bir yerde sabit duran veya tekerlekleri olan endüstriyel uygulamalarda kullanılan manipülatördür. Amerikan Robot Enstitüsü ise robot tanımını, "programlanabilir, çok fonksiyonlu, malzemeleri, parçaları, aletleri ve özel aygıtları taşıyabilir ve çeşitli programlanmış fonksiyonları yaparak çeşitli görevleri yerine getirir" şeklinde yapmaktadır. Japonya'da ise robot, hafıza aygıtı takılmış, rutin işleri yaparak insanın yerini alabilen, belirlenmiş hareketleri otomatik olarak yerine getirebilen, ekipmanı tamamen sağlanmış makine olarak tanımlanmaktadır. Robot kelimesi ilk olarak 1921 yılında Çekoslovak oyun yazarı Karel Capek tarafından yazılan Rossum's Universal Robots adlı bilimsel oyunda kullanılmıştır. Robot kelimesi Çekçe'de köle gibi çalışan anlamına gelen "robota" ve "robotnik" kelimelerinden türemiştir. Robotun tarihçesine bakılacak olunursa; 3000 yıl önce robot fikri üzerine roman yazımı ile başlayan gelişme, M.Ö. 1000'de abaküsün icadı, 1623'te dört fonksiyonlu hesap makinesi, 1801 'de otomatik dokuma tezgâhları, 1889 yılında Osmanlı İmparatorluğu'nda yapılan iki bacaklı insansı bir robot olan Alâmet, 1938'de programlanabilir sprey boyama makinesi, 1939'da ilk elektronik bilgisayar, 1956'da ilk programlanabilir robot tasarımı, 1973'te ilk minibilgisayar kontrollü endüstriyel robot olarak süregelmiş ve günümüzdeki yapay zekâlı gelişmiş endüstriyel robotlara ulaşmıştır. Yeniden programlanabilme yeteneği bir robotun en önemli özelliklerinden biridir. Böylelikle belirli bir prosesin gerçekleştirilmesinin ardından bu prosesten çok farklı yeni bir prosesin gerçekleştirilmesi için geçecek hazırlık zamanı ve maliyetler minimuma indirilmiş olur. Bu adaptasyon işlemi, sabit otomasyonda oldukça büyük maliyetler getirebileceği gibi üretimin de önemli ölçüde aksamasına yol açacaktır.
Endüstriyel robotlar bir yere sabitlenmiş bir koldan meydana gelir. Bu koldaki her uzuv birbirine eklemler vasıtasıyla bağlanır. Robot kolundaki uzuvlar koordinat sistemine göre değişiklik gösterir. Robot bileğine tutucu takılır. Tutuculara örnek olarak çok parmaklı tutucular, vakum, manyetik aletler, görünüm ve dokunma kabiliyetli olarak insan eline benzer tutucular gösterilebilir. Bu tutucular robota verilen göreve göre değişkenlik gösterir. Başka deyişle robotlar, tutucu vasıtasıyla işe özelleşmiş olurlar. Bunlardan başka tutucu vasfında olmasa da robot koluna bağlanan çeşitli aletler vardır. Robotun yapacağı işe göre takılan bu aparatlar genelde sabit olup ayrıca işini yapabilmesi için gerekli malzemeyi dışarıdan ek olarak alırlar. Bunlara örnek olarak su-jetli kesme ve kaynak torçları verilebilir. Su jeti ile kesme işleminde gerekli olan basınçlı su bir boru vasıtasıyla ayrı bir sistemden sağlanır. Ark kaynağı, punta kaynağı v.b. işlemleri yapmak için robotun ucuna takılan kaynak aparatları da aynı şekilde dışarıdan beslenir. Endüstriyel Robotlarda Kullanılan Bazı Terimler: Tekrarlanabilirlik: Bir robota verilen aynı konum bilgisini her seferlerinde sağlayabilme kabiliyeti olarak tanımlanabilir. Çözünürlük: Robot ile yapılabilecek en küçük yer değiştirme miktarıdır. Serbestlik Derecesi: Bir cismin veya sistemin sabit bir noktaya göre konumunu tam olarak belirlemek için gerekli bağımsız değişken sayısıdır. Robotlarda serbestlik derecesi mafsal ve eyleyiciler sayılarak rahatlıkla bulunabilir. Manipülatör: Eklemlerle birbirine bağlanmış açık uçlu kinematik zincir oluşturan mekanik sistemlerdir. Servo Motor: İçerisinde hareket miktarını ölçen sensör, fren sistemi gibi donanımların bulunduğu ayrıca motor konumunun hassas bir şekilde ayarlanabilmesi için özel dizayn edilmiş motorlardır. Çalışma hacmi: Robotun uç noktasının ulaşabileceği noktalar kümesidir. Çalışma alanı: Robotun uç noktasının ulaşabileceği noktaların yatay düzleme iz düşümü ile oluşan alandır. 2.1 Robotların Sınıflandırılması Robotlar çeşitli özelliklerine göre sınıflandırılmaktadır. Koordinat sistemlerine göre, yetenek düzeylerine göre, kontrol tipine göre, teknoloji seviyesine göre, enerji kaynaklarına göre, yaptıkları işe göre ve Lert tarzı sınıflandırma en sık kullanılanlarıdır.
2.1.1 Koordinat Sistemine Göre Sınıflandırma Şekil 2.1 Koordinat sistemi Robotlar, koordinat sistemine göre; kartezyen koordinatlı, silindirik koordinatlı, SCARA, küresel koordinatlı ve eklemli kol olarak sınıflandırılırlar. Kartezyen koordinat sisteminde çalışan bir robot kolunun çeşitli uzuvları birbirine göre dik kalmak üzere yer değiştirirler. Robot, farklı uzuvların boyutlarıyla sıralanmış hacmin herhangi bir bölümüne rahatlıkla ulaşabilir. Basit geometrisinden dolayı tutucunun hareketi kolaydır. Uzuvlarının sadece birinin hareket etmesi gerektiğinden diğer çeşitlere göre dikey hareketi çok kolaydır. Bir yere ulaşması için hesaplanacak yol çok basit olarak bulunabilir. Bu tip robotlar, genellikle yüksek yükleme kapasitesinin ihtiyaç olduğu ağır işlerde kullanılırlar. Ulaşabildiği alan içerisinde çok yetenekli robotlardır. Silindirik koordinatlı robotlar, bir temel yatağı etrafında dönebilen ve diğer iki uzvu taşıyan ana bir desteğe sahip robotlardır. Bu uzuvlardan biri düşeyde, diğeri radyal doğrultuda hareket
etmektedir. Silindirik koordinatlı robotlar, kaynağın ve hedefin aynı doğrultuda olmadığı montaj işlerinde çoğunlukla kullanılırlar. Robotun dönüş kabiliyeti çok yüksek olduğundan belirli bir doğrultuda olmayan işlerde kartezyen koordinatlı robotlara göre çok hızlıdırlar. SCARA robotlar, silindirik koordinatlı robotların özel bir tipi olarak kabul edilebilir. Bu tip robotta, temel yatağı etrafında dönen temele paralel kolunun ucunda aynı şekilde temele paralel dönen ikinci bir uzuv vardır. 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 çok popülerdir. Küresel koordinatlı robotlarda, 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. Bu tip robotlar, cilalama, transfer işlemlerinde, test ve kontrolde ağırlıklı olarak kullanılmaktadır. Eklemli kol tipi, başka deyişle döner koordinatlı robotlar, ulaşılabilir çalışma alanı ve ulaşma şekli göz önüne alındığında küresel koordinatlı robot olarak değerlendirilebilir. Robot kolunda dört ve bileğindeki iki serbestlik derecesi ile bu tip robotlar, ulaşılabilirlik olarak maksimum dereceye ulaşmışlardır. Ancak kontrol işlemindeki zorluklar nedeniyle bu koordinat sistemi robot tekniğinde geç uygulama alanı bulabilmiştir. Bir kg.'lık yükleme kapasitesine sahip olanları genelde paketleme, parça ekleme ve montaj, test etme ve kontrol işlerinde, dört kg.'iık yükleme kapasitesine sahip olanları su-jetli ve lazer kesme işlemlerinde, paketleme ve malzeme taşıma işlerinde, on ile yirmi kg. arası yükleme kapasitesine sahip olanları ise ark kaynağı, makine yükleme ve boşaltma, sırlama, çapak alma, zımpara ve polisaj işlemlerinde kullanılmaktadır. Pek çok işte bu tip robotların kullanılmasının nedeni, hedefe istenilen şekilde ulaşabilir olmalarıdır. 2.1.2 Yetenek Düzeyine Göre Sınıflandırma Bu başlık altında endüstriyel robotlar; sıra kontrollü, öğrenebilen, kontrollü yörünge, adaptif ve zeki robotlar olarak sınıflandırılırlar. Sıra kontrollü robotlar, başlangıç komutlarına bağlı olarak belirli bir işlem dizisini sırasıyla gerçekleştirirler. Çeşitli zamanlarda farklı sıralarla işlem yapmak üzere ayarlanabilirler, fakat ayarlamadan sonra yeni bir ayarlamaya kadar aynı işlem sırasını takip etmeleri söz konusudur. Öğrenebilen robotlara bir seri hareketi icra etmesi öğretilebilir. Manyetik disk, manyetik bant, ram türü bir kayıt aracı pozisyon sensörlerinden gelen koordinat bilgilerinin kaydedilmesi için kullanılır. Her noktada üç eksene ait koordinat bilgileri kaydedilir. Tüm yol aynı şekilde işlendikten sonra robotun aynı yolu tekrarlaması istenir. Öğretme işlemi bir insan tarafından
gerçekleştirilir ve yol boyunca izlenecek yörünge ve hareketler öğretici tarafından tespit edilir. Kontrollü yörünge robotları, öğrenebilen robotlar ile adaptif robotlar arasında kalır. Bir dereceye kadar nümerik kontrollü takım tezgâhlarına benzediklerinden nümerik kontrollü robotlar olarak da adlandırılırlar. Adaptif robotlar, çevrelerine reaksiyon verecek şekilde bilgisayar kontrolüne ve sensör geri beslemesine sahiptirler. Bu robotların çoğu kontrollü yörünge özelliğine sahip olmakla birlikte bir operasyonun gerçekleştirilmesi esnasında yörünge ve hareketleri değiştirebilme yeteneğine de sahiptirler. Örneğin, bir kaynak robotu bir görme sensöründen alınan bilgiler vasıtasıyla tanımlanan yörünge yanlış olsa bile doğru kaynak dikişini gerçekleştirebilir. Zeki robotlar, çevrelerini sezme hareketlerini değiştirme yeteneğine sahiptirler. Bu nedenle çevreye ait bir model ve bilgi tabanına sahip olmaları gereklidir. Yapay zekâ araştırmalarına göre robotlarda zekilik, çeşitli amaçlı sensörler topluluğuna, büyük bir hafıza kapasitesine ve çevreyi modelleme yeteneğine sahip olmak anlamına gelmektedir. 2.1.3. Kontrol Tipine Göre Sınıflandırma Robotlar, noktadan noktaya, sürekli yörünge, kontrollü yörünge, servo ve servo olmayan robotlar olarak sınıflandırılabilir. Noktadan noktaya robotlar, en ucuz ve en basit robotlardır. Bu robotlar, belirli bir noktadan başka belirli bir noktaya hareket ederken bu iki nokta arasında, önceden belirtilmiş noktalarda durma yeteneğine sahip değildirler. Durma noktaları pek çok uygulamada mekanik olarak belirlenmiştir ve her yeni operasyon için yeniden ayarlanmaları gerekir. Bu noktaların tespitinde genellikle potansiyometreler ve encoder ile kontrol edilen servo-motorlar kullanılır. Sürekli yörünge robotları ise, belirli bir yörünge boyunca tanımlanmış her noktada durabilirler. Böylece robotun belirli bir doğruyu ya da eğriyi takip etmesi sağlanabilir. Durma noktalarının hafızada yer alması gereklidir. Kontrollü yörünge robotları, kontrol donanımları sayesinde doğrusal ve dairesel interpolasyonla elde edilen eğrisel yörüngeleri yüksek doğrulukla takip edebilirler. Bu tip robotların bazılarında yörünge geometrik olarak veya denklemlerle tanımlanabilir. Kontrol için başlangıç ve bitiş koordinatları ile yol tanımlamasının verilmesi yeterlidir. Servo robotlar, pozisyonlarını ve hızlarını ölçerek kontrol devresini geri besleyecek sensörlere sahiptirler. Böylelikle robotun belirli bir yörüngeyi takip etmesi sağlanır. Servo olmayan robotlar ise istenen noktaya ulaştıklarının farkında olmazlar. Servo ve servo olmayan robotlar, sırasıyla kapalı ve açık çevrimli robotlar olarak adlandırılırlar.
Kontrollü robotların tümü, servo özelliklerine sahiptirler ve yol hatalarını sürekli olarak düzelterek istenen noktaya ulaşırlar. 2.1.4. Yaptıkları İşlere Göre Sınıflandırma Robotları görevlerine göre sınıflandırmada temel problem, yaptıkları işin değişebilmesidir. Kollarına takılı aletin ve programlarının değişmesiyle görevleri değişmiş olur. Özellikle bazı işler için robotun işini değiştirmek çok kolay olmayabilir. Örneğin, bir kaynak robotunu nokta kaynağı yapabilen duruma getirmek için tüm ekipmanının ve çalışma sisteminin değiştirilmesi gerekecektir. Yaptıkları işlere göre robotlar boyacı, kaynakçı, montajcı ve malzeme taşıyıcısı gibi isimler alırlar. 2.1.5. Lert Tarzı Adlandırma Lert tarzı adlandırma, robotun her bir ekseni için sınıflandırmayı esas alır. Bu sınıflandırma, hareket yönüne ve şekline göre belirlenir. Doğrusal hareket, uzama hareketi, dönme hareketi ve burulma hareketi olarak dört temel hareket tarzı bulunmaktadır. L (linear) E (Extensional) R (Rotational) T (Twisting) Doğrusal hareket Uzama Dönme Burulma Tablo 2.1.1 Hareket çeşitleri ve isimleri Örnek robot ve sınıflandırılmaları aşağıda görülmektedir. Şekil 2.2 RTT Kartezyen Robot
Şekil 2.3 RRT Scara Robotu Şekil 2.4 RRT Polar Robot 2.2. Robot Kullanım Nedenleri Günümüzde robot, değişen iş şartlarına göre insanlar tarafından tekrardan programlanabilen hareketler yardımıyla az bir maliyetle kendisini yeni şartlara uydurabilen çok fonksiyonlu bir cihaz anlamına gelmektedir. Endüstriyel, askeri, sağlık, eğitim, araştırma alanlarında, ayrıca şov veya promosyon, kişisel ve hobi amaçlı olarak robotların kullanımı mümkün olmaktadır. Robot, genelde bir insanın yapacağı işleri yapmak için programlanır. Isaac Asimov'a göre bir robot; * İnsana zarar veremez ya da sonuçta insanın zarar görmesine sebebiyet verecek bir hareket içerisine giremez. * Birinci koşula uymak şartıyla mutlaka insan emrini yerine getirir. * Bu iki koşula uymak kaydıyla kendisini, meydana gelebilecek bir zarara karşı korur.
Günümüzde endüstriyel alandaki robotlar, insan işçilerin sıkıcı, kötü, tehlikeli veya çok ince görülmesi gereken işlerde yerini almak üzere tasarımlanmaktadırlar. Yaptıkları hareketlerde insan hareketlerini taklit etmektedirler, fakat insanın düşünce ve hareket tarzını kopyalayamazlar. Bazen insanların sahip olmadıkları metotlar ve özellikler yardımıyla bir insanın gösterebileceği performansın üzerine çıkarlar. Örneğin bir robot kızılötesi ve ultrasonik sensörler kullanabilir ve görüşü insandan daha iyi düzeyde olabilir. Göz olarak kullandığı sensörleri insandakinden farklı yerlerde, örneğin parmağında olabilir, böylelikle insanın göremediği şeyleri görebilir ve daha titiz bir çalışma yapabilir. İnsanların çalışamadıkları koşullar altında elektromanyetik özelliklere, özel tutma-kavrama cihazlarına ve değinilen tüm diğer özelliklere sahip bir robot rahatlıkla çalışabilir, çoğu zaman da daha ucuza daha iyi performans gösterebilir. O halde üretim alanlarında birbiriyle bütünleşik üç olgu vardır: insan, robot ve otomasyon. Ne zaman bir işi yapmak üzere bir insanı veya bir robotu görevlendirmeli ya da otomasyon kullanılmalıdır? Bu sorunun cevabı bir kaç noktada gizlidir: Yapılacak iş pis, tehlikeli, zor veya ağır, kasvetli bir iş midir? Eğer öyleyse insan işçi bu işi uzunca bir süre aynı performansta yapamayacaktır. Bu durumda işi otomasyona veya robot işgücüne devretmek daha kazançlı olacaktır. Bir diğer önemli soru; bu işi insanların yapmaya gönüllü olup olmadıklarıdır. Çünkü insan bir çeşit en esnek makinedir. Çok değişik koşullara uyum sağlama becerisi vardır. Eğer bir iş insan tarafından yapılabilecekse, insan tarafından yapılması daha iyidir, fakat eğer iş zor ve çok tekrarlı bir işse insanlar bu işi yapmaya gönüllü olmayacaklardır ve işi robot işgücü yardımıyla halletmek daha mantıklı olacaktır. Aşağıda verilenler robotun insan yerine tercih edilme sebeplerinden bazılarına gösterge olmaktadır. * Emek maliyetlerinin yüksek olduğu ülkelerde robot sayısının artmasındaki en önemli unsurlardan biri üretim maliyetlerinin robot kullanımıyla düşürülmesidir. Sosyal, sağlık ve emeklilik gibi yardımların da göz önüne alınmasıyla ortaya çıkan maliyet robot için harcanan paranın 3-4 katını bulabilmektedir. Ancak, emeğin ucuz olduğu ülkelerde tam tersi bir durum ortaya çıkmaktadır. * İşçilerin görevde olduğu sürecin % 15-20'lik bir bölümü ortaya çıkan yorgunluğun giderilmesi ve diğer ihtiyaçların karşılanması için geçer. Bu süre robotlarda % 2'yi geçmemektedir. * Robotlarda yorgunluk ve dikkat kaybı söz konusu olmadığından hatalı imalat sayısı insanın neden olduğu hatalı imalat sayısına göre neredeyse 0'dır. Böylece hatalı imalatın üretim maliyetindeki payı çok düşük kalır. * Robotun insanlar gibi haftalık 40 saat çalışma süresi kısıtı yoktur. Tüm hafta gece gündüz çalışabilir. Dolayısıyla insanlar bir işte vardiyalar halinde çalışıp sürekli değişim olurken o işte aynı robot devamlı çalışmaktadır. Bu yönüyle de birim üretim maliyeti çok düşmektedir.
* Robotlar bazı işlerde insanlara kıyasla çok daha hızlı çalışırlar. Örneğin bir ark kaynağı robotu dakikada 75 cm. kaynak yapabilirken ortalama bir kaynak ustası dakikada ancak 25 cm. kaynak yapabilir. Hacimlerin ve ekipmanların daha etkin kullanımı ile belirli bir program dâhilinde üretkenlik artmaktadır. * Robotların pozisyonlama yeteneği insana göre daha yüksektir. Robot ile gerçekleştirilen bir kaynak dikişi genellikle taşlanmaya ihtiyaç duymaz ve robot ile üretilen parçalar insanın ürettiklerinden daha iyi toleranslara sahiptirler. Bazen operasyon hızının yüksek olması kaliteyi artırabilir. Örneğin ince parçaların kaynağının hızlı yapılması ısı yayılımını önleyerek parçalardaki çarpılmaların azalmasını sağlayacaktır. Ayrıca hızın kontrol edilmesiyle homojen bir kaynak dikişi elde edilecektir. * Sıcak dövme preslerinde tezgâh yüklenmesi ve boşaltılması robotların ilk uygulama alanlarından biri olmuştur. Yüksek sıcaklıktaki dövme esnasında parça belirli bir konumda tutulmalıdır. Önceleri bu işi, iki kişi uzun maşalar vasıtasıyla yaparken robot uygulanmasıyla tutma işi tutucu yardımıyla robot tarafından yapılmaya başlanmıştır. Böylece daha büyük hızlara ulaşılırken çalışanlar da sıcak parça ve kıvılcım sıçrama tehlikesinden uzaklaştırılmış olurlar. Daha iyi bir konumlamayla da ürün kalitesi artırılmış olur. * Bazı boyama işlerinde asit boyalar kullanılır ve bu boyalar da boyama görevlisinin sağlığı açısından çok tehlikelidir. Personelin sızdırmaz giysileri ve başlıklarla çalışmaları gerekir. Takılan başlıklara sürekli hava beslemesi gerekir. Bu koşullar altında çalışmak verimsiz ve yorucudur. Oysa aynı iş ortamında bulunan ve daha önceden programlanmış hareketleri yapan bir robot vasıtasıyla daha hızlı olarak daha yüksek kalitede gerçekleştirilebilir. * Her idarecinin birbirleriyle sürekli rekabet eden ve her söyleneni yapan çalışanları tercih edeceği aşikârdır. Aslında böyle bir durum her idarecinin hayalidir. Bazıları bir robot sistemi oluşturarak ve diğer ekipmanları da bu sisteme uydurarak bu hayali gerçekleştirmeye başlamışlardır. Yapılacak işlemler çok hassas biçimde programlanabilir ve malzemeler robot iş hücrelerine bilgisayar kontrolü altında ulaştırılabilir. * Robotlar, önceden programlanmış hareketleri büyük bir doğrulukla gerçekleştirdikleri gibi ne yapıldığını da büyük bir doğrulukla kaydedebilirler. Bu kayıtlar programlama, planlama ve kontrol işlemlerinin iyileştirilmesinde önemli bilgileri teşkil eder. * Robotlar, yeniden programlanma hatalarının düzeltilmesi işleminin basitliği dolayısıyla değişik işlere adaptasyonda önemli güçlük doğurmazlar ve işlemler uzun süreli üretim durmasına neden olmaz. Oysa sabit otomasyonda değişiklik yapmak, uzun süreli üretim aksamalarına neden olmaktadır. * Çeşitli uygulama durumlarında yeniden programlanabilme yeteneği, tutucunun değiştirilebilme özelliği, sistem ömrünü uzatır. Sabit otomasyon sistemlerinde değişiklik yapmak önemli bir harcamayı gerektirir ki bu harcama zaman zaman sistemin yeniden oluşturulma maliyetine yakın olabilir. Robot işgücü ve insan arasında tercih yapılırken maliyetler de mutlak olarak göz önünde bulundurulmalıdır. Sonuçta robotlarında makineden bir farkı yoktur. Çalışma alanının
maksimum kullanımı, robot parkını kurmak için gerekli yatırım, diğer maliyetler işletme açısından hayati önem taşırlar. Yatırımın geri dönüş süresi de göz ardı edilmemesi gereken bir konudur. 3. Puma Tipi Endüstriyel Robotun İncelemesi Deney için kullanılacak olan Puma tipi Fanuc R-J3iC model 6+1 serbestliğe sahip robot şekil 3.5 de verilmiştir. 3.1 Robotun Bölümleri Endüstriyel robotlar ileri mekanik ve elektronik donanımlarla donatılmışlardır. Robot genel olarak mekanik kısmı oluşturan manipülatör ve kontrol ünitesinden oluşmaktadır. Mekanik kısımda uzuvlar, mafsallar, tutucular, servo motorlar ve hareket aktarma organları bulunmaktadır. Bunun yanında yardımcı birçok donanım içermektedir. Şekil 3.5 de mafsal hareketleri görülmektedir. Burada J1,J2 ve J3 ana eksenlerdir. J4,J5 ve J6 ise bilek hareket eksenlerini oluşturmaktadır. Robot kontrolcüsü; güç ünitesi, kullanıcı arabirim devresi, hareket kontrol devresi, hafıza ünitesi, ve giriş-çıkış birimlerinden oluşmaktadır. Kullanıcı Teach pendant ve kontrolcü üzerindeki butonlarla robota hareket verebilmektedir. Hareket kontrol devresi içerisinde ana CPU kartı ki bu kontrolcünün kalbini oluşturmaktadır ve servo motor sürücüleri bulunmaktadır. Ana bilgisayar giriş çıkış portları ve programın işletildiği birimdir. Robotta çalışma şu sıra ile gerçekleşmektedir. Öncelikle kullanıcı tarafından istenen konum bilgisi, hız bilgisi ve diğer gerekli bilgileri programlanır ve kaydedilir. Bu program kontrolcü tarafından hareket gerçekleşmeden önce analiz edilerek gerekli motor açıları ve hızları belirlenir. Belirlenen mafsal bilgileri mafsal motor sürücülerine iletilerek motorlar için gerekli güç aktarılır. Ayrıca motor konumları sensörlerden her an geri beslenir.
Şekil 3.1. Robot Kontrol Panosu 3.1. Robotun Çalıştırılması ve Emniyet Tedbirleri Endüstriyel robotlar hızlı, güçlü ve yetenekli otomatik makinelerdir. Bu yüzden çalışma sırasında tedbirli ve dikkatli davranılmalıdır. Dikkat Robot kol ve bileği çalışma alanı içerisinde her konuma ulaşabilmektedir. Çalışma sırasında çalışma alanı içersinde bulunmayınız. Dikkat Tehlikeli bir durum oluştuğunda ACİL STOP (Emergency Stop Button) düğmesine basılmalıdır. Şekil 3.2. Robot Acil Durum Butonları
Robotu çalıştırmak için öncelikle kontrol panosu üzerindeki ana şartel ON konumuna getirilmelidir. Bundan sonra Teach pendant (TP) ekranı yüklenene kadar beklenmelidir. Artık robot çalışmaya hazırdır. Robota hareket vermek için öncelikle teach pendant enable switch açılmalı ve Deadman güvenlik butonu basılı olmalıdır. Ayrıca kontrol panosu ve teach pendant üzerindeki güvenlik butonları basılı olmamalıdır. Bu şartlar robotun kontrolünü zorlaştırsa da çalışma güvenliği için gereklidir. El ile konumlandırma esnasında deadman switch i bırakıldığında hareket ani olarak durdurulur. Bu durum robotta titreşim meydana getirmektedir. Robota hareket verilmeden önce hangi koordinatlarda çalışılacağı teach pendant üzerinden seçilmeli ve ona göre hareket verilmelidir. Robot koordinat sisteminin Teach Pendant üzerinden seçimi şekil 3.4 te gösterilmiştir. Şekil 3.3. Robot güvenlik Butonları Şekil 3.4. Takım Koordinat Sisteminin Seçimi
3.2. Robot Kinematiği ve Koordinatlar Robotta hareket servo motorlar tarafından sağlanmaktadır. Eklemlerin hareketi ile robot uç noktası (takım) konumlandırılması kinematik denklemler ile sağlanmaktadır. Kinematik denklemler ile: 1. Bir manipülatör için mafsallara ait açılar vektörü q(t)= (q 1 (t), q 2 (t),..., q n (t)) ve geometrik kol parametreleri verilir ve uç noktanın sabit eksen takımlarına göre pozisyonu ve yönlenmesi nedir sorusunun cevabı aranır. 2. Uç noktanın istenilen pozisyonu ve yönlenmesi sabit eksen takımlarına göre kol parametreleriyle birlikte verilerek, manipülatör bu noktaya ulaşabilir mi? Ulaşabilirse kaç çeşit robot kol konfigürasyonu bu şartları sağlar? Sorularının cevabı aranır. Yukarıda bahsedilen birinci durum direkt kinematik problemi ve ikincisi ters kinematik problemi olarak bilinir. Robotun kontrolünde kullanılacak koordinat sistemleri aşağıda verilmiştir.
3.1.1. Mafsal Koordinat Sistemi: Robot yönlendirilmesinde mafsallar ayrı ayrı kontrol edilerek uç noktanın konumlandırılması sağlanmaktadır. Şekil 3.5. Mafsal Koordinat Sistemi 3.1.2. Kartezyen Koordinat Sistemi Kartezyen koordinatlarda hareket, kinematik denklemler kullanılarak mevcut konumu sağlayacak mafsal koordinatlarının elde edilmesi ile sağlanır. Kinematik denklemlerin çözümü sonucunda iki değere ulaşılabilir veya tanımsız durumlar meydana gelebilir. Robot bu durumda hareketsiz kalarak alarm durumuna geçer. Bu durumda ya noktalar değiştirilmeli yada hareket stratejisi değiştirilmelidir. Şekil 3.6. Kartezyen Koordinat Sistemi
3.1.3. Takım Koordinat Sistemi Takım koordinat sisteminde, uç noktanın koordinat ekseni takım çalışma düzlemine göre yerleştirilmiştir. Şekil 3.7. Takım Koordinat Sistemi
Şekil 3.8. Teach Pendant ekranı üzerindeki simgelerin anlamları
4. Robot Programlama Aşağıda üzerinde çalışacağımız endüstriyel robot için yazılmış örnek bir kod ve ekran açıklamaları görülmektedir. Etkin satır numarası Programın çalıştırılması sırasında hangi satırın JOG tipi Etkin olan hareket koordinat sistemini gösterir. TP ileri/geri devre dışı FBD teach pendant etkin olduğunda görüntülenir. Yürütülen Düzenlenen program Satır numarası Program sonu SAMPLE1 SAMPLE1 LINE 1 PAUSE FBD PAUSED JOINT 30% 1/6 1: J P[1] 100% FINE 2: J P[2] 70% CNT50 3: L P[3] 1000cm/min CNT30 4: L P[4] 500mm/sec FINE 5: J P[1] 100% FINE [END] Çalışma durumu Bu kısım ABORTED, PAUSE, RUNNING gibi değerler alır. Maksimum hız Robotun çıkabileceği maksimum hız değeri. Enter value of press ENTER [CHOICE] POSITION İmlecin bulunduğu satır ve toplam satır miktarı Mesaj satırı Mesaj satırı seçilen ekran ve imlecin konumuna bağlı olarak değişir. Şekil 4.1. Program ekranı ve üzerindeki simgelerin anlamları Örnek program satırında her bir harfin açıklaması aşağıda ayrıca görülmektedir. Örnek program satırı yukarıda görülmektedir.
4.1. Hareket şeklinin belirlenmesi J (joint): Mafsal değişkenleri ile hareket L (lineer): Noktalar arası lineer yörünge ile hareket (Kartezyen koordinatlarda hareket) C(circular): Verilen üç noktadan geçen daire yörüngesi ile hareket Hareket şeklinin değişmesi ile oluşan yörüngeler ve örnek kodları aşağıda görülmektedir.
4.2. Konum Bilgisi P[1,2..n] : Konum vektörü Vektörün içeriği aşağıda verilmiştir. Programlamada register kullanımının amacı değişken konum verilerinin program içerisine dahil edilmesidir. Programın herhangi bir anında kesme uygulamak ve farklı bir konuma yönlenmek için skip komutu işletilmelidir. Örnek uygulama ve gösterimi aşağıda verilmiştir.
Referanslar Türkiye'de Endüstriyel Robot Kullanımı,Doç. Dr. Semra Durmuşoğlu, İşl. Müh. M. Sefa KÖKER Fanuc R-J3iC HandlingTool Operator Manual