Endüstriyel Robotlar ders notlarını indirmek için Tıklayınız….

Transkript

MESLEK YÜKSEKOKULU
ELEKTRONİK VE OTOMASYON BÖLÜMÜ
MEKATRONİK PROGRAMI
ENDÜSTRİYEL ROBOTLAR DERS NOTLARI
Öğr. Gör. Kadir GELİŞ
AĞRI- 2014
1
ÖNSÖZ
Günümüz teknolojisine paralel olarak insanın yeri günden güne azalmaktadır. Gelecekte
üretim aşamasında insan unsuru büyük ölçüde azalacaktır. İnsanın yerini alacak olan ise
kendi çalışma alanında programlanmış suni bir zekâya sahip makineler (robotlar)
olacaktır.
Günümüzde robotlar uzay, tıp, otomotiv, tekstil, kimya, askeri ve benzeri birçok alanda
yaygın olarak kullanılmaktadır. Robot kullanmak artık bir keyfiyet olmaktan çok
mecburiyet halini almıştır. Bugün bir uzay mekiğinde uyduyu yörüngeye yerleştirme,
tıpta ilaçların sağlıklı ortamda üretimi, otomotiv sektöründe montaj ve boyama
işlemleri, tekstil sektöründe boyama, kesme ve dokuma işlemleri, askeri alanda mayın
arama, bomba imha ve benzeri gibi insan için riskli işler robotlar tarafından
yapılmaktadır. İnsanoğlunun Mars yüzeyinde evrenin geçmişine ait yaptığı bilimsel
çalışmaların neredeyse tamamı robotlar tarafından yapılmaktadır.
Gelecekte insan, robot teknolojisi geliştirme, programlama ve bakımına zaman
ayıracaktır. Çünkü üretim, hizmet, güvenlik sektörlerinde robotlar çalışacaktır.
Hazırlanan bu notlar daha önce robotik üzerine olan çalışmalardan harmanlanmış ve
ders notu haline getirilmiştir.Derlenen bu notların okul hayatınızda ve çalışma
hayatınızda faydalı olmasını umarım.
-AĞRI İBRAHİM ÇEÇEN ÜNİVERSİTESİ MESLEK YÜKSEKOKULU-
2
İÇİNDEKİLER
1.GİRİŞ ........................................................................................................................4
1.1. Robot Nedir .......................................................................................................4
1.2.Endüstriyel Robotun Tanımı ...............................................................................4
1.3. Otomasyon Sisteminin Doğuşu ..........................................................................7
1.4.Yeni Endüstri İşçileri Robotlar ............................................................................8
2.ENDÜSTRİYEL ROBOTLAR VE ÜRETİMDE UYGULAMA ALANLARI .... 11
2.1. Giriş ................................................................................................................. 11
2.2. Robotların Kullanım Alanları ........................................................................... 17
2.2.1. Makinelerin Yükleme ve Boşaltılması ........................................................... 17
2.2.2. İstifleme ........................................................................................................ 20
2.2.3. Paketleme......................................................................................................20
2.2.4. Yapıştırma .................................................................................................... 21
2.2.5. Kaynak .......................................................................................................... 21
2.2.6.Montaj ........................................................................................................... 23
2.2.7. Boyama ......................................................................................................... 24
2.2.8. Mekanik Üretimde ........................................................................................ 25
2.2.9.Uzay ve Deniz Araştırmalarında .....................................................................30
2.2.10.Nükleer Santrallerde ..................................................................................... 31
2.2.11. Özel Uygulama Alanları .............................................................................. 31
2.2.12. Tarımda Kullanılan Robotlar ....................................................................... 32
2.2.13. Madenlerde: ................................................................................................ 33
2.2.14. Askeri ve Savunma Alanlarında ..................................................................33
2.2.16. Diğer Uygulama Alanları ............................................................................ 34
3.ENDÜSTRİYEL ROBOTLARIN ÇALIŞMASI VE MEKANİZMASI ............... 36
3.1.Robotun Sistem Organizasyonu ve Çalışması .................................................... 36
3.1.1 Robotun Bölümleri ......................................................................................... 36
3.3. Robotların Olası Etkileri .................................................................................. 40
3.4. Robot Kinematiği ............................................................................................. 41
3.4.1. Robot Koordinatları ...................................................................................... 41
3.4.2. Koordinat Sisteminin İfade Edilişi ................................................................. 42
3.4.3. Düz Kinematik .............................................................................................. 42
3.4.4 Ters Kinematik .............................................................................................. 43
4.ROBOTLARIN SINIFLANDIRILMASI .............................................................. 45
4.1.Kartezyen Manipülatör...................................................................................... 45
4.2.Silindirik Manipülatör ....................................................................................... 46
4.3. Küresel Manipülatör ........................................................................................ 48
4.4.Mafsallı Manipülatör......................................................................................... 49
4.5. Scara Manipülatör ............................................................................................ 50
5. ROBOTLARIN YAPISAL ŞEKİLLERİ .............................................................. 51
5.1. Taşıma Kollu Robot ......................................................................................... 51
5.2. Dönme İtme Kollu Robot ................................................................................. 52
5.3. Çizgi Tipi Portal Robot .................................................................................... 52
5.4. Yüzey Tipi Portal Robot................................................................................... 52
5.5. Kırma Kollu Robot........................................................................................... 53
6. ROBOTLARIN SİSTEM ELEMANLARI ........................................................... 53
6.1. Son Etkileyiciler .............................................................................................. 54
7. ROBOT KONTROLÖR ELEMANLARI ............................................................ 58
7.1. Yürütücüler-Sürücüler ...................................................................................... 58
3
7.2. Denetleyiciler (Kontrolörler) ............................................................................ 59
7.3. Algılayıcılar .....................................................................................................60
7.4. Bilgisayar ......................................................................................................... 65
7.5. Kontrol Paneli ..................................................................................................67
7.6. Pozisyon Kontrolörü ........................................................................................ 68
7.7. Hareket Amplifikatörü ..................................................................................... 68
7.8. Giriş Çıkış Ünitesi............................................................................................ 68
7.9. Elle Kontrol Aleti ............................................................................................. 68
8. KONTROL TİPLERİ ........................................................................................... 68
8.1. Açık Devre Kontrol Sistemleri ......................................................................... 69
8.2. Kapalı Devre Kontrol Sistemleri ......................................................................71
9. ROBOTLARIN ÇALIŞMA ÖZELLİKLERİ ...................................................... 72
9.1. Çalışma Alanı ..................................................................................................72
9.2. Mekanik Yükleme ............................................................................................ 73
9.3. Pozisyon Hassasiyeti-Tekrarlama Hassasiyeti .................................................. 73
9.4. Aks Sistemleri ..................................................................................................74
9.5. Çarpma Alanı ...................................................................................................74
9.6. Emniyet Alanları ve Sınırlamalar .....................................................................75
9.7. Emniyet Görünüşü ........................................................................................... 75
9.8. Kavrama Sistemi .............................................................................................. 75
9.9. İşletmeye Almada ve Bakımda Emniyet ........................................................... 76
10. ROBOTLARIN PROGRAMLANMASI ............................................................ 77
10.1. Tatbikatta Dikkat Edilecek Hususlar .............................................................. 77
10.2. Robot Kumandası ........................................................................................... 78
10.3. Denetleyici .....................................................................................................79
10.4. Öğretme Kutusu (Ö /K) .................................................................................. 79
10.5. Üç Boyutlu Robot Benzetim Programı (3D-simülasyon) ................................ 80
10.7. Renk Sensörü ................................................................................................. 81
10.8. Yardımcı Parçalar .......................................................................................... 81
Takım ve Aparatlar ................................................................................................. 81
Algılayıcılar ............................................................................................................ 82
10.9. Güç Birimi .....................................................................................................84
10.10. Denetim Sistemi ........................................................................................... 84
11. ROBOTLARIN AVANTAJLARI VE DEZAVANTAJLARI............................ 87
12. ROBOT DAVRANIŞLARI ................................................................................. 88
13. DAVRANIŞ TABANLI MİMARİLER .............................................................. 90
14. GÜNÜMÜZ ROBOT TEKNOLOJİSİ ............................................................... 94
15. ROBOT BİLİMİN GELECEĞİ........................................................................ 100
16. KAYNAKÇA ..................................................................................................... 102
4
1.GİRİŞ
1.1. Robot Nedir
Robotlar bir yazılım aracılığı ile yönetilen ve yararlı bir amaç için iş ve değer üreten
karmaşık makinelerdir. Robotlarla ilgili ilginç bir tanımı ise Joseph Engelberger
yapmıştır: “Robotu tanımlayamam ama bir robot gördüğümde onun robot olduğunu
anlarım”. Robotik, Makine Mühendisliği, Endüstri Mühendisliği, Elektrik ve
Elektronik Mühendisliği ve Bilgisayar Mühendisliği disiplinlerinin ortak çalışma
alanıdır. Bunların yanı sıra robotik, matematik ve fizik bilimlerinden de yararlanır.
Robotik bütün dünyada olduğu gibi ülkemizde de büyük ilgi görmektedir. Robotik'e
yakın bir konu Mekatronik'tir. Üniversitelerimizde Mekatronik adıyla Robotik
bölümleri açılmakta, ön lisans ve lisans düzeyinde eğitimler verilmektedir.
"Robot kavramı ve uygulamaları", insan konforu ve güvenliği ile ilgili temel
kavramlarda ve uygulama niteliklerinde ilkesel düzeyde değişimlere yol açacak bilimsel
ve teknolojik bir adımdır.
Robot teknolojisi, çağımız gelişim süreci içinde gelişen birçok bilimsel ve teknolojik
olguların, robot adını verdiğimiz teknolojik ürünler üzerinde bütünleşmesi ve
uygulamasını içerir.
Hayatımızı kolaylaştıran robotların yanında bir de bunun öncesi olan iş yaşamımızı
daima kolaylaştıran endüstriyel robotlar var. Endüstriyel robotların bir vida sıkımından
kutuları istiflemeye kadar birçok alanda kullanımı hem zamandan, hem iş gücünden
hem de maddi olarak kazanım sağlar. Endüstriye Robotları yazımızın birinci bölümünde
hareket etme kabiliyetine göre sınıflandırdık.
1.2.Endüstriyel Robotun Tanımı
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 sınıflandırması ISO 8373
standardında belirlenmiştir. Bu standarda göre bir robot şöyle tanımlanır: "Endüstriyel
uygulamalarda kullanılan, sabit veya hareketli olabilen, üç veya daha fazla
programlanabilir eksene sahip, otomatik kontrollü, yeniden programlanabilir çok amaçlı
manipülatördür."
Endüstriyel robot, genel amaçlı, insana benzer özelliklere sahip programlanabilir bir
makinedir. Bir robotun insana benzeyen en önemli özelliği onun koludur. Tutma ve
yerleştirme işlemlerinde robot kolu kullanılır. Robot kolu, başka bir makineyle
birleştirilerek, malzemenin yüklenmesi ve takım değiştirme işlemini yapmaktadır.
5
Kesme, şekil verme, yüzey kaplama, silindirik ve düzlem yüzey taşlama gibi imalat
işlemlerini gerçekleştirir. Montaj ve kontrol uygulamalarında kullanılmaktadır.
Endüstride robot otomasyonu
Robot ile insan benzetimi
6
Tanımdaki terimlerin detaylı olarak açıklamaları aşağıdaki gibidir:
Manipülatör: Robotun hareketli kısımlarına denir.
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.
Tamlık: Tamlık, çalışma hacmi içinde istenen bir noktaya, robotun bilek sonunu
götürebilme yeteneğidir. Uzaysal çözülüm, robotun çalışma hacmini bölebileceği en
küçük hareket artışıdır. Robotun tamlığı uzaysal çözülüm cinsinden ifade edilebilir
çünkü hedef bir noktaya ulaşabilme yeteneği her eklem hareketi için robotun kontrol
artımlarını ne derece tanımlayabildiğine bağlıdır. Tamlık, verilen bir hedef noktaya
erişebilmek için robotun programlanabilme kapasitesiyle ilişkilidir.
Tekrarlanabilirlik: Tekrarlanabilirlik, uzayda robota önceden öğretilen bir noktaya
robotun, bileğini veya bileğine eklenen end efektörünü götürebilme yeteneğidir.
Robotun öğretilen bir noktaya göre tekrarlanan hareketlerinin sonucunda, robot uç
noktası ile öğretilen nokta arasında oluşabilecek maksimum hata miktarıdır. Genel
amaçlı robotlarda tekrarlanabilirlik değerinin 0,1 mm ila 0,2 mm olması yeterli
olabilmektedir. Özel olarak ark kaynağı uygulaması düşünülürse tekrarlanabilirlik
değerinin kaynakta kullanılacak tel çapının yarısından küçük olması istenir.
Yük taşıma kabiliyeti ve hız: Maksimum yük taşıma kapasitesi, robotun minimum
hızında tekrarlanabilirlik değerini koruyarak taşıyabileceği maksimum yük değeridir.
Nominal yük taşıma kapasitesi de robotun maksimum hızda tekrarlanabilirlik değerini
koruyarak taşıyabileceği maksimum yük miktarıdır. Bu yük taşıma kapasitesi değerleri
taşınan malzemenin boyut ve şekline bağlıdır.
Bu tanımlamayla robot bir otomatik makinedir ve belki de birçok tartışmanın çıktığı
alandır. Robot olarak kabul edilebilecek birçok makine, çevre ne kadar sınırlı olursa
olsun, çevreden alınan bilgiye cevap verebilmelidir. Robot, cevabı yorumlayacak ve
gereken değişikliği yapacaktır.
Robotların daha önceleri kullanılan otomatik makinelerden farkları:
e monte etme gibi herhangi bir yanlış harekette bulunulmaz.
kendi başlarına sürdürebilir. İmal edilen parçaları, kendi kendine tasnif edip yükler.
Parçayı, ait olduğu bölümlerine götürerek yerleştirebilir.
Gerçek anlamda ilk sanayi robotu, G.C. Devci adlı ABD‘li bir mühendis tarafından
gerçekleştirilmiştir. 1961’de H.A.Erost mikro işlemci kontrollü mekanik bir el geliştirdi.
1968’de Pieper, manipülatörün kinematiği üzerinde Kahn ve Roth ise dinamiği üzerinde
7
çalıştı. 1970’lerde çalışmalar, sensörlerin (algılayıcı) üzerinde yoğunlaştı. 1972’de
P.Woll ve arkadaşları, montaj görevi yapan kuvvet ve dokunma sensörleriyle donatılmış
bir dizi çalışmalarda bulundu. 1974’de Bejezy uzay araştırmalarında kullanılmak üzere
kontrol tekniklerini geliştirdi. Bu şekilde başlayan endüstride robot kullanımı dünyada
hızla artmıştır.
1.3. Otomasyon Sisteminin Doğuşu
İnsan zekâsının üretici niteliği, tarih boyunca çok önemli itici bir güç olmuştur. İnsanın
düşünce kabiliyeti, yeteneklerinin fevkinde fiziksel güç kullanımını gerektiren işlemler
için bir araç olmuştur. En basit kaldıraçlardan, buhar makinelerinden hareketle insan
elinin yapabileceği işlemleri yapabilen makineler aşamasına ulaşılmıştır. Makinelerin
çeşitli işlemleri yapmak için yaygın ve etkili kullanımı “Sanayi Devrimi”ni getirmiştir
ve bir ara bu devrim, insanoğlunun makinelere saldırması ve onları parçalaması
şeklinde ilginç olayları da beraberinde getirmişti. Saldırının temelinde makinelerin,
insanların yerini almaya başlaması ve bu nedenle işçilerin işsiz kalması yatıyordu.
Fransa’dan sonra İngiltere’de de dokuma tezgâhlarını otomatik duruma getiren
makinelere hücum, bu ekonomik nedenlerden ileri gelmişti. İnsanlara yardımcı olacak,
onların her isteğini bir köle gibi yerine getirecek ve kesinlikle onun çalışma hayatını
elinden almayacak olan makinelere kimse karşı çıkmazdı.
Bazı bilim adamları ve yazarlar makinelerle gelişen sanayi devrimini “yeni uygarlıkları
oluşturan dalgalar” olarak tanımlanmaktadır. Tarımın uygulanmasıyla başlayan “birinci
dalga”, sanayi devrimiyle başlayan “ikinci dalga”nın getirdikleri değişikliklerle sürmüş
ve bu, günümüzde insan gibi düşünüp karar verebilen makinelere kadar gelmiştir. Yeni
Çağı biçimlendirecek kadar güçlü ve becerikli olan bu makinelerin bugünkü adı
“robot”tur. Robot denilince çoğumuzun aklına hemen “insan görünüşlü mekanik
araçlar” gelir. Bu sözcük dünyanın dört bir yanındaki her yaştan insanda bu tarz
çağrışımlar oluşturur. Bilim kurgu roman ve filmlerin katkısıyla bu imaj oldukça yaygın
olarak insanların belleğine yerleşmiş bulunmaktadır. Çek dilinde “zorunlu işçilik”
anlamına gelen “robota” sözcüğünden türetilen “robot” kelimesini, ilk kez Çekoslovak
oyun yazarı Karel Çapek, 1921 yılında yazdığı “Rossum’un Evrensel Robotları” adlı
oyununda kullanmıştır. Oyunda da robot, insan görünümlü olup insanların hizmetine
bakan araçları temsil ediyordu. Çapek, kendi zamanına kadar, çeşitli oyuncaklar
biçimde kullanılarak gelmiş olan “mekanik adam” ya da “otomat adam”ların, tıpkı insan
gibi belirli şeyleri algılayan ve belirli işlemleri yapabilen birer “işçi” gibi imal
edilebileceklerini düşünmüştür. Piyesin yazıldığı tarihten bu yana geçen süre içinde
robot kelimesi öylesine benimsendi ki, “otomat adam yapımı” üzerindeki bütün
çalışmalar, “robot yapımı” olarak tanımlanmış, meydana getirilen bütün otomat
adamlara da robot adı verilmiştir.
Robotlarda çelik yayın boşalımı gücü ile harekete geçen çarklarla sağlanan hareket ve
işlemler, geçen yıllara muvazi olarak gelişen teknolojiye uygun ilerlemeler
gösteriyordu. Elektroniğin kullanılma alanının yayılması, robot yapımında da büyük
8
aşamalar sağladı. Sibernetik biliminin inşası ile birlikte makinelerde de canlı varlıklarda
olduğu gibi geri merkezle sağlanan bilgi alışverişi yoluyla kendiliğinden işleyen bir
sistemin kurulabileceği kavranılmıştı. Bunun sonucunda da, mekanik hareket, makine
hareketi ve otomatik hareket yerine, yepyeni bir hareket sistemi “otomasyon” ortaya
çıktı.
Otomasyon kelimesini, 1947 yılında Detroit’de D. S. Harder, “Otomobil imalatında
ham maddelerin, herhangi bir insan eli işe karışmaksızın, makine operatörleri tarafından
işlenmesi” şeklinde kullanmıştı.
İnsan, tarihi boyunca hep otomatik sistemlerden yana olmuştur. “Katı otomasyon” adı
verilen sistemde hemen her süreç ve işlem için özgün sistemler kullanılır. Ancak
hayatın ve üretim süreçlerinin giderek karmaşıklaşması, yeni bir sorun ortaya
çıkarmıştır.
Eldeki otomasyon araçları çoğunlukla ancak bir ürün elde etmek için iktisatlı
olmaktadır. Aynı araçtan bir başka ürün elde etmek, ek olarak büyük yatırımları
gerektirmektedir. İşte bu noktada daha esnek, daha ucuza mal olan ve kolaylıkla yeni bir
işlemler dizisini gerçekleştirmeye olanak tanıyan otomatik bir araç (esnek otomasyon)
geliştirilmiştir. Bu gelişmelere paralel olarak da “robot bilimi” doğmuş ve esnek
otomasyonda yerini almıştır. İnsanoğlu çağlar boyu, kendisine “hizmet edecek” bir
yardımcı aramıştır. Bu nedenle de yaptığı savaşlar sonunda, karşı taraftan tutsak aldığı
insanları “köle” olarak çalıştırmıştır. Köleliğin (serv) sona ermiş olmasına rağmen
otomasyonda kendiliğinden işleyen sisteme, “köle” kelimesinden gelen, “servomekanizma” (servo mechanism) adı verilmiştir. Servo mekanizma, bir ya da birden
fazla işlemi bir sistem içinde mekanik hareketlere dönüştüren bir geri beslemeli
sistemdir.
Hiç şüphe yok ki, sibernetik ve elektronik teknolojiden önce yapılmış birçok robot
vardı. Bunlardan 1928 yılında yapılan “Eric”, 1932 yılında yapılan “Alfa” ve 1939
yılında yapılan “Elektro” adlı olanları, çok ilginç üç ayrı örnektir. Bu robotlar, hızla
geliştirilerek çeşitli işlemlerde bulunan robotlardan, sibernetik yönetimli hizmetçi
robotlara, öğreten robotlara ve sanayi robotlarına dönüştürüldü. Biz burada daha çok
sanayi robotları üzerinde duracağız.
1.4.Yeni Endüstri İşçileri Robotlar
Robotların en fazla kullanıldığı alanlar, hiç kuşku yok ki ağır sanayi kesimi, özellikle
otomobil endüstrisidir. Otomobil imalatçılarının ana felsefesi ise imalat hattının daha
hızlı kaymasını sağlayarak daha fazla üretimde bulunmaktır. İmalat hattının daha hızla
kayması demek, o imalat hattı boyunca çalışan birkaç işçi yerine, bir tek “mekanik
robot” koymak suretiyle montaj işlemini çabuklaştırmak demektir. Firmalar arasındaki
rekabet, bu düşünceyi pekiştirmiş ve endüstri alanında otomatikleşmeyi zorunlu
kılmıştır. “otomasyon” tanımlaması da, (bu zorluluktan olsa gerek) ilk kez 1947 yılında,
bu kesimde ortaya çıkmıştır. Önceleri imalat hattı yanında duran ve (o hat üzerinde
kayarak önüne gelen gövdelere) mekanik hareketlerle bazı parçaları monte eden
9
robotların geri besleme işlemi kullanılarak kapasiteleri artırılmıştır. Bu robotlar, parçayı
monte ettikten sonra kontrolünü de yapar. Hatalı işlem var ise o parçayı imalat hattından
çekip ayırır. Hatalı durumun giderilmesi için geri gönderir. Bu nedenle de bazı yerlerde
“İmalat Hattı” (Assembly Line) yerine “Feed- Back Hattı” (Feed-Back Path)
tanımlanması kullanılır.
Daha önce robot sözcüğünün işçi anlamına geldiğini söylemiştik. Webster sözlüğü
robotu, “insanlara özgü işleri yapan bir otomatik makine” olarak tanımlıyor. Amerikan
Robot Enstitüsü (RIA)nün tanımı, “Programlı hareketlerle değişik görevler için
malzemeleri, aletleri ya da özel parçaları taşımak için tasarlanmış, yeniden
programlanabilir, çok yönlü bir manipülatördür (kol).” şeklindedir.
Sanayi robotları
Bu, endüstri robotunun kabul edilmiş bir tanımıdır. Önemli nokta, robotun yeniden
programlanabilir olmasıdır.
Sanayi robotunun en kapsamlı tanımı ve robot tiplerinin sınıflandırması ISO 8373
standardında belirlenmiştir. Bu standarda göre bir robot şöyle tanımlanır. "Endüstriyel
uygulamalarda kullanılan, sabit veya hareketli olabilen, üç veya daha fazla
programlanabilir eksene sahip, otomatik kontrollü, yeniden programlanabilir çok amaçlı
manipülatördür."
10
Robotlar; Makine Mühendisliği, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği ve Bilgisayar
Mühendisliği gibi birçok çok disiplinin ortak çalışma alanıdır. Bir yazılım aracılığı ile
yönetilen, yararlı bir amaç ve insanlığın işini kolaylaştırıp, gereksiz güç kaybını
önleyen, zamandan tasarruf ettiren karmaşık makinelerdir. Teknolojinin hızla geliştiği
şu zaman diliminde robotlar sadece endüstriyel alanında dışına çıkıp hayatımıza adım
adım girmektedirler. 1206 yılında robotiğin ilk adımlarını atan El-Cezeri'dir.
Endüstriyel bir robot, üç ya da daha fazla eksende otomatik olarak kontrol edilen,
yeniden programlanabilir, çok amaçlı manipülatör olarak tanımlanır. Robotik alanda ise
daha
pratik
çalışma,
tasarlama
ve
kullanım
olarak
tanımlanabilir.
11
Görüntü hepimizin aşina olduğu karelerden, Fotoğrafta görülen yapıda robotların yerine
insanların olduğunu düşünürsek birçok yönden kazanım yerine kayıba neden oluruz.
Robotlar endüstriyel hayatı kolaylaştıran en önemli icatlardandır.
Robot deyince insanların aklına ilk karmaşık işler yapabilen cihazlar geliyor. Ama
sadece bir robot büyük bir fabrikada sadece minik bir vidayı sıkmakla yükümlendirilmiş
olabilir ya da büyük karışık malzemeleri boyutlarına göre ayıran bir robot varlığını da
düşünebiliriz. Yani kısaca robot işimizi hangi boyutta olursa olsun kolaylaştıran bir
tasarımdır.
2.ENDÜSTRİYEL ROBOTLAR VE ÜRETİMDE UYGULAMA ALANLARI
2.1. Giriş
Endüstriyel Robotlann gelişmesindeki dönüm noktalarını aşağıdaki şekilde özetlemek
mümkündür.
- 1801 : Programlanabilir dokuma tezgahı,
- 1830: Otomatik çıkrık,
- 1893 : Ayaklan ile yürüyen araç,
- 1945 : Radyoaktif malzemeyi tutmak için teleoperatör,
- 1953 : Servo denetimli freze tezgahı,
- 1954 : Programlanabilir endüstriyel robot,
- 1959: İlk ticari robot,
- 1974 : Mini bilgisayar kullanan ilk ticari endüstriyel robot.
12
Son on beş yılda verimliliği arttırmak için yoğun çalışmalar yapılmış ve değişik
otomasyon yöntemleri geliştirilmiştir. Bu yöntemlerden birisi de programlanabilir
otomasyon yöntemidir. Günümüzde robotlar bu tip uygulamalar için kullanılmaktadır.
Örnek olarak kaynak, boyama veya döküm işleri verilebilir. Bu tür bir otomasyonda
robotların bilgisayar programlan değiştirilerek, değişik işleri yapabilmeleri
sağlanabilmektedir.
Robotların imalatta kullanılması ile verimlilik önemli ölçüde artmaktadır. Örneğin, bir
kaynak işlemi, robot kullanılarak İki veya üç kat daha verimli olmaktadır. Kaynak
hatalarının azalmış olması da göz önüne alınırsa verimliliğin daha da artacağı görülür.
Bir başka konu da bir robotun, kaliteyi düşürmeden çok sayıda parçayı, devamlı
çalışarak imal edebilmesidir. Kaynağın robot tarafından yapılmasının getirdiği bir diğer
avantaj da çalışan kişinin kaynak gazlarına ve zararlı ışınlara maruz kalmamasıdır.
Robot kullanarak insanların ulaşamayacağı yerlerde kaynak yapmak da mümkün
olmaktadır.
2.2.Endüstriyel Robotların Yapısı
Robotların yetenekleri, çok basit noktadan noktaya hareketlerden, denetimi yapılabilen
ve tam bir tümleşik imalat sisteminin bir parçası olarak kullanılan bilgisayar tarafından
yönlendirilen karmaşık hareketlere kadar değişmektedir. Bundan dolayı, robot
kullanımında, robotların özellikleri iyi bilinmelidir. Kol tipi, eksen sayısı, yük taşıma
kapasitesi, hareket hızı, çalışma hacmi, güvenilirlik, tekrarlanabilirlik, bellek,
programlama yöntemi, hareket elemanları, denetim sistemleri ve koordinat sistemi göz
önüne alınması gereken önemli noktalardır. Bütün robotlar Şekil 2.1'dc verilen ve
aşağıda anlatılan ana parçalardan oluşmuştur.
13
1. Manipülatör. Mekanik hareketi yapan ve çoğunlukla "kol" olarak ta adlandırılan
mekanik birimdir. Kolun ucunda değişik uç elemanlarının bağlanması için bir de "bilek"
bulunmaktadır. Manipülatör aşağıdaki parçalardan oluşmuştur.
- Makanik elemanlar ve eklemler,
- Geri besleme elemanları,
- Mekanik elemanlar dişli, zincir, vb. kullanarak hareket ettiren hareket elemanlar.
Manipülatör, robotun hareketini sağlayan mekanik kısımdır. Bir robotun iş parçalarına
ve takımlara erişebilmesi için kol ve bilek kısımlarının uyum içerisinde hareketi
sağlanmalıdır.
Aynı zamanda, robotun çalışma hacmi de bu uzuvların uzunluğuna ve hareket
elemanlarına
Bağlıdır. Çalışma hacmi içerisinde elin belirli bir noktaya ulaşabilmesi için üç serbestlik
derecesi gerekmektedir. Bunun için de üç eklem kullanmak zorunludur. Bu kol ile
sağlanmaktadır. Bu durumda karşımıza çeşitli kol geometrileri ve bunların kinematik
özellikleri çıkmaktadır. Bugüne kadar robot imalatçıları aşağıdaki kol geometrilerini
kullanmışlardır. Bu geometriler Şekil 2,2’de verilmiştir.
1. Kartezyen,
2. Silindirik,
3. Küresel,
4. Dönel.
14
Robot Kol Geometrileri
Kol geometrisi değiştikçe robotun çalışma hacmi de değişmektedir. Değişik
uygulamalar için, değişik kol geometrileri uygun olmaktadır. Örneğin dönel kol, bir kap
içerisindeki iş parçasına ulaşmayı gerektiren uygulamalar için daha uygundur.
Günümüzde endüstriyel robotlarda doğrusal kayar ve/veya döner eklemler
kullanılmaktadır. Her eklemin bir serbestlik derecesi vardır. Bütün bu kol
geometrilerinde kol eli yönlendirmek için bir bilek taşımaktadır. Genellikle, ele
istenilen yönlendirmeyi verebilmek için bilek de kol gibi üç serbestlik derecesine
sahiptir. Yani, genelde, bir robot toplam olarak altı serbestlik derecesine sahiptir.
Robotun çeşitli işleri yapabilmesi için bileğine bir uç elemanı bağlanmaktadır.
2. Uç elemanları. Manipülatörün ucundaki bileğe bağlanan ve "el" olarak ta
adlandırılan, robotun istenilen işi yaparken kullandığı kavrayıcı, takım, aparat veya
algılayıcılardır.
2.2.1. Kavrayıcılar
Kavrayıcılar, bir işlem için kullanılacak parçayı yakalamak, tutmak ve işlem bittikten
sonra da bırakmak için robot bileğine bağlanmış mekanizmalardır. Hidrolik veya
pnömatik bir sistem ya da bir motor tarafından verilen hareketi, kavrama hareketine
çevirerek çalışırlar. Kavranacak malzemenin özelliklerine göre değişik kavrama
yöntemleri ve kavrayıcılar gerekmektedir. Robotlarda kullanılan kavrayıcı ve taşıyıcılar
aşağıda verilmiştir:
1. Mekanik parmak tipi kavrayıcılar,
2. Kancalı kavrayıcılar,
3. Taşıma platformları,
4. Kepçe ve potalar,
5. Manyetik kavrayıcılar,
6. Vakumlu kavrayıcılar,
7. Yapışkan parmaklı kavrayıcılar,
8. Universal kavrayıcılar.
15
İmalatta kullanılan çok çeşitli parmak tipi kavrayıcılar vardır. Bunlar iki ya da üç
parmaklı olabilirler, ancak çoğunluğu üç parmaklı kavrayıcılar oluşturmaktadır. Bunları
hareket ettirmek için kol, dişli, kam mekanizması, vida veya makara-ip kullanılabilir.
Standart kavrayıcılar ucuz ve çok amaçlı kavrayıcılardır. Bu kavrayıcılara, kavranacak
iş parçasının şekline göre değişik parmakların monte edilmesi mümkündür. Ancak orta
ağırlıkta parçaların kaldırılmasında kullanılabilirler. Mekanizması, parmaklar kapandığı
zaman iş parçasına en büyük kuvveti etki ettirecek şekilde tasarlanmıştır. Düz yüzeyli
parçaların kavranmasında kendiliğinden hizalanan parmaklar yaygın olarak
kullanılmaktadır. Parmak değiştirmeden, değişik ölçülerdeki iş parçalarını yakalamak
için üzerinde birden fazla oyuk olan parmaklar kullanılabilir. Standard kavrayıcı ve
parmaklan Şekil 2.3'te, mekanik parmak tipi kavrayıcılar için bazı örnekler Şekil 2.4'te
verilmiştir.
Kancalı kavrayıcılar, iş parçası üzerindeki uygun kısımlara kancanın takılmasıyla
çalışmaktadır. Tozlar, küçük taneli malzemeler, sıvılar ve ergimiş metal taşımak için
kepçe ve potalar kullanılmaktadır.
Standard Kavrayıcı ve Parmaklar
Demir malzemenin manipülasyonu için manyetik kavrayıcılar oldukça önemlidir. Bu iş
için elektromıknatıslar veya sabit mıknatıslar kullanılabilir. Patlama tehlikesi olan
işlerde sabit mıknatıslar kullanılmalıdır. Manyetik kavrayıcılar kullanıldığında iş
parçasının konumlandırılmasının hassas olmasına gerek yoktur. Kavrama işlemi de bir
anda olduğundan oldukça fazla zaman kazanılmaktadır. Düz yüzeyli ve manyetik
kavrayıcılarla yakalanamayan parçalar için vakumlu kavrayıcılar kullanılabilir. Küçük
ve hafif parçalar için vakum pompası kullanılmasına gerek yoktur. Küçük vakum
pabuçlarının içinde havanın sıkıştırılıp, dışarı bırakılması ile vakum elde edilmektedir.
Büyük ve ağır parçaların kavranması için vantuzlar, borularla vakum pompasına
bağlanmakta, pompa havayı emerek vantuzun içinde gerekli vakumun oluşmasını
16
sağlamaktadır. Montajda kullanılan robotların, değişik şekillerdeki parçalan
kavrayabilmeleri ve işlemleri yapabilmeleri oldukça zordur. Bu zorluklan yenmek için
genellikle insan elini örnek alan kavrayıcılar geliştirilmektedir. Universal kavrayıcı adı
verilen bu tip kavrayıcılara örnekler Şekil 2.5'te verilmiştir.
17
Universal Kavrayıcılar
3. Güç birimi. Hareket elemanlarına gereken enerjiyi sağlayan birimdir. Güç birimi üç
değişik tipte olabilir.
- Elektrikli,
- Hidrolik,
- Pnömatik.
4. Denetim sistemi. Robotun beyni olarak kabul edilebilir. Denetim sisteminin başlıca
görevleri aşağıda verilmiştir.
- Hareketin başlatılması ve bitirilmesi,
- Hareket için gerekli verinin depolanması,
2.2. Robotların Kullanım Alanları
2.2.1. Makinelerin Yükleme ve Boşaltılması
Makinelerin yükleme ve boşaltılması işlerinde robotlar iki değişik şekilde
kullanılmaktadır. İlk tür uygulamada sabit bir robotun çevresine gerekli takım tezgahlan
konulmakta ve iş parçası robot tarafından operasyon sırasına göre Şekil 4.1'de
gösterildiği gibi tezgahlara yüklenmektedir. Parçaların işlem süresi uzun ise robot uzun
süre boş kalmakta, bu da işi ekonomik olmaktan çıkarmaktadır. Böyle durumlarda,
robotun daha fazla tezgâha ulaşabilmesi ve gerekli yükleme boşaltma işlerini
18
yapabilmesi için hareketli hale getirilmesi gerekmektedir. Bunun için robot raylar
üzerinde monte edilmekte ve ray boyunca gerekli tezgâhlar sıralanmaktadır.
Robotun Takım Tezgâhlarını Yükleme ve Boşaltmada Kullanılması
Robotlar bu tip bir imalat esnasında aşağıdaki işleri de yapabilmektedir.
- Bir makineden parça alınması,
- Çapak temizlenmesi,
- Parça istiflenmesi, paketlenmesi.
Pres döküm, ergimiş metal malzemenin, basınç altında kalıp içerisine gönderilmesi ve
metal katılaşıncaya kadar basıncın uygulanmaya devam edilmesi işlemidir. Daha sonra
parça kalıptan alınıp gerektiğinde su banyosuna atılmaktadır. Sonra kesme ve çapak
temizleme işlemleri gerekirse yapılmaktadır. Kalıbın uzun ömürlü olması için her
dökümden sonra soğutulması, temizlenmesi ve refrakter malzeme ile kaplanması
gerekmektedir. Bu işlemler için parçanın değişik yerlere taşınması Şekil 4.2'de
gösterildiği gibi robotlar tarafından yapılabilmektedir. Gerektiğinde robotlar kalıbın
temizlenip refrakter malzeme ile kaplanması
İşlerini de yapabilmektedir.
19
Şekil 4.2. Robotun Pres Döküm işinde Kullanılması
Dövme işleminde, malzeme genellikle ısıtılmakta ve üzerine değişik yöntemlerle
kuvvetler uygulanarak şekli değiştirilmektedir. Bu işlemde robotlar sıcak parçaların
taşınması için kullanılmaktadır. Parçanın fırından alınıp prese getirilmesi, biten parçanın
alınması, robotlar tarafından yapılabilmektedir. İmalat için birden fazla istasyonu olan
kalıp kullanılıyor ise iş parçasının önce ilk istasyona yerleştirilmesi, işlem bitinceye
kadar beklenmesi ve parçanın sonraki istasyonlara taşınması da robotlar tarafından
yapılabilmektedir. Dövme esnasında parçanın şekli ve boyutları devamlı değiştiğinden
özel kavrayıcılar gerekmektedir. Isıl işlem ve diğer fırın kullanılan işlemlerde robotlar
kolaylıkla kullanılabilmektedir. Kavrayıcılar yüksek sıcaklıktan etkilenmedikleri için
fırından çıkan sıcak malzemeyi kolaylıkla tutup taşıyabilmektedirler.
Döküm işlemi dört ana basamaktan oluşmuştur. Metalin eritilmesi, kalıba dökülmesi,
soğuyan parçanın kalıptan çıkarılması, döküm parçanın temizlenmesi. Bunların arasında
robotlar en çok temizleme işlerinde kullanılmaktadır. Ergimiş metalin potaya alınıp,
kalıba dökülmesi işlemi için robotların kullanıldığı uygulamalar da vardır. Robotlar pres
işlerinde yine iş parçalarının taşınması işinde kullanılmaktadır. İşlemin uzun sürdüğü
durumlarda ise iki veya daha fazla prese iş parçası yüklenmesi ve alınması işleri aynı
20
robot tarafından yapılabilmektedir. Pres işlerinde robot kullanılmasıyla işlemler daha
hızlı yapılmakta, birtakım nedenlerle meydana gelen iş kazaları da ödenebilmektedir.
2.2.2. İstifleme
Üretilmiş parçaları istiflemek için depolara tek tek taşımak yerine, önce bir palet üzerine
yerleştirmek, sonra bu paleti taşımak daha uygun olmaktadır. Parçalar robot tarafından
palet üzerine belli bir sıraya göre diyebilmektedir. Ayrıca imalatın çeşitli aşamalarında
parçalanın taşınması için de paletlerin kullanılması kolaylık getirmektedir. Bazen de, bir
depoda bulunan değişik parçalanın toplanıp aynı palet üzerine istiflenmesi
gerekmektedir. Böyle durumlarda gelişmiş bir robot depoda dolaşarak gerekli parçalan
seçip palet üzerine istifleyebilmektedir. Robota değişik bir istifleme yaptırmak için
yapılacak tek şey programın değiştirilmesidir. Bu şekilde robot yeni işine çok kolay
intibak edebilmektedir.
2.2.3. Paketleme
Robotlarla paketleme otomasyonu
Değişik paketleme materyalleri
21
Robotların kullanım alanlarından biri de paketlemedir. Endüstride üretim sonrasında
elde edilen mamuller robotlarca kutulanıp istiflenmektedir.
2.2.4. Yapıştırma
Robotla otomobil camı yapıştırma
Sanayide yapıştırma işlemini dev robotlara yaptırmak mümkündür. Resim 1.2’de bir
robot otomobil camının kenarlarına yapıştırıcı contasını sürmektedir. Yine aynı robot
yapıştırıcısı sürülmüş bu camı daha sonra otomobil üzerindeki yerine monte edecektir.
Otomotiv sektöründe bu işlemi robota yaptırmaktaki amaç işlemin kalitesini en yüksek
seviyede gerçekleştirmektir. Özellikle cam montajında güvenlik standartları da bunu
gerektirmektedir.
2.2.5. Kaynak
Punta kaynağının robotlara yaptırılmasına ilk önce otomotiv endüstrisinde başlanmıştır.
General Motor’da 1969 yılından, Daimler Benz'de 1970 yılından bu yana gövde
kaynaklan robotlar tarafından yapılmaktadır. Volkswagen ve Renault firmaları kendi
robotlarını geliştirmiş ve imal etmiştir. Otomobil gövdesinin oldukça karmaşık bir
geometriye sahip olması nedeniyle üzerinde kaynak yapılması oldukça güçtür. Bunun
için, değişik modellere göre gerekli işlemlerin robot hafızasına depolanması
22
gerekmektedir. Bileğine punta kaynağı aparatı bağlanmış robot veya robotlar
kaynatılacak modele uygun programlan kullanarak gövdeyi kaynatırlar. Bu işlem hızlı,
hassas ve güvenilir bir işlemdir. Ark kaynağı, punta kaynağından daha karmaşık bir
işlemdir. Tecrübeli bir kaynakçı en iyi kaynatma açısını, kaynatma süresini ve besleme
gerilimini kolaylıkla ayarlayabilir. Bir robotun da bu işleri en iyi şekilde yapabilmesi
için kaynakçının hareketlerini aynen takip etmesi gerekmektedir. Bunun için bu
hareketler robota bir kaynakçı tarafından öğretilir ve gerekli bilgiler robot hafızasına
kaydedilir. Bu iş için sürekli yol denetim sistemine sahip robotlar tercih edilmelidir.
Endüstride özellikle metal birleştirme alanında robotlar günümüzde sıkça
kullanılmaktadır. Robotlar gerek punto (nokta) gerekse ark kaynağı yapabilmektedir.
Resim 1.3-4’de görüleceği gibi otomotiv sektöründe robotlar etkin olarak kaynak
işleminde kullanılmaktadır. Burada birkaç robot aynı anda kullanılmaktadır. Her robot
kendi görev alanında çalışarak otomasyon zincirinde bir halka oluşturmaktadır.
Kaynak robotları, algılama elemanları ile birlikte kullanılmakta olup kaynak
programlarına uygun biçimde hareket etmektedirler. Otomotiv sektöründe kaynak
robotları hem süratli bir üretim hem de yüksek kalitede üretim gerçekleştirdiğinden
dolayı tercih edilmektedir. Robotlar hem kaynak yapmakta hem de algılayıcıları ile
kaynak kalitesini kontrol etmektedir. Bu da aynı anda hem üretim hem de kontrolün
gerçekleştirilmesi anlamına gelir.
Kaynak robotu
23
Otomotiv sektöründe kaynak robotları
2.2.6.Montaj
Montaj, önceden imal edilmiş, hazırlanmış parçaların birleştirilmesi işlemidir. Bu işlem
genellikle sabit istasyonlarda yapılmaktadır. Gerekli parçalar belli yerlerden, belli bir
sıraya göre alınıp birleştirilmektedir. Günümüzde, robotların montajda kullanım alanları
oldukça sınırlıdır. Bunun başlıca iki nedeni vardır. Birincisi, robotların, bir yerde karışık
olarak bulunan parçalan tanıması ve alması oldukça güç olmaktadır. Diğeri ise çok
amaçlı kavrayıcıların bulunamamasıdır. Çeşitli algılayıcıların ve yazılımların da
geliştirilmesi ve piyasaya sürülmesiyle robotların bu alanda kullanımı daha da
yaygınlaşacaktır.
Robotlar üretim hatlarında makine, otomotiv, plastik, elektrik, elektronik sektörlerinde
imalat sonrası montaj hatlarında sıkça kullanılır. Montaj aşaması yapıştırma, lehimleme,
24
kaynak, vidalama işlemleri ile uyum içericinde gerçekleşir. Şekil 1.4’te ve şekil 1.5’te
görüleceği gibi montaj hatları üzerinde birleştirme ve bütünleme gerçekleştirilir.
Montaj robotunun çalışması
Otomotiv sektöründe montaj robotlarının otomasyonu
2.2.7. Boyama
Boyama, bugün, robotların yaygın olarak kullanıldığı alanlardan biridir. Özellikle,
otomotiv endüstrisinde ve iyi sonuç istenen birçok alanda boyama işlemi robotlar
tarafından yapılmaktadır. Robotların bu alanda kullanılmasının diğer bir nedeni de
boyahanelerde çalışma şartlarının ağır ve atmosferin kirli olmasıdır. Boyama işleminde,
takip edilecek yol başlangıç ve bitiş noktalarından çok daha önemlidir. Bu yüzden
sürekli yol denetimi uygulanmaktadır. Robota, takip edilecek yol tecrübeli bir boyacı
25
tarafından öğretildikten sonra, boyama işlemi birçok defa hassas olarak
tekrarlanabilmektedir.
Boyama
işleminde
robot
kullanılmasıyla
birlikte,
boyahanelerdeki temiz hava ve enerji ihtiyacı azalmakta, temiz, kaliteli bir boya elde
edilmekte, böylece malzeme ve işçilik maliyetleri düşmektedir.
2.2.8. Mekanik Üretimde
· Parça seçme, sıralama, yerleştirme, tezgaha yöneltme,
Malzeme Taşıma Robotu
Parçaların montajı,
Montaj Robotları
· Takım ve iş parçası bağlama, sökme ve değiştirme,
26
Bir Robot Tornaya Parça Bağlarken
· Çapak temizleme ve parlatma,
Parlatma Robotu
Sıcak parçaların (dövme döküm gibi) tezgaha yüklenmesi ve boşaltılması (ısıl işlemler),
1400 F derecedeki Döküm Parçası Kaldırılırken
27
Döküm Parçası Buharda Temizlenirken
Bitmiş parçaların ölçü ve kontrolü,
Ölçme Ve Kontrol Robotları
· Stoklama işlemlerinde,
Parçaların yükleme, transfer ve paketleme işlemlerinde,(takım tezgahları, plastik
parça imalatı, pres işleri, pres döküm, hassas döküm, dövme, fırınların doldurulup
boşaltılması, ...)
28
Paketleme Robotu
Boya işlemlerinde (özellikle otomotiv sanayide)
Boyama Robotları
29
· Punta, ark kaynağında,
Kaynak Robotu
· Kesmede kullanılırlar.
Lazer Kesme Robotu
30
2.2.9.Uzay ve Deniz Araştırmalarında
· Uzayda uyduları yörüngeye yerleştirmek,
· Gezegen ve uydularından örnek toplamak,
Marsta Hayat İzi Arayan Spirit ve Opportunity
Deniz dibi araştırmalarında gözlem yapmak,
Sualtı Araştırma Robotları
Deniz diplerindeki yataklardan mineral örnekleri toplamak,
Sualtı Örnek Toplama Robotları
31
· Deniz kazalarında kurtarma işlemlerinde kullanılırlar.
2.2.10.Nükleer Santrallerde
· Nükleer yakıt yükleme, boşaltma işlemlerinde,
· Nükleer hasar ve güvenlik kontrolü işlemlerinde,
· Radyoizotop ilaç imalinde kullanılırlar.
Nükleer Malzemelerin Taşınmasında Kullanılan Bir Robot
2.2.11. Özel Uygulama Alanları
· Yün kırpma robotları (çok sayıda koyunun yünlerinin kırpılması için tasarlanmış bir
robot olup, özellikle Avustralya’da yaygın bir şekilde kullanılmaktadır).
· Sağlık hizmetleri robotları. (el, kol, bacak protezleri, özürlülere destek robotları,
yatalak hastaların yerini değiştirebilen robotlar,.....vb)
32
Kol Protezi
Tıpta Kullanılan Cerrah Robotlar
2.2.12. Tarımda Kullanılan Robotlar
Büyük alanların, sürülmesi, ekilmesi ve hasadın toplanması işlemlerinde kullanılır.
Özellikle insan gücünün pahalı ve zor bulunduğu bölgelerde kullanılmaktadır.
33
Çilek ve Fidan Dikmede Kullanılan Robotlar
İlaçlama Robotları
2.2.13. Madenlerde:
Derin yer altı madenlerinde, Maden kazaları ve deprem sonrası kurtarma robotları
ve uzaktan kumandalı makineler.
2.2.14. Askeri ve Savunma Alanlarında




Patlayıcı taşıyan robotlar,
Silah nitelikli robotlar,
Gözlem robotları,
İmha robotları.
34
Bomba İmha robotları

Kontrol Helikopterleri
2.2.16. Diğer Uygulama Alanları


· Eğitim Robotları
· Eğlence Sistemleri
35





Ev ve ev çevresinde kullanılan makineler
Kurtarma robotları
Yangın söndürme robotları
Duvar tırmanan robotlar (Yangın, boyama, kaynak, gözlem vb. işler için)
Maden kazaları ve deprem sonrası kurtarma robotları
Deprem sonrası yıkılmış binalarda yaşam izi arayan cankurtaran robot
36
3.ENDÜSTRİYEL ROBOTLARIN ÇALIŞMASI VE MEKANİZMASI
3.1.Robotun Sistem Organizasyonu ve Çalışması
Bir robotun hangi yapıya sahip olacağını, nasıl çalışacağını, çalışma hacmine nasıl bir
robotun uygun olacağını anlamak; makina ve kontrol mühendisliğinden, anolog ve
dijital elektronikten, bilgisayar biliminden, imalat işlemleri ve idari bilimden çeşitli
bilgileri gerektirir. Örneğin çevre ile ilgili elde edilen bilgilere dayalı olarak yapılacak
uygulamalara uygun bir işlem biçiminin saptanması, süreç içinde izlenecek yolların
belirlenmesi ve planlanması endüstri mühendisliğinde yer alan bazı bilim dallarının
alanına girmektedir.
3.1.1 Robotun Bölümleri
Robotik sistem örneği
Mekanik yapı: Ana gövdeyi ya da sütunu, mekanik kolları ve içine yerleştirilen
aletleri kapsar. Mekanik yapı robot kolları için çoğunlukla beş ya da altı parçadan
oluşur ve insandaki karşılığına benzer. İnsan kolundaki eklemler gibi, robot kolda da
eklemler vardır. Bunlar, çoğunlukla beş ya da altı adettir. Koldaki parçalar iki eklem
arasında yer alan metal yapılardır. Robotikte bunlar "bağlantı parçaları" olarak
adlandırılır.
37
Çalışma hacmi
Bağlantı parça sayısı ve elbette bununla birlikte eklem sayısı arttıkça kolun fiziksel
boyutları ve eklem yapıları tarafından belirlenen, erişebileceği tüm noktalardan oluşan
uzaydaki bir hacimde -ki buna “çalışma uzayı” denir- bulunan bir noktaya
ulaşabilmesindeki esnekliği de artar. Bu esneklik yapının serbestlik derecesi ile
orantılıdır. Serbestlik derecesine ileride tekrar değineceğiz. Robot kolun bilekten
sonraki bölümüne işin niteliğine göre bir alet (kaynak hamlacı, boya tabancası)
yerleştirilmektedir.
Kontrol sistemi: Sayısal elektronik devreler topluluğundan oluşmaktadır.
Güç ünitesi: Robot kolun eklem yerlerini oluşturan parçaların birbirine göre
hareketini sağlayan donanımdır. Elektrikli, hidrolik ve pnömatik olabilmektedir.
Algılayıcılar: Kolun yaptığı işin programlandığı üzere yapılıp yapılmadığını anlamak
için kullanılır.
3.2. Robot Biliminde Kavram ve Tanımlamalar
Düz kinematik: Sisteme etkiyen kuvvetleri hesaba katmaksızın doğrusal ve açısal
hareketleri inceleyen bilim dalıdır. Kinematik bilimi içinde konum ve zamana bağlı
ardışık türevleri olan hız ve ivme incelenir. Robot kinematiğinde manipülatörün verilen
mafsal açılarına bağlı olarak uç koordinat sisteminin, referans koordinat sistemine göre
konum ve durumunun (yöneliminin) hesaplanmasıdır.
Ters (inverse) kinematik: Verilen konumlara göre mafsal değişkenlerin
bulunmasıdır. Ters kinematik çözüm varlığı ya da yokluğu verilen bir manipülatörün
çalışma uzayını tarif eder. Sonucun yokluğu, manipülatörün istenilen konum ve duruma
erişemeyeceği anlamındadır.
38
Dinamik: Harekete sebep olan kuvvetleri hesaba katar. Bir manipülatörün istenilen
yolu takip için mafsallara verilmesi gereken momentler, dinamik denklem elde edilerek
hesaplanır. Dinamik denkleminin ikinci kullanım yeri manipülatörün, mafsal
momentlerinin uygulanması anında nasıl hareket edeceği bilgisayar ekranında görülür.
Yörünge kontrolü: Bir manipülatörün bir yerden bir yere, düzgün bir tarzda hareket
etmesi için her bir mafsalın zamana bağlı olarak hareket etmesi gerekir. Her bir mafsal
hareketinin nasıl hesap edileceği yörünge kontrolünün problemidir.
Serbestlik derecesi (Degree of Freedom: DOF): Bir nesnenin yapabileceği bağımsız
hareketlerin sayısı serbestlik derecesi sayısıdır. Serbest bir cisim uzayda serbest olarak
hareket ettiği zaman altı serbestlik derecesine sahiptir.
Üçü “yer” diğer üçü de “yönelim” içindir.
Serbestlik derecesi
Bu iki tür bağımsız hareket;
(ötelemeleri),
Üç orthogonal (dikey) taşımayı ve orthogonal eksenler etrafında üç dönmeyi kullanak,
bir cismin durumu, örneğin robotun çalışma hacmindeki yeri ve yönelimi tam olarak
tarif edilebilir. Koldaki eklem sayısı azaldıkça kolun çalışma uzayı, bağlantı
parçalarının fiziksel boyutları aynı kalsa bile yine de hacim olarak küçülür ve kolun bu
uzaydaki herhangi bir noktaya erişebilmesindeki esneklik de azalır. Bazı işlemler bu
esnekliğin yüksek olmasını gerektirdiğinde kolun serbestlik derecesinin de yüksek
seçilmesi zorunluluğu doğar. Böyle durumlarda altıdan da fazla, dokuz ya da on eklemli
kol yapıları kullanılmaktadır. Serbestlik derecesini artırmak robot kol maliyetini
artıracaktır. Yine de olağan yapıda insanın bel, omuz, dirsek, bilek ve parmaklarındaki
hareketlerin benzerlerini robot kolların eklemlerindeki hareketlerde bulmak olanaklıdır.
Ayrıca altından fazla mafsala sahip olan robotlarda randıman artsa bile koordinat
dönüşümlerinin hesaplanmasında programlama zorluklarına yol açmaktadır.
39
4 DOF
3 DOF+1 öteleme
5 DOF
40
3.3. Robotların Olası Etkileri
Robotların gerçekliğe kavuşmasıyla birlikte toplumsal, bilimsel ve teknolojik bazı
etkileri olacaktır. Bu etkilerin insan hayatını kolaylaştırmaya, iyileştirmeye yönelik
olacağı kesin olmakla birlikte bazı olumsuz yanları da olacaktır. Özellikle robot
kullanımının yaygınlık kazanmaya başladığı geçiş sürecinde bu olumsuzluklar daha bir
belirginleşecektir. Ancak olumsuzluklar robot kullanımının yanlış bir seçim olduğu
kanısına yol açmamalıdır. İnsan, kendisi için oluşabilecek olumsuzlukları zaten ortadan
kaldıracaktır. O nedenle robot kullanımı, sonuçta kesin olarak insan yararınadır. Ancak
robot çağının neler getireceğini, robot kullanımının insan yaşamının hangi uç
noktalarına kadar girebileceğini bugünden kestirebilmek bilim dünyasında pek mümkün
değildir. Robot kullanımının gerçekliğe kavuşmasıyla birlikte ortaya çıkan tepkiler
oldukça zıt tezler içermiştir. Kimileri bunların insan hayatını kolaylaştıran, iyileştiren
araçlar olarak görmüştür. Kimileri ise robotları özellikle niteliksiz işçi kullanımında bir
rekabet unsuru olarak değerlendirmiştir. Kimileri bunların üretkenliği arttıracak, yapılan
işin kalitesini yükseltecek bir unsur olduğunu öne sürmektedir. Kimileri de ilk yatırımın
yüksekliği nedeniyle mevcut endüstrinin böyle bir değişikliğe kalkışması hâlinde
kaynakların yeni iş yerleri açılmasında kullanımına sekte vuracağına dikkat çekmiştir.
Bu genel eleştirilerin ve olumlu bulunan noktaların kendi toplumumuz, ekonomimiz,
endüstrimiz ve bilim hayatımız açısından bizi ilgilendiren yanlarına değinmekte yarar
bulunmaktadır. Robotların geliştirilmesi, insanın günlük yaşamıyla ilgili bazı
gelişmeleri de beraberinde getirmektedir. Bir mamulün hep aynı kalitede standardı
tutturacak düzeyde yapılması endüstri için önemli bir sorundur. Endüstri, buna çare
olarak birim ürün maliyetini de biraz düşürmek için yüksek kapasiteli olmayan katı
otomasyon kullanan üretim hatları kurmak zorunda kalmaktadır. Bunun sonucu olarak
iş gücü sayısı artmaktadır. Endüstrinin önündeki seçenekler, yukarıdaki saptamadan
anlaşılacağı gibi ya otomasyona gitmek ya da dünya pazarında rekabetten vazgeçmektir.
Yurt içi pazarımızın darlığı, yurt dışı pazarlarımızın da henüz gelişmekte, genişletmekte
olması katı otomasyon türü yüksek kapasiteli üretim hatları oluşturmayı gerçekçi
kılamamaktadır. Endüstri orta boy üretim hatlarıyla da rekabet şansına sahip
olamadığından, sorun aslında çözümsüz bir sorun gibi görünmektedir. Robotlar,
yeniden ve kolayca başka bir iş yapmak üzere programlanabilme yeteneğinin getirdiği
esneklikle aynı zamanda yüksek verimliliği ve kalitesiyle katı otomasyona karşı bir
seçenek olarak görülmektedir. Üstelik katı otomasyon kadar da ilk yatırım
gerektirmektedir. Robot kullanımı işsizliği körükleyen, onu artıran bir olgu olarak da ele
alınmalıdır. Bugün işsizlik, salt niteliksiz iş gücünün önündeki bir sorun değildir.
Nitelikli iş gücü için de bir ölçü geçerlidir. Robot kullanımı, bunların programlanması,
tümüyle insana dayalıdır ve üstelik zaman alıcıdır. Programlama ihtiyacı nedeniyle
robotlar yeni iş alanları açacak bugün öngörülmeyen daha başka iş alanları da
yaratacaktır. Robot kullanımı salt endüstriye de has olmayacaktır. Ev işlerinde, tıpta,
sakat insanlara yardım eden bir araç olarak da kullanılacaktır. İnsan elinin
erişemeyeceği düzeyde hassasiyet isteyen ince işlerde, söz gelimi bazı cerrahi
işlemlerde, robotlar daha şimdiden yer almaya başladı. Körler için yol gösterici,
41
yerinden kımıldayamayan hastalar için uzaktan denetlenebilir bir yardımcı olarak
geliştirilme aşamasındaki robotlar da mevcuttur. Geliştirilen bazı robot türleri, insan
için elverişsiz ortamlarda iş gören araçlardır. Deniz altı araştırmalarında zehirli gaz
ortamında ve radyoaktif çevrede çalışanlar bu kapsamdadır. Çeşitli kurtarma
işlemlerinde kullanılmak üzere de bazı robotlar geliştirilmiş bulunmaktadır. Söz gelimi,
yanan bir binada yapılacak işlemleri üstlenecek robotlar bunlara örnektir. Bunlar,
robotların insanın yaşamının geliştirilmesi, değerli kılınması gibi alanlardaki hoş
katkılarıdır. Robotların geliştirilmesi, bilim yaşamına da katkılar sağlamıştır. "Yapay
zekâ", "görüntü tanıma" gibi bilim dalları robotların katkıda bulunduğu alanlardan
ikisidir. Özetle robotlar, çeşitli bilim dalları için zengin uygulama olanağı sunmaktadır.
Robotik, "bilgisayar destekli tasarım" (CAD), "bilgisayar destekli üretim" (CAM) ve
"bilgisayar destekli mühendislik" (CAE) teknolojilerinin gelişmesine katkıda
bulunmaktadır.
3.4. Robot Kinematiği
Kinematik cisimlerin hareketini kuvvetlerin etkisini göz ardı ederek inceler. Robot
kinematiğinde her bir uzvun hareketi uzvun kendi ağırlığı dikkate alınmaksızın
hesaplanır.
3.4.1. Robot Koordinatları
Bu koordinat sisteminde orijin noktası zemin yüzeyindedir. Robotun konumuna
bakmaksızın kullanıcı, orijin noktasını istediği yere tespit edebilir. Kural olarak X-Y
düzlemi yatay düzlem, Z ekseni dikey eksendir (+Z yönü yer çekiminin tersi
yönündedir.).
Bu koordinat sisteminde orijin noktası robotun konulduğu zemine yerleştirilir. Her robot
kendine özgü bir koordinat sistemine sahiptir.
Mekanik ara biriminin yüzeyine orijin noktasının tespit edildiği koordinat sistemidir.
Mekanik ara birim, uç eleman (endeffectore) takılan aygıttır.
re (uç elemanı) koordinat sistemi
Endeffectore’un uç kısmına orijin noktası yerleştirilir.
42
Şekil 1.14: Robot koordinat sistemi
3.4.2. Koordinat Sisteminin İfade Edilişi
Koordinat sistemi, dikdörtgen, silindirik ve kutupsal koordinatlara göre ayrı ayrı ifade
edilir.
Şekil 1.15: Koordinat tarifi
3.4.3. Düz Kinematik
Robot kolunun P noktasının aşağıdaki ifadeler kullanılarak her bir mafsal açısı hesap
edilir.
(α manipülator açısı, L1, L2 ve L3 kol uzunluğu. θ1, θ2 ve θ3 mafsal açısıdır.
43
Şekil 1.16: Ters Kinematik
Örnek 2: P noktasının X-Y koordinatını ve α açısını hesaplayınız.
3.4.4 Ters Kinematik
Robot elinin koordinatlarından mafsal açılarını araştıran hesaba da ters kinematik denir.
Düz kinematik hesapta yalnız bir çözüm var iken ters kinematikte iki ya da daha fazla
olabilir. Ters kinematikte hiç bir çözüm de olmayabilir.
44
Şekil 1.18: Ters kinematik
Manipülatör α açı değerli P(X,Y) noktasında bulunduğunda θ1, θ2 ve θ3 açılarını
hesaplar. L1,L2 ve L3 kol uzunluğu, P noktası robot kolunun koordinatıdır.
Ters Kinematik
45
4.ROBOTLARIN SINIFLANDIRILMASI
4.1.Kartezyen Manipülatör
Bu tip çalışmada robotun birbirine dik olarak kayan eklemleri mevcuttur. Yani x,y,z
koordinatlarında birbirine dik hareketler gerçekleştirilir. Mekanik yönden çok sağlam
olmasına rağmen çalışma alanındaki hareket yeteneği bakımından zayıf olması bir
dezavantajdır. Basit yapı tasarımından dolayı kolların hareketi kolaydır. Bir yere
ulaşması için hesaplanacak yol çok basit olarak bulunabilir. Bu robot tipi çok
büyük boyutlarda ve ağırlıklarda nesneleri hareket ettirmek, taşımak için uygun değer
seçimdir.
46
4.2.Silindirik Manipülatör
Adından da anlaşılacağı üzere silindirik koordinatlarda hareket eden robot tipidir.
Kollarından biri düşeyde, diğeri radyal doğrultuda hareket ederek işlemleri
gerçekleştirir. Bir temel yatağı etrafında dönebilen ve diğer iki uzvu taşıyan ana bir
47
desteğe sahip robotlardır. Bu tip manipülatörler de mekanik yönden sağlamdır fakat
bilek konum doğruluğu yatay harekete bağlı olarak azalır. Kartezyen manipülatörde
olduğu gibi büyük boyutlu nesnelerin taşınmasında kullanılırlar. Bu tip
manipülatörlerde hidrolik motorlar tercih edilir. Yapılması gereken iş ve hedefin aynı
doğrultuda olmadığı montaj işlerinde çoğunlukla silindirik manipülatörler kullanılır.
Robotun dönüş kabiliyeti çok yüksek olduğundan belirli bir doğrultuda olmayan işlerde
kartezyen koordinatlı robotlara göre çok hızlıdırlar.
48
4.3. Küresel Manipülatör
Bu tip bir manipülatör iki tane döner ve bir tane kayar tip eklemden meydana
gelmektedir. Bu tip manipülatörler mekanik açıdan silindirik ve Kartezyen manipülatöre
göre daha zayıf, mekanik yapı yönünden diğerlerinden daha karmaşıktır. Elektrik
motorlarının tercih edildiği bu robot tipi çoğunlukla makine montajlarında kullanılırlar.
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. Cilalama, transfer işlemlerinde, test
ve kontrolde ağırlıklı
olarak
bu
manipülatör
tipleri
kullanılmaktadır.
49
4.4.Mafsallı Manipülatör
İnsan kol yapısı kıstas alınan bu tip manipülatörler tüm eklemleri döner olduğundan en
yetenekli robotlardır. Boyama, kaynak yapma, montaj, yüzey temizleme vb. gibi
endüstriyel uygulamalarda geniş kullanım alanına sahiptirler. Elektrik motorların tercih
edildiği bu manipülatörler kontrol işlemindeki zorluklar nedeniyle bu koordinat sistemi
robot tekniğinde geç uygulama alanı bulabilmiştir. Maksimum derece hareket imkânı
sağlayan bu robotlar kabiliyet bakımından en iyi robot çeşitlerindendir.
50
4.5. Scara Manipülatör
Silindirik koordinatlı robotların özel bir tipi olarak kabul edilen bu manipülatörler de
bileği konumlandırmak için iki revolute ekleme sahiptir. İlk revolute eklem düşey omuz
ekseni olarak da düşünülebilecek temel eksen etrafında kolu ileri-geri döndürür. İkinci
revolute eklem önkolun düşey dirsek ekseni etrafında ileri-geri dönmesini sağlar.
Böylelikle iki revolute eklem yatay düzlemdeki hareketi kontrol eder. Hareketin düşey
bileşeni bileği yukarı-aşağı hareket ettiren üçüncü eklem tarafından sağlanır. 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
en
çok
tercih
edilen
robot
tipidir.
Robotlar kapsama
isimlendirilirler.
alanlarına
göre
kartezyen,
kutupsal
ve
silindirik
olarak
51
5. ROBOTLARIN YAPISAL ŞEKİLLERİ
Robotların yapısal şekillerini çalıştıkları alanlar belirler. Bu yüzdende robot tercihi
yapılırken öncelik, kullanım alanıdır. Resim 1,5’te görülen robotlar çalışma alanlarına
göre tasarlanmış ama temelde çalışma şekli olarak birbirlerine yakın özelliklere sahip
robotlardır. Bu robotları bir birinden farklı kılan çalıştıkları bölgelerdir.
Farklı yapılara sahip robot ailesi
5.1. Taşıma Kollu Robot
Şekil 1.6’daki robot yapısı incelendiğinde robotun Kartezyen koordinat sisteminde
hareket eden taşıma koluna sahip bir robot olduğu görülebilir. Bu kol sonundaki tutucu
(gripper) cisimleri kavramakta, kolun hareketi ile de malzemenin bir noktadan diğer bir
noktaya ulaştırılması sağlanmaktadır.
Taşıma kollu robot
52
5.2. Dönme İtme Kollu Robot
Şekil 1.7’deki robot silindirik hareket gerçekleştirebilen bir robottur. Bu robotun
kolunun özelliği ise hem ileri geri gidebilmesi hem de dönebilmesidir. Bu robot çok
uzun mesafelerde malzeme taşıma ve işleme yeteneğine sahiptir.
Dönme ve itme kollu robot
5.3. Çizgi Tipi Portal Robot
Şekil 1.8’de çizgi tipi portal robot görülebilir. Bu robotun yapısal özelliği düzlemsel bir
hat biçiminde olmasıdır.
Çizgi tipi portal robot
5.4. Yüzey Tipi Portal Robot
Şekil 1.11’de ise yüzey tipi portal robotlar görülebilir. Bu robotların yapısal özellikleri
işlenecek yüzeyi kaplamasıdır.
53
Yüzey tipi portal robot
5.5. Kırma Kollu Robot
Resim 1.9’daki robotun yapısal özelliği ise kolunun iki parçadan oluşup
kırılabilmesidir. Bu özellik bu robota kısa mesafede aşağı yukarı rahat hareket özelliği
kazandırmıştır.
Kırma kollu robot
6. ROBOTLARIN SİSTEM ELEMANLARI
Robotların yapısı daha önce de anlatıldığı gibi insan vücudunu örnek almıştır. Robot
bel, omuz, eklemler ve kollardan oluşmuştur. Kolların önemi büyüktür. Kollar iş
parçasının taşınmasında ve işlenmesinde fiziki öneme sahiptir. Kolların boyutlarını
çalışma şartları ve fizik kanunları belirler. Kolların dayanımı ve kullanılacak
malzemenin türünü de yine iş ortamı belirler.
Şekil 1.13’te bir joint arm robotunda kol yapıları görülebilir. Burada 1. kol gövdeyi, 2.
kol omuzla dirsek arasını, 3. kol ise dirsek ile el arasını temsil eder. Şekil 1.2’de bu
örnekleme daha iyi görülebilir.
Robot üç ana parçadan oluşur. Birincisi kol, ikincisi manipülatör (eklemler),
üçüncüsü de son etkileyicilerdir. Kol ve manipülatörler üst bölümlerde incelenmiştir.
54
Resim 1.11’de robot kollarını birleştirip hareketleri gerçekleştiren bir manipülatörün
montajı görülebilir.
6.1. Son Etkileyiciler
Şekil 1.14: Son etkileyici yapısı
Son etkileyici aparatları
55
Robot kollarına bağlanan el kısmına son etkileyici denir. Bu kısım insan elinden
esinlenmiştir (Şekil 1.14). Son etkileyici temelde üç hareket yapar bunlar;
-sola (yatay) hareket
-aşağı (dikey) hareket
Şekil 1.15’te ise robotun son etkileyicisinin ucuna takılacak etkileyici çeşitleri
görülebilir. Bunlar vakumla çekme başlığı, vida sökücü/takıcı, oyma (freze) başlığı,
elektro manyetik tutma başlığı, akışkan enjekte başlığıdır. Bunların dışında en çok
uygulama gören ise gripper(tutucu)dir.
Endüstriyel robotu oluşturan üç yapısal sistem çeşidi vardır. Bunlar pnömatik, hidrolik
ve elektriksel kontrol sistemleridir. Bu üç sistemin kullanıldığı çalışma alanları farklıdır.
Bu üç sistemin tercihini iş alanları belirler. Her sistemin diğerlerine göre avantajı ve
dezavantajı vardır.
Pnömatik, hidrolik ve elektrik kontrol sistemlerinin kıyaslanması şöyledir:
o Ucuz
o Hızlı
o Temiz
o Laboratuvar çalışmalarında kullanılabilir.
o Endüstride sık kullanılan bir enerji türü kullanır.
o Hasar almadan durabilir.
o Havanın sıkışabilir olması kontrolü ve hassasiyeti azaltır.
o Ekzos gürültü kirliliği yaratır.
o Hava sızıntısı meydana gelebilir.
o Ekstra kurulama ve filtreleme gerekebilir.
o Hız kontrolü zordur.
Sistemler Avantajları
o Büyük kaldırma kapasitesi
o Hafif olmasına rağmen güçlü
o Yağ sıkışmadığından bağlantılar sabit bir halde tutulabilir.
o Çok iyi servo kontrol yapılabilir.
o Kendini soğutabilir.
o Çabuk tepki verebilir.
o Alev alabilir ortamlarda güvenlidir.
o Düşük hızlarda yumuşak hareket edebilir.
56
o Pahalıdırlar.
o Yüksek hızlarda dairesel hareket için uygun değildirler.
o Boyutlarını küçültmek zordur.
o Uzak güç kaynağına ihtiyaç duyar bu da yer kaplar.
o Hızlı ve hassastırlar.
o Harekete kontrol teknikleri uygulanabilir.
o Ucuz.
o Yeni modeller çok kısa zamanda üretilebilir.
o Düşük moment ve yüksek hızda çalışır. Bu nedenle hareketi değiştirecek aktarma
organlarına ve dişlilere ihtiyaç vardır.
o Dişlilerdeki boşluk hassasiyeti sınırlar.
o Elektrik atlamaları yanıcı ortamlarda tehlikeli olabilir.
o Hareketin engellenmesi durumunda hararet yapar.
o Pozisyonu sabitlemek için fren gerekir.
o Robot üreticilerinin bir çoğu elektrik motorlarını tercih ederler(Resim 1.10). Elektrik
motorlarının 2 çeşidi kullanılmaktadır: Step motorlar ve DC (direct current- doğru
akım) motorlar.
o Hidrolik sistemlerde yine güç gerektiren alanlarda oldukça tercih edilir (Şekil 1.12).
o Pnömatik sistemler ise kol mekanizmalarından ziyade son etkileyicilerde tercih edilir.
Hidrolik kontrol sistemi
57
Elektirik motorlu robot kontrol sistemi
1.5.1. Robot Kol Sistemi Mekanizması
Kol mekanizması
58
Kol mafsal montajı
7. ROBOT KONTROLÖR ELEMANLARI
7.1. Yürütücüler-Sürücüler
Robot pozisyon motoru
Yürütücüler ve sürücüler kontrol cihazı ya da robotu kontrol eden kişiden gelen
komutlara göre robotu hareket ettiren parçalardır. Bu parçalar birer motordan ibarettir.
Bu motorlar olmadan robota hareket verdirilemez. Motorların çeşitli enerji kaynakları
vardır. Elektrik ya da akışkan (hidrolik) basıncı ile çalışabilirler. Bu iki enerji kaynağını
tercih sebebini çalışma alanı, yükleme kapasitesi ve maliyetler belirler.
Robottaki eksen adedince yürütücü motor kullanılmak zorunluluğu vardır. Şekil 1.12’de
bir elektrik motoru görülebilir. Elektrik motorlarının hassasiyetini artırmak ve taşıma
gücünü yükseltmek için redüktör adı verilen dişli sistemi de kullanılmalıdır. Hidrolik
motorlar için ise böyle bir zorunluluk yoktur. Resim 1.13’te ise üç eksenli bir son
etkileyicideki motorların dış görünüşü görülebilir.
59
Robotta motorun işlevi
7.2. Denetleyiciler (Kontrolörler)
Robotlar programlanıp istendiğinde de programı değiştirilebilen makinelerdir. Ayrıca
her robot bilgisayarca programlanır. İşte denetleyici robot ile bilgisayar arasındaki
uyumu sağlar, yani yazılım ile donanımın, mekaniğin uyumunu gerçekleştirir.
Bilgisayar robot komutlarını denetleyicinin anlayacağı sinyallere dönüştürür.
Denetleyici ise bu sinyallere uygun motor kontrol palsleri üretip motora ya da bu
motora kumanda eden valfe uygular. Böylece robot hangi parçasını ne kadar, ne hızda,
ne yöne, nasıl kumanda edeceğini bilir. Denetleme üniteleri robot bünyesinde olmak
zorunda değildir. Ek bir ünite biçiminde de gerçekleştirilebilir.
Denetleme üniteleri robot motorlarının beynidir. Denetleme üniteleri motora sadece
kontrol palsi göndermez geri beslemede alabilir. Bu tür geri beslemeler konum bilgileri
şeklindedir. Encoder ünitelerinden motora verilen işlev palslerinin etkileri sorgulanır.
Geri besleme de sonuç vermez ise robot hata bilgisi şeklinde işlevin gerçekleşmediği
uyarısını da verebilir.
60
ABB S4C kontrol ünitesi
Şekil 1.16’ya bakıldığında komple robot sistemi gözlenebilir. Burada merkezi bir
kontrol ünitesi mevcuttur. Terminal girişi bilgisayara bağlı olup veri alışverişini
gerçekleştirir. Veri depolama bölümü kontrolörün RAM, EEPROM ya da disk
hafızalarını kapsar. Öğretici panelde yine bilgisayar gibi robotu programlamak için
kullanılır. Ancak öğretici panel bilgisayar kadar geniş işlevlere sahip değildir. Kontrol
girişleri start, stop, execute gibi kontrol girdi çıktılarıdır, emniyet giriş çıkışları ise
emergeny stop gibi acil durum emniyet tedbirleri içindir. Şekil 1.16’da elektrik,
pnömatik ve hidrolik olmak üzere üç çeşit robot kontrol tipi de gösterilmiştir. Kontrol
ünitesi beş eksen ve birde tutucu için direkt elektriksel kontrol sinyalleri üretmekte,
pnömatik ve hidrolik sistemler için ise valf kontrol sinyalleri üretmektedir.
7.3. Algılayıcılar
Lazer mesafe ölçüm sensörlü robot
61
Lazer tarayıcılı robot
Robotlar her geçen gün daha da gelişmektedir. Bunun sonucunda da daha zeki ve akıllı
hale gelmişlerdir. Robotları zeki hale getiren teknoloji algılama işlemlerini
gerçekleştiren sensör teknolojisindeki gelişimlerdir.
Robotların kendi içerisindeki mesafe ve konumlama sensörleri robotun aldığı mesafeyi
ve verilen komutlara cevaplarını kontrol eder. Harici algılayıcılarsa robotların
çalıştıkları alandaki iş parçalarını gözlemler.
Gözlem sensörlerinin temelinde lazer mesafe sensörleri vardır(şekil 1.17). Bu sensör bir
kaynak robotuna monte edilmiştir. Robotun hareketinden ziyade ne kadar kaynak
yapıldığını kontrol etmektedir.
Şekil 1.18’de ise lazer tarayıcı görülmektedir. Bu tarayıcının özelliği ölçümlerini
çizgisel değil de alansal yapması, yüzeyi komple kontrol etmesidir. Bu işlem bir kamera
tarafından da yaptırılabilir ancak lazer tarayıcının özelliği lazerin özelliğine bağlı olarak
yapılan kaynağın üç düzlemde de kontrolünü yapabilme özelliğine sahip olmasıdır.
Yani derinlemesine kaynağın iş parçası içerisindeki derinliğini ölçerek standartlara ve
güvenlik şartlarına uygunluk kontrol edilmektedir. Bu tip uygulamalar bu gün özellikle
su ve hava taşıtları için basınç altında çalışan taşıtlarda mecburi güvenlik şartıdır.
Otomotiv sektöründe de yakıt depolarının güvenilirliği yine bu algılama sensörlerince
sağlanır. İnsanların yapacağı kaynak hataları engellenmiş üretilen bütün mamullerin
güvenilirliği bu şekilde sağlanmıştır.
62
Kullanım türüne göre sensörler
Şekil 1.19’da sensörlerin genel olarak çeşitleri yer almaktadır. Temelde basit ve karışık
olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Güç, mesafe ve sıcaklık ölçümleri için kullanılan basit
sensörler şunlardır: Güç ölçümünde çok basit olarak bir kontaktör ve yaydan oluşmuş
anahtarlar, mesafe ölçümünde potansiyometreler, sıcaklık ölçümünde de NTC
elemanları.
Kompleks akıllı sensörler ise güç ölçümünde strain gauges ve piezo malzeme, konum
ve mesafe ölçümünde lazerli algılama ve tarayıcılardır. Dijital kameralar ise robotlu
montaj ünitelerinde yaklaşım ve tanıma işlevini gerçekleştirmektedir. Diğer bir akıllı
sensör ise ses tanıma sensörleridir. Sensörler yapılarına göre ise Şekil 1.20’de
tanımlanmıştır.
63
Yapısına göre sensörler
Mitsubishi robot kontrol sistemi
64
Genel robot kontrol sistemi
65
Endüstriyel bir robotun sistem elemanları
Bir robot sistemi temelde robot, kontrol ünitesi, bilgisayar ve öğretici panelden oluşur
(Şekil 1.21-22). Ancak yapılan işin çeşidine uygun donanımlar eklenebilir. Şekil 1.23’te
yapılan kaynak işi için ek kaynak kontrol donanımı görülebilir. Bununla birlikte robotun
kullandığı güç kaynağına uygun (elektrik, pnömatik, hidrolik) donanımlarda eklenir.
7.4. Bilgisayar
Bilgisayar robot sisteminin en temel ünitelerinden biridir. Bilgisayar, robot program
yüklemesinde etkin olarak kullanılır. Bilgisayarın diğer bir kullanım alanı ise off-line
programlamadır. Bu teknik sadece simülasyondur.
Her robotun pozisyon konumlama için kullanacağı komutları vardır. Bu komutlar çeşitli
programlama editörlerince bilgisayarda yazılır.
66
Şekil 1.24: Bilgisayarda robot kontrolü
Ya da paket olarak getirilebilir. Her iki yöntemde de bilgisayar bu programları robotun
kontrol ünitesine yükler. Bazı robotlar ise direkt bilgisayar portlarına bağlı olabilir. Yine
bunlar içinde bilgisayar kontrol sinyalleri oluşturup robotu kontrol edebilir. Şekil
1.25’te ise bilgisayar ortamında yazılan pozisyon komutları görülmektedir. Programlar
text(*.txt) formatı kullandığı için
Şekil 1.25: Bilgisayarda robot programlama
Bilgisayarda her türlü editör de mümkündür. Komutlar ve dosyalama sistemleri basit
olmasına rağmen her firma kendi editörünü geliştirmiştir. Verilerin transferi ise yine
üretici firmaca belirlenir. Şekil 1.26’da COM 2’yi kullanan bir prosedür görülmektedir.
67
Editör hazırlanan pozisyon programını bu gibi gönderme prosedürleri ile robota transfer
eder.
Şekil 1.26: Bilgisayar robot iletişimi
Resim 1.16: Robot kontrol laboratuarı
Resim 1.16’da ise bir laboratuvar ortamı görülmektedir. Burada bilgisayarlarca robotlar
programlanabilmektedir. Yapılan programlar robotlara yüklenip görsel hareketlere
dönüştürülmektedir.
7.5. Kontrol Paneli
Günümüzde robotlar ya bilgisayar ya da teaching box (öğreti paneli) adı verilen
ünitelerce kumanda edilmektedir. Kontrol ünitesi üzerinde ise robotun start, stop, acil
durum butonları ve çalışma ve hata lambaları bulunmaktadır.
68
7.6. Pozisyon Kontrolörü
Robotların pozisyonlarının kontrolü yine manüel olarak yapılmak istendiğinde öğreti
paneli üzerinden yapılmaktadır. Her eksen için pozitif ve negatif yönlerde hareketlerini
sağlayan butonlar bu panel üzerinde mevcuttur.
7.7. Hareket Amplifikatörü
Hareket amplifikatörleri robotun yapısına göre farklılık gösterir. Bilindiği gibi robotlar
elektik, pnömatik ve hidrolik olarak kumanda edilmektedir. Hareket amplifikatörü
robotta adım motoru kullanılmış ise bir pals (darbe) jeneratörü, servo motor
kullanılmışsa bir işlemsel kıyaslayıcı, pnömatik ya da hidrolik motor ya da silindirler
kullanılmışsa da anahtarlama devreleridir. Bu üç yöntem için en uygun hareket
amplifikatörü ve uygun güç kaynağı seçimi yapılmalıdır.
7.8. Giriş Çıkış Ünitesi
Giriş çıkış üniteleri robottaki bütün veri akışının kontrolünün yapıldığı ünitedir. Şekil
1.22’de görüleceği gibi bilgisayar, öğretici panel, motor kontrol amplifikatörleri,
encoderler, depolama üniteleri vb. gibi bütün çevre birimleri giriş çıkış ünitelerince
yönlendirilir.
7.9. Elle Kontrol Aleti
Elle kontrol aleti robotu manuel yönlendirme aletidir. Bu cihazla robot bilgisayar
dışında da program yapılabilme özelliği kazanır. Bu cihaz çok kapsamlı olmayan küçük
pozisyon programlarının yapılmasını sağlar. Şekil 1.22’de görüleceği gibi bu alet robot
kontrol sisteminin vazgeçilmez bir parçasıdır. Yine bu cihazda her üreticiye göre
farklılık gösterir. Hatta aynı marka altında bile farklı kontrol aletleri mevcuttur.
8. KONTROL TİPLERİ
Robot sistemler, uygun şekilde bir araya getirilen mekanik ve elektronik alt sistemlerin
amaca uygun olarak kumanda edilmesi ile çalışır. Bir robot sistemin tasarımında,
istenilen hareketlerin kusursuz biçimde elde edilmesi için, kontrol ünitelerinin ve
programlama şekillerinin doğru seçilmeleri gerekir. Kontrol birimindeki özel bir kabin
içerisine yerleştirilen bilgisayar sayesinde, kontrol bağlantıları yapılan bütün alt
sistemlerin yönetimi yapılabilir.
69
Kontrol birimi, robot aktüatörleriyle ilgili olan taşıma işlemlerini belirtilen hata
sınırlarında, robotun içerisine yerleştirilen dahili sensörlerle kontrol eder. Robot
sisteminin çevre ile ilgisi varsa, harici sensörler kullanılarak kontrol sağlanır. 32
Robotlarda kullanılan kontrol alt sistemleri temelde iki gruba ayrılır.
8.1. Açık Devre Kontrol Sistemleri
Açık devre kontrol sistemlerinde, çıktı hareketinin miktarını algılayacak kontrol birimi
yoktur. Endüstride yapılan işlerin çoğu, genellikle insanlar tarafından açık devre
kontrolle yapılır. Operatör, kumanda kolunu kontrol ederek istediği büyüklükteki deliği
açabilir. Manuel kontrollü bütün mekanizmalar, insan kontrolünde kapalı devre kontrol
sistemi gibi çalışsa da, gerçekte açık devre kontrol sistemleridir.
Açık devre kontrol sistemi
Açık devre kontrol sistemleri, Kartezyen tip robot kolların fazla hassasiyet
gerektirmeyen eksenlerindeki hareketlerinin kontrolünde kullanılabilmektedir.
Kartezyen robot kollar öteleme hareketleriyle ilgili olduğundan, matematiksel olarak
pozisyon hesaplamaları en yalın sistemdir. Yükü, bir yerden bir yere götürmek için
gerek duyulan eklem hareketini hesaplamak kolaydır ve kol hareketi, yük
yönlendirilmesine etki etmez. Elemanları baskılı devre tahtasına takmak gibi, dik açının
egemen olduğu yerlerde bu üstün bir özelliktir.
Elektrik kontrollü açık devre kontrol sistemi
70
Şekil 1.27'de basit bir açık devre kontrol sistemiyle silindir hareketi diyagramı
görülmektedir. Bu sistemle pozisyon kontrolünde hassasiyet elde edilmesi beklenmez.
Açık devre kontrol sistemleri, yapılması istenen işlerin hassasiyetinin düşük olduğu
durumlarda kullanılır. Kullanım sırasında sistemde, insan faktörü ya da kumanda kolları
yerine bilgisayar da kullanılabilir.
Şekil 1.28'de bilgisayar ile kontrol edilen bir vincin blok diyagramı görülmektedir.
Şekil 1.29’da ise kapalı devre kontrolle yapılan silindir hareketinin blok diyagramı
görülebilir.
Kapalı kontrol sistemi
Bilgisayara, motorun on-off durumu istenilen hareket sırasına göre programlanmıştır.
Hareketin bütününü elde etmede, motoru çalıştırmak, için önceden tasarlanan hareket
süresi bilgisayara işlenmelidir. Bu şekildeki sürücü kontrolüne on-off kontrol denir.
Sürücüleri istenilen miktarda hareket ettirmek için, belirlenen süre kadar enerji anahtarı
açılır. Açık devre kontrol sistemlerinin, hassas pozisyon kontrolünde kullanılmamasının
bazı nedenleri şunlardır:
eçme ve durma anlarındaki hız sapmaları
Yukarıda belirtilen nedenlerden dolayı, belirlenen işlem zamanı içerisindeki hareket
miktarı değişebilir. Bilgisayar ile açık devre olarak kumarda edilebilen en iyi sürücü,
step-adım motorlarıdır. Step motor, elektrik akımı verildiği sürece sabit adımla döner.
Bilgisayar yardımıyla kontrol step motorlarını kumanda etmek için en iyi yollardan
biridir. Elektrik akımı ya da işaretler bir program içerisinde bilgisayar yardımı ile step
motora gönderilir. Açık devre kontrol sistemde görülen genel özellikleri şunlardır:
miktarları ölçülemez.
hareketi elde etmek mümkün olabilmektedir.
maliyetine göre daha düşüktür.
k devre kontrol sistemlerinin kullanım alanları sınırlıdır.
71
8.2. Kapalı Devre Kontrol Sistemleri
Kapalı devre kontrol sistemi, açık kontrol sistemlerine konum ölçü devresi eklenerek
sürücülerin yaptığı hareket miktarını sistem içerisinde algılayarak, sürücülere kumanda
edilmesi esasına göre çalışır. Bir hidrolik silindire konum ölçü devresi eklenerek, robot
kol sistem mafsalının hareketleri kontrol edilebilir. Kapalı devre kontrol sisteminin
genel çalışma özellikleri şunlardır:
evre elemanları, sisteme hareket noktasında
ilişkilendirilmelidir.
hareket ettirilir.
Sisteme transduser eklenmesi sırasında montaj için en uygun yer sürücünün üzeri değil,
hareket eden mafsalın üzeridir. Böylelikle sürücülerde ve bağlantılarındaki aşınmadan
dolayı oluşacak hatalar önlenmiş olur.
Kapalı devre sistemlerde, sürücülerin pozisyonu sürekli olarak sinyaller gönderilerek
kontrol edilir. Sinyaller genellikle gerilim miktarlarının değiştirilmesiyle oluşur. Kolay
bir hesaplama için her bir milimetrik hareketin yerine getirilmesi için kontrol
devresinden 0,1 Volt sinyal şarj olacak şekilde ayarlanabilir. Voltaj düşmesi sinyali
alındığı bir durumda, silindir ilerleme pozisyonun geri getirilir. Kontrol teorisinde
sinyaller¸ sembolü ile tasarlanır. Denetleyici(kontrolör)den ilk sinyalin sisteme girişi ile
gösterilir. Denetleyiciden şayet robot kolunun 40 mm ilerlemesi istenirse, denetleyici;
40x0.1 = 4V sinyal gönderir. Silindirin pozisyon kontrolü transduser (dönüştürücü) ile
yapılmaktadır. Pozisyon transduseri, sürücü hareketiyle orantılı olarak analog ve dijital
sinyal sağlar. Dijital sinyal, bilgisayarın anlayabileceği sayıları kodlayıp gönderen
bilgileri anlatır.
Transduserler, hareketli mafsalların konum açısını ölçebilir ve bir silindirin kontrolünde
kullanılabilir. Yukarıda verilen örnek için silindirin boyunun 30 mm pozisyonuna
gelmesi istenirse, denetleyici transistör sinyali olarak 30x0,1=3 V'u hesaplar. Silindir o
anda konum olarak 40 mm pozisyonunda bulunmaktadır. İstenilen konuma ulaşmak için
10 mm geri hareket etmesi gerekir. Burada konum hatası 10 mm'dir ve sinyal hata
miktarı ile gösterilir. Hesaplanan bilgilerin sistemde kullanılabilmesi için denetleyiciye
geri bildirilmesi, dijital sinyal sağlayan transduserlerle olur. Bilgisayar programı basit
bir hesaplama ile sistem sinyallerini karşılaştırıp gerekli voltajı hesaplayarak güç
sistemine doğru pozisyon için gerekli analog voltaj üretmesi için sinyal verir.
Sistemin bu şekildeki hata sinyalini üretmek için, 4V ve 3V’luk analog sinyalleri
algılayan bu elemanına diferansiyel amplifier denir. Bu metotla hata sinyali ile görülen
10 mm konum hatası düzeltilebilir. Hidrolik sistemlerde pozisyon hatası düzeltmek için,
hatalı miktarı kadar hareket üreten elektro-hidrolik servo valfler vardır.
Pnömatik sürücüler kullanılan robotlarda, hidrolik silindirlerin kontrolünde anlatıldığı
gibi benzer servo valflerle kontrol edilebilirler. Fakat tam pozisyon kontrolü elde etmek
zordur. Çok parmaklı robot tutucularının pnömatik sürücülerinin kontrolünde kapalı
kontrol sistemi kullanılabilir. Bu tip tutucuların parmak uçlarına kuvvet sensörleri
yerleştirilir.
72
9. ROBOTLARIN ÇALIŞMA ÖZELLİKLERİ
9.1. Çalışma Alanı
Endüstride çalışma alanı
Elbette her robotun kendine özel çalışma alanları mevcuttur. Bu alanların özellikleri
gerek robot tipleri anlatılırken gerekse de eksen çeşitleri anlatılırken bahsedilmiştir.
Resim 2.6’da da görüldüğü gibi üretim ortamı oldukça kapsamlı ve eşzaman çalışılan
bir ortamdır. Robotların çalışma ortamlarının hazırlanışında çalışma alanlarının
kesişmelerinde uyuma dikkat edilmelidir. Özellikle farklı tiplerde robotlar bir arada
çalışacaksa pozisyon ve hareket programları oldukça gelişmiş olmalı ve alan
kullanımına özen göstermelidir. Şekil 2.9’da ise robotların türlerine göre çalışma
alanları görülebilir.
Robot türlerine göre çalışma alanları
73
9.2. Mekanik Yükleme
Robotlar çalışma alanlarında iş parçalarına genellikle yürüyen bantlarla ulaşır. Bundan
başka, bir başka robotun yardımıyla da çalışacağı malzemeye ulaşabilir.
Robot yükleme
9.3. Pozisyon Hassasiyeti-Tekrarlama Hassasiyeti
Tepki hızı ve kararlılık da robot için önemli bir ölçüttür. Robotun performansının en
önemli göstergesi robotun hareketlerinin hassasiyetidir. Hassasiyet üç bölümde
sorgulanabilir.
Çözünürlük: Robot için çözünürlük ölçüm ve geri beslemedeki detaydır.
Eksenlerin hareket adım aralığı ne kadar düşükse o robotun çözünürlüğü de o kadar
yüksektir. Geri besleme datasının genişliğini de ADC’ler belirler. Yani robotun
çözünürlüğünü, kullanılan motor ve mekanik sistem kadar ölçüm ve kontrol
devrelerinin çözünürlüğü de etkiler.
Doğruluk: Robot için doğruluk hedeflenen bir noktaya ulaşma gerçekliğidir.
Belirtilen noktaya konumlanma mesafesi robotun doğruluk özelliğini tayin eder.
Tekrarlayabilirlik: Robot için tekrarlayabilirlik özelliği başlangıç noktası ile hedef
noktaya ulaşma işleminin istenildiği kadar tekrar gerçekleştirilebilmesi özelliğidir.
Robot için tekrarlama imkânını gerçekleyecek olan doğru ölçüm ve doğru konumlama
bilgileridir. Yani robot nereye gittiğinin, mesafenin, konumlamanın farkında ise
tekrarlama işlemlerini gerçekleştirebilir. Aksi takdirde bu işlemi hatalı yapar ya da hiç
yapamaz.
74
9.4. Aks Sistemleri
Şekil 2.11’de robot mekanik yapısı görülebilir. Bilindiği gibi robotlar elektrik, pnömatik
ya da hidrolik yöntemle kumanda edilebilirler. Elektriksel kumanda da motorlar
mevcuttur. Bu motorlar hareketi kollara dişliler ya da millerle iletir. Şekil 2.11’de
robotun yan ve arka görünüşüne bakıldığında eksenlerde hareketi sağlayan bu üniteler
görülebilir. Görülen bu dişliler çoğu kez motor içlerindedir. Ancak yapının büyük ve
güçlü olma zorunluluğu mekanik yapıyı büyütüp bir ünite biçiminde dışarıya çıkarabilir.
Robot mekanik sistemi
9.5. Çarpma Alanı
Robotların çalışma alanları aynı zamanda çarpma alanlarıdır(Resim 2.8). Robot çalışma
ve manevra alanları yabancı objeler için tehlikeli ve taslak alanlardır. Robotların kol ve
gövdeleri çarptıkları nesneler için yerine göre çok yıkıcı da olabilir. Bu çarpma alanları
pasif ve aktif bariyerlerce korunmalıdır. Pasif tedbirler genel de tel örgü ve çitlerdir.
Aktif tedbirler ise optik ya da ultrasonik nesne algılayıcılarıdır
Robot çarpma alanı görünüşleri
75
9.6. Emniyet Alanları ve Sınırlamalar
Robotlar üretim alanlarında emniyet alanlarında çalıştırılırlar. Şekil 2.12’de üretim
hattında çalışan bir robotun bir alan içine alınışı görülebilir.
Emniyet alanı
9.7. Emniyet Görünüşü
Şekil 2.9’da yine robot çalışma alanında emniyet görünüşü görülebilir. Çevre ile robot,
robot ile robot teması alan yapılandırması ile kesilmiştir. Gerek çalışma yapılan
materyal gerekse çalışanlar çarpmalara karşı olmaları gereken yerlere alınmış ve
kapatılmıştır.
Emniyet görünüşü
9.8. Kavrama Sistemi
Robot tutma ve kavrama sistemleri de yine üç metotla gerçekleşir. Bunlar mekanik,
pnömatik ya da hidroliktir. Bu sistemlerde pnömatik uygulama oldukça fazladır. Bunun
nedeni kontrole yatkınlığıdır. Şekil 2.13’de bu durum gözlenebilir.
76
Kavrama sistemleri
Pnömatik kavrama
9.9. İşletmeye Almada ve Bakımda Emniyet
Robotlar mekanik ile elektroniğin uyumundan ortaya çıkmıştır. Robot teknolojisi
mekanik dizayn, kontrol teknolojisi, elektronik, bilgisayar programlama, işletme
sistemlerinden oluşur. Robotların uygun koşullarda çalışması ve bakımı önemlidir.
77
Bakım
İşletmelerde her durumda güvenlik kurallarına uyulmalı, robot güvenlik kuralları ile
oluşabilecek can ve mal kaybının önüne geçilmelidir. Güvenlik kuralları çevredeki diğer
makine ve robotların çalışmalarını da etkileyen bir faktördür. Güvenlik kurallarına
uymama makine ve iş gücü kaybına neden olabileceğinden ekonomik kayıpları da
beraberinde getirecektir. Güvenliği ve emniyeti sağlamak için çalışma alanlarında
disiplinsiz ve emniyeti bozacak her türlü davranıştan uzak durulmalıdır. İş alanlarına
emniyet kuralları levhalarla asılmalı, acil durum yönergeleri bulundurulmalıdır.
Robotlara yetkisiz ve ehliyetsiz kişilerin müdahalesine kesinlikle izin verilmemelidir.
Acil durumlarda çok çabuk kontrol sürücülerinin enerjisi kesilmeli, acil durum anahtar
ve butonları kullanılmalı, akıllıca kararlar alınıp uygun müdahale yöntemleri
uygulanmalıdır.
10. ROBOTLARIN PROGRAMLANMASI
Sanayi tipi robotlar modern fabrika otomasyon sistemi içinde pek çok yerde
kullanılmaktadır. Bir robotun çalışması iş parçası koordinatlarının kendisine öğretilmesi
ile başlar. Denetim progamı bu temel üzerine şekillenir. Bu yöntem birçok robot için
aynıdır.
10.1. Tatbikatta Dikkat Edilecek Hususlar
Robot ile çalışma anında aşağıdaki noktalara dikkat edilmesi muhtemel kazaları
önlemek için önemlidir.
er an elinizin altında olduğunu biliniz.
78
10.2. Robot Kumandası
Uygulamalarda kullanacağımız RV-2A robotu aşağıdaki bileşenlerden oluşmaktadır:
10.2.1. Robot
Robotun elemanları
Bu robot altı mafsala sahiptir ve serbestçe kumanda edilebilir. FA sisteminde böyle bir
robot parçaları bir yerden bir yere nakil, birleştirme, kaynak vb. işlerde kullanılabilir
79
10.3. Denetleyici
Denetleyici (ön yüz)
Bu denetleyici robot ve diğer aygıtlara talimat gönderen sistemin beynidir.
10.4. Öğretme Kutusu (Ö /K)
Ö/K’nin ön yüzü (solda) /arka yüzü (sağda)
80
Bu aygıt, robotu denetleyici aracılığıyla çalıştırır. Ayrıca robota koordinatları
Öğretme, programda düzeltme ve küçük çaplı program yapmaktadır.
10.5. Üç Boyutlu Robot Benzetim Programı (3D-simülasyon)
3D-robot simülasyon program
10.6. Haricî Giriş/Çıkış (IO) Aygıtı
Haricî giriş / çıkış aygıtı
Bu “haricî giriş / çıkış aygıtı”, dışsal çıkış aygıtlarına denetim sinyalleri gönderir ve
haricî giriş aygıtlarından sinyaller alır.
81
10.7. Renk Sensörü
Renk sensörü
Bu renk sensörü yansıtma tipli üç sensöre sahiptir. Renkleri birbirinden ayırır ve iş
Parçasının varlığını murakabe eder.
10.8. Yardımcı Parçalar
Mavi, siyah ve sarı renkli olan bu iş parçaları, robot hareketlerini öğrenmek için
kullanılır.
Renkli iş parçaları
Paletler iş parçalarının yuvalarıdır. İş parçalarının değişik sırada yerleştirilmeleri için
dokuz yuvası vardır.
Takım ve Aparatlar
Robotların takım ve aparat kullanabilmesini sağlamak için bunların robot bileğine
monte edilmesi gerekmektedir. Bir işlem için kullanılacak birden fazla takım varsa,
çabuk değiştirilebilen bağlantılar kullanılabilir. Bu durumda robot gereken işleme göre
seçimi yapmakta ve uygun takım veya aparatı bileğine bağlamaktadır. Bu tip takım ve
apartlara örnekler Şekil 2.6'da verilmiştir.
82
Algılayıcılar
Bazı uygulamalarda robotun çevresinden haberdar olabilmesi için algılayıcılara ihtiyacı
olmaktadır. Bu algılayıcılar aşağıda verilmiştir.
1. Görüntü algılayıcıları. Görüntü algılama sisteminin temelini video kamera, ışık
kaynağı ve görüntünün değerlendirilmesi için geliştirilmiş olan bir bilgisayar programı
oluşturmaktadır. Video kamera ya robota monte edilmekle ya da robotun üzerinde sabit
bir yerde bulunmaktadır. Elde edilen görüntüyü değerlendiren bilgisayar, bir cismin
varlığını anlayabilmekte, yerini ve duruş şeklini tesbit edebilmektedir. Bu şekilde
robotun aşağıdaki işleri yapabilmesi mümkün olmaktadır.
83
- Bir konveyor üzerine gelişigüzel yerleştirilmiş parçalan alabilmesi,
- Diğer parçalar ile karışını ş parçalan tanıyabilmesi,
- Muayene işlemlerini yapabilmesi,
- Montaj işlemlerini kolayca yapabilmesi.
84
2. Temas ve yaklaşma algılayıcıları. Bu tür algılayıcıların yardımıyla robotun bir
parçaya temas edip etmediğini veya yakınında bir parçanın bulunup bulunmadığını
anlaması mümkün olmaktadır. Bu şekilde bazı montaj ve muayene işlemleri kolaylıkla
yapılabilmektedir.
10.9. Güç Birimi
Robotun her eklemi için bir hareket elemanı gerekmektedir. Kolu ve bileği hareket
ettiren elemanlara ek olarak çeşitli kavrayıcılar için de hareket elemanlarına ihtiyaç
vardır. Robot hareket elemanları elektrikli, pnömatik veya hidrolik güç birimleri
tarafından beslenmektedir. Genellikle elektrikli güç birimleri pnömatik veya hidrolik
güç birimleri ile birlikle kullanılmaktadır. Günümüz endüstriyel robotlarının yaklaşık %
30 unda pnömatik, % 20 sinde elektromekanik güç birimleri ve hareket elemanları
mevcuttur. Bu tür elemanlar genellikle küçük veya orta boy robotlarda kullanılmaktadır.
Büyük robotlar için en uygun sistemler hidrolik sistemlerdir. Çünkü hidrolik silindir ve
motorlar hassas bir denetimle yüksek kuvvet ve güçler uygulayabilmektedirler. Ayrıca,
boyama gibi patlama tehlikesinin bulunduğu işlerde hidrolik sistemler tercih
edilmelidir. Elektromekanik sistemler arasında servo motorlar, adımlı motorlar,
doğrusal ve döner selonoidler sayılabilir. Pnömatik sistemler ucuz, az bakımlı fakat
basit ve hafif işler için uygundur. Bu sistemlerde konum ve hız denetimi zordur.
10.10. Denetim Sistemi
Bir işlemi gerçekleştirmek için robotun hareket eîemanlannın iki şekilde denetimi
yapılabilir.
1. Noktasal ("Point-to-point") denetim. Bu denetim tipinde uzuvların başlangıç ve son
konumlan önemlidir. Bu tip robotlar genellikle, bir malzemeyi veya takımı bir yerden
diğer bir yere götürmekte kullanılır. Bu iki yer arasında ise robotun nasıl hareket ettiği
önemli değildir. Uygulama alanları arasında tezgâhlara parça yüklenmesi ve
boşaltılması ve punta kaynağı bulunmaktadır.
2. Eğrisel ("Contouring") veya sürekli yol ("Continuous path") tipi denetim. Bu
denetim tipinde robotun hareket ettiği bütün yol boyunca denetimi yapılmakta ve uç
elemanının istenilen bir eğri boyunca hareket etmesi mümkün olmaktadır. Uygulama
alanları olarak, boyama, kaynak ve konveyör üzerinde hareket eden parçaların
yakalanması sayılabilir.
3. Endüstriye! Robotların Programlanması
Endüstriyel robotların bir işin yapılabilmesi için dört değişik şekilde programlanması
mümkündür.
1. Manuel programlama. Bu yöntem ile programlama aslında bir programlama işlemi
değil bir ayarlama işlemidir. Basit robotlar için kullanılan bu yöntemde robot, mekanik
85
durdurucular, kamlar, şalterler ve rölelerin ayarlanması sonucu istenilen hareketleri
yapacak hale getirilmektedir. Genellikle noktasal denetime sahip robotların basit işler
için programlanması bu şekilde yapılmaktadır.
2. Gezdirerek programlama. Bu yöntemde programcı, robotun kolunu işin yapılacağı
şekilde sanki o işi yapıyormuş gibi hareket ettirmekte, bu esnada konum, hız ve diğer
ilgili veriler robotun denetim sistemi tarafından hafızaya alınmaktadır. Daha sonra
robotun aynı hareketleri istenilen hızda tekrar etmesi mümkün olmaktadır. Bu
programlama yöntemi robotun boyama ve kaynak işleri için programlanmasında
kullanılmaktadır.
3. Yol göstererek programlama. Bu yöntemde programcı, robotun kolunu, elinde
bulunan bir öğretme aracının üzerindeki düğmeler ve kontrolörler yardımıyla robotun
hareket elemanlarını kullanarak hareket ettirmekte ve hareket esnasında gerekli verilerin
robotun denetim sistemi tarafından hafızaya alınmasını sağlamaktadır. Daha sonra
robotun aynı hareketleri tekrar etmesi mümkün olmaktadır. Bu programlama yöntemi
kolay ve kullanışlı bir yöntem olması nedeni ile sıkça kullanılmaktadır.
4. Programlama dilleri ile programlama. Bu yöntemde robot tarafından yapılması
istenilen hareketler, sayısal denetim parça programının hazırlanmasına benzer bir
şekilde programlanmakta ve robotun hafızasına yüklenmektedir. Bu programlama
yöntemi için sayısal denetim programlama dillerine benzeyen diller kullanılmaktadır.
VAL ("Victor's Assembly Language") ve MCL ("Machine Control Language") bu
programlama dillerinden ikisidir.
4. Endüstriyel Robotların Uygulama Alanları
Robotlar günümüzde çok değişik alanlarda kullanılmaktadır. Robotların uygulama
alanları aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir.
I. Yalnız yer değiştirmenin gerektiği uygulamalar.
1. Makinelerin yükleme ve boşaltılması,
a. Takım tezgahlan,
b. Plastik parça imalatı,
c. Pres döküm,
d. Hassas döküm,
e. Dövme,
f. Fırınların doldurulup boşaltılması,
g. Isıl işlem,
h. Dökümhane işleri,
ı. Pres işleri.
2. Malzeme manipülasyonu,
3. İstifleme.
II. Yer değiştirmenin ve işlem yapmanın gerektiği uygulamalar.
1. Punta kaynağı,
86
2. Ark kaynağı,
3. Mekanik ve elektrik ile ilgili parçaların montajı,
4. Elektronik parçaların montajı,
5. Boyama,
6. Kesme,
7. Muayene,
8. El aletleriyle yapılan işlemler.
Robotlar, bunların yanı sıra aşağıdaki uygulamalar için de kullanılmaktadır.
1. Deri ile ilgili işlemler,
2. Ayakkabı imalatı,
3. Kauçuk ile ilgili işlemler,
4. Asbest ile ilgili işlemler,
5. Gıda maddeleri ile ilgili işlemler,
6. Kil ve çimento kullanılarak yapılan imalatlar,
7. Cam endüstrisi,
8. Giyim endüstrisi,
9. Ağaç endüstrisi.
Robotlar, insanlar için tehlikeli ve zararlı olabilecek şartlara sahip ortamlarda da
kullanılmaktadır. Bu uygulama alanları aşağıda verilmiştir.
1. Kömür madenleri,
2. Uzay çalışmaları,
3. Su altı çalışmaları,
4. Radyoaktif malzeme manipülasyonu.
87
11. ROBOTLARIN AVANTAJLARI VE DEZAVANTAJLARI
11.1 Avantajlar
-
İnsanlardan beklenemeyecek zorluktaki veya büyüklükteki işleri yapabilirler.
Tehlikeli veya elverişsiz koşullarda da çalışabilirler.
Rutin işlemlerde standart oluşturarak her ürünü aynı şekilde verirler.
Çok az geribildirimle veya hiç geribildirim olmaksızın mekanik olarak
çalışmaya devam edebilirler.
Yorulmazlar.
Yapım ve bakım maliyetlerine rağmen en ucuz işgücüdür.
Uzaktan yönetilebilirler.
Tehlikeli durumlarda insiyatif alarak koruma sağlayabilirler.
Yalnız ve düşkün insanlara refakat edebilirler.
İnsanlarla mantıklı iletişim kurarak sosyalleşme açıklarını kapatabilirler.
Eğitici ve eğlendirici olabilirler.
Normalde çok zaman alan basit işleri hızlıca yaparak zaman tasarrufu sağlarlar.
Ordulardaki insan sayısını azaltabilirler.
11.2. Dezavantajlar
-
İşgücünü çok ucuzlattıkları için insanların işsiz kalmasına neden olabilirler.
Az geribildirimle çalışırken hata olursa, hatanın geri bildirimi de yavaş olur.
Rutin işlemlerde yanlış veri varsa sürekli yanlış ürünü verirler.
Yanlış programlandıklarında insanlar için tehlikeli sonuçlara yol açabilirler.
Askeri alandaki kullanımlarında kitle imha silahı işlevi görebilirler.
Sıkıcı olabilirler.
Bireysel sosyalleşme ihtiyacını doyurduğu için toplumsal sosyalleşmeyi
çökertebilir.
Yapay zekânın fazla ilerlemesi durumunda bilimkurgularda sıkça rastlanan
insanlığın iyiliği için insanlığı yok etme sonucu çıkabilir.
88
12. ROBOT DAVRANIŞLARI
Robot davranışlarını incelerken en kolay tanım davranışın algıya karşı gösterilen
tepki olduğunu söylemektir. Bu açıdan bakınca tepkisel robotbilimle ilgilenmemiz
gerekmekte.
12.1. Tepkisel Sistemler
Kısaca özelliklerini sıralayacak olursak:
1.
2.
3.
4.
Davranışlar robot hareketlerinin temel yapı taşlarını oluştururlar.
Tepki gösterimi sırasında soyut bilgi gösteriminden kaçınılır.
Hayvansal davranış modelleri bu sistemler için temel oluştururlar.
Bu sistemler doğaları gereği yazılım tasarımı açısından birimseldir.
Davranış-tabanlı robotbilimin büyümesi planlamanın her ne kadar iyi maksatla
olsa da zaman kaybı olduğunun anlaşılmasıyla oldu. Bir robotun belirsiz ve tahmin
edilemeyen bir ortamda planlama olmadan hareket etmesini, robota birbirinden
bağımsız belirli hedefleri olan davranış kazandırılması ve bu davranışların amaca uygun
düzenlenmesi sağlar.
12.2. Robot Davranışı Temelleri
Sistemi oluşturacak robot davranışlarının kaynağına dair
girildiğinde aşağıdaki sorulara cevap aranır.




sorgulamaya
Robot sistemleri için doğru davranışsal yapı taşları nelerdir?
Gerçekten basit davranış nedir?
Bu davranışlar nasıl etkin bir şekilde düzenlenir?
Bu davranışlar algılayıcılar ve erişim düzenekleri üzerine temellendirilebilir?
Bu sorulara kesin ve tek cevaplar veriliyor olmasa da robot davranışlarını tasarlamakta
genel olarak kullanılan yöntemler kısaca şunlardır:
Etolojik Olarak Yönlendirilen/Sınırlandırılan Tasarım
Bilimsel çalışmadan tercihen biyoloji araştırmacısıyla model oluşturulur.
Oluşturulan hayvan modeli bilişimsel gereklilikleri karşılamak için düzenlenir ve
robotun algı-motor yetenekleri temellendirilir. Robotbilimsel deneylerin sonuçları
gerçek biyolojik çalışmaların sonuçlarıyla karşılaştırılır ve biyolojik model ya da robot
alter egosu gerçek hayvan verilerine uyum sağlayacak şekilde değiştirilir ve/ya
geliştirilir.
89
Bu çalışmaların sonuçları iki dal tarafından kullanılabilir. Robotbilimciler bu
kavramaları kullanarak daha zeki makineler yapabilir. Deneysel biyologlar hayvan
davranışlarıyla ilgili teorileri geliştirmek ve test etmek için kullanabilirler.
Durumsal Hareket Tabanlı Tasarım
Durumsal hareket robot hareketlerinin robotun içindeki koşullara
dayandırılmasıdır. Bu nedenle algılama problemi robotun içinde olduğu durumu
tanımasına ve bundan sonra hangi hareketi yapacağını seçmesine indirgenmiştir.
Robot kendisini yeni bir durumda bulduğu anda, yeni ve daha uygun bir hareket
seçer.
Bu türlü durumlar tanımlanmış ve sadece sınırlı koşullarda geçerli microdavranışlar olarak görülebilir. Bu şekilde robot geliştirme robot ve çevresinin etkileşimi
hakkında sağlam bilgiye sahip olmayı gerektirir.
Deneysel Olarak Bulunmuş Tasarım
Deneysel olarak bulunmuş robot davranışları değişmez bir şekilde aşağıdanyukarıya biçimde yaratılır. Temel işlemsel dayanağı bir robotu sınırlı sayıda
yeteneklerle donatıp, gerçek dünyada deneyler yapmak, gerçek dünyada neyin çalışıp
neyin çalışmadığını görmek, kusurlu davranışların hatalarını yalamak ve sistem tatmin
edici bir performans gösterene kadar yineleyen bir şekilde yeni davranışlar ekleme.
12.3. Genel Robot Davranışları
Hangi şekilde planlanırsa planlansın genel olarak robot davranışlarını dünya ile
ilişkileri bağlamında sınıflandırabiliriz:
1) Araştırma/ Yön davranışları (genel bir yönde hareket etme)
 Başlık tabanlı
 Belirli amacı olmadan
2) Hedefe yönelik iştahsal davranışlar (çekiciye doğru hareket etme)
 Ayrık nesne çekicileri
 Yer çekicileri
3) İsteksiz/Korunmacı davranışlar (çarpışmalardan kaçınma)
 Sabit nesnelerden kaçınma
 Hareket eden nesnelerden kurtulmak (kenara çekilmek, kaçmak)
 Çatışma
4) Yol takip eden davranışlar (belirli yolda hareket etmek)
 Yol takibi
 Koridora dolaşma
 Çizgi takibi
5) Bedensel davranışlar
90
 Denge
 Kararlılık
6) Sosyal/Birlikte yapılan davranışlar
 Paylaşım
 Bir şey araştırma
 Sürü
7) Tele otonom davranışlar (insan operatörle eşgüdümlü)
 Etkileme
 Davranışsal düzenleme
8) Algısal davranışlar
 Oküler refleksler
 Görsel araştırma
9) Yürüyüş Davranışları (ayaklı robotlar için)
 Adım kontrolü
 Beceriye Özel Davranışlar (Kol denetimi için)
 Ulaşmak
10) Tutan/ Becerili El Davranışları (nesne kazancı için)
 Tutmak
 Sarmak
13. DAVRANIŞ TABANLI MİMARİLER
Bilgisayar mimarisi için yapılmış tanım "Bilgisayar mimarisi kendisini, yüksek
derecede özgül ve özel bilgisayar tasarımlarını ortak yapı taşlarından oluşturmaya
adayan disiplindir."(Stone 1980) . Robotbilimde mimariden bahsedildiğinde
donanımdan daha çok yazılım mimarisi akla gelir. Bu tanımı değiştirirsek "Robot
mimarisi kendisini, yüksek derecede özgül ve özel robot tasarımlarını ortak yazılım
yapıtaşlarından oluşturmaya adayan disiplindir."
Bir başka tanımda "Bir mimari denetim sistemini organize etme prensiplerini
sağlar. Yapıyı sağlamanın dışında, denetim probleminin nasıl çözüleceğinin kısıtlarını
koyar."(Mataric 1992).
Robot mimarilerinin ortak özellikleri olarak şunları sıralayabiliriz.



Algı ve hareketi sıkı bir şekilde birleştirme gerekliliği üzerindeki vurgu.
Temsili sembolik bilgiden kaçınma
Genel durumun anlamlı parçalara ayrılması (davranış veya durum-hareket
ikilileri)
91
13.1. Hesaplanabilirlik
Bohm ve Jacopini'nin programlama dilerinde hesaplanabilirliği göz önüne alarak
türettiği sonuçları ele alalım. Eğer herhangi bir dil sıralama, koşullu dallanma ve
yinelemeden oluşan üç temel yapıyı içeriyorsa, tüm hesaplanabilir fonksiyonlar
kümesini hesaplayabilir. Bu durum hesaplanabilirlik açısından, genel programlama
dillerinin aralarında herhangi bir fark olmadığını gösteriyor. Buradan çıkan mantıksal
sonuca göre, bütün robotbilimsel mimariler görevleri sıralı yapabildikleri, koşullu
dallanmaya izin verdikleri ve yinelemeli yapılara olanak verdikleri için hesaplanabilirlik
açısından denktirler.
13.2. İlkeleri düzenleme
Robotbilimsel mimarileri ayırt edebilmek için birçok değişik boyut açığa çıkar:



Değişik koordinasyon stratejileri; rekabetçiye(örn: rasgele seçme, hareketseçme, oylama) karşılık işbirlikçi(örn: üst konumlanma)(superpositioning)
Davranış tanelendirilmesi: koşulsal hareket tabanlı sistemlerde bulunan microdavranışlar(Pengi) ve ya daha genel amaçlı görev tanımları (RAPs).
Davranış tepkilerinin kodlanması: ayrık olarak daha önceden tanımlanmış olası
tepkiler kümesi ve ya sürekli olarak potansiyel alan tabanlı yöntemler.
13.3. Araştırma Örneği
Mimarisel tartışmaları oturtmak için robotbilimde çok çalışılmış bir problemi
aramacılık üstünde düşünelim. Görev evinden ayrılan bir robotun ilgi çekici nesne
aramasıdır. Tipik uygulamalar kayıp bir şeyi arama ve ya değerli eşyaları toplama
olabilir. İlgi çekici nesneyi tespit etmenin ötesinde, robot ona doğru ilerler, toplar ve eve
döner. Bu sistemin görevini başarması için üst düzey davranışlar şöyle sıralanabilir:
Dolanma: dünya içerisinde ilgi çekici nesne arayarak dolaşma.
Edinme: tespit edilen ilginç nesneye doğru ilerleme.
Getirme: nesneyi edinildikten sonra eve getirme.
İndirgeme Mimarisi
Bu mimariyi Rodney Brooks MIT de 1980'lerin ortasında geliştirdi. Onun
tamamen tepkisel davranış-tabanlı yöntemi, algıla-tasarla-yap paradigmasının ürünü
olan Shakey' nin gerçekten çalışan robot yapımına zararı olduğunu iddia ediyordu.
Ayrıca gerçekleri sembolik temsili ederek yanlış yöne gittiğimizi söylüyordu. Mimarisi
farklı bir boyutta katmanlaşıyordu.
92
Bakış açısının temel prensipleri:










Karmaşık davranış karmaşık denetim sistemlerinin ürünü olmak zorunda
değildir.
Zekâ gözlemcinin gözündedir.(Brooks 1991)
Dünyanın en iyi modeli kendisidir.
Sadelik erdemdir.
Robotlar ucuz olmalıdır.
Parazitli ve ya hata yapabilir algılayıcılar olduğu durumlarda da sağlam
olabilmek tasarımın hedeflerindir.
Planlama bundan sonra ne yapılacağını anlamaktan kaçmanın başka bir yoludur.
Tüm kart üstü işlemler önemlidir.
Sistemler arttırmalı şekilde yapılmalıdır.
Gösterim yok. Ayarlamak yok. Karmaşık bilgisayarlar yok. Yüksek bantgenişlikli iletişim yok.
İndirgeme-Tabanlı Tepkisel Sistemlerde Tasarım:
Tasarımın temel yanı durumsallık ve cisimselliktir (Brooks 1991). Durumsallık
robotun etrafını algılayabilmesi ve soyut temsillerden kaçınması, cisimsellik de
robotların fiziksel yaratıklar olduğu ve deneyimin benzetim yerine doğrudan dünyada
edinilmesi gerekliliğini ısrar eder. Mataric özel iş robotunun tasarımı ve yapımı için
oluşturduğu buluşsal yöntemler şöyle sıralanabilir.



Niteliksel olarak iş için gerekli davranışların belirlenmesi, robotun dünyaya nasıl
tepki vereceğinin genel tanımı.
Birinci adımda belirlenen niteliksel davranışları ayrıştırıp, gözlenebilir ayrı
hareketler olarak robotun bağımsız davranışları tanımlanır.
Davranışsal tanecikler göz önünde bulundurularak düşük seviyedeki davranışlar
algılayıcılar ve erişim düzenekleri üzerine temellendirilir.
Motor Şemaları
Bir başka yaklaşım, biyolojik bilimlerden daha fazla etkilenerek indirgemeci
mimari yanında gelişti. Şema teorisinden faydalanan bu davranış-tabanlı yöntemin adı
motor şemalarıdır. Şema teorisi davranış tabanlı sistemlere şu özellikleri katar:





Şema teorisi motor davranışını aynı anda oluşan birden fazla hareketin denetimi
olarak açıklar.
Bir şema nasıl tepki verileceğini ve tepkinin anlaşılabileceğini saklar.
Şema teorisi hesaplamanın dağıtımlı modelidir.
Şema teorisi hareket ve algıyı birleştirmek için bir dil sunar.
Şemalara iliştirilmiş harekete geçme düzeyleri hareketin hazırlığını ve
uygulanabilirliğini belirtir.
93


Şema teorisi şema kazancı ve şema ayarlaması yoluyla öğrenme teorisi sunar.
Şema teorisi dağıtımlı YZ uygulamalarının(davranış-tabanlı robotbilim) yanında
beyin işlevlerinde anlamaya yarar.
Şema teorisi sinir biyolojisi ve yapay davranış arasındaki benzerliklerden
faydalanmaya çalışır. Arkin(1989,1990,1993) şema teorisinin kendinden devinimli
robotbilim ile ilgisini sunmuştur.
1) Şema teorisi sinir ağlarına kıyasla, motor denetiminin ve algının
gösterimi konusu çok taneli birimsellik sunar.
2) Şemalar aynı anda bireysel dağıtımlı aracılar olarak birlikte ya da
yarışma içinde bulunurlar ve dağıtımlı işleme örtüşmeye hazırdırlar.
3) Şemalar daha karmaşık davranışlar üretmek için davranışsal ilkeller
sunarlar.
4) Temelinde kavramsal ve sinirbilimsel destek olduğu için bunlara
eklenecek yeni modeller uyarınca geliştirilebilir.
Motor şemaları yöntemi diğer davranış tabanlı yaklaşımlardan şu önemli yönlerde
ayrılmaktadır:





Davranışsal tepkiler düzenli tek biçimde gösterilir: potansiyel alan yaklaşımıyla
oluşturulmuş yöneyler.
İşbirliği birliktelik yoluyla yöneyler toplanarak yapılmaktadır.
İşbirliği için önceden belirlenmiş sıradüzen yoktur: Şemalar algısal olaylara göre
örnekleri yaratılıp, yok edilebilir. Bu nedenle katmanlı bir mimariden çok
değişken devingen bir ağdır.
Sade isteğe göre seçme uygulanmamaktadır: Her davranış göreli ağırlığı(G)
ölçüsünde robotun genel tepkisini belirler.
Algısal belirsizlik davranışsal hesaplamaya girdi olarak sağlanarak davranışın
tepkisine katılır.
Motor şema tabanlı sistem tasarımı:
1. Problem etki alanındaki görevi başaracak gerekli motor davranışlarını nitelendir.
2. Motor davranışlarını uygun olduğu yerlerde biyolojik çalışmalara başvurarak en
ilkel hallerine getir.
3. Robotun algılanan çevresel etkilere karşı tepkilerini anlatacak formüller geliştir.
4. Beklenen davranışların ortalama başarımını ölçecek benzetim çalışmaları
yönetmek.
5. Her motor şemasının girdilerini karşılayacak algılama gerekliliklerini tespit
etmek.
6. Her davranışa özel algılama algoritmayı geliştirme.
7. Oluşan denetim sistemini hedef robotla bütünleştir.
8. Sistem performansını test et ve değerlendir.
94
14. GÜNÜMÜZ ROBOT TEKNOLOJİSİ
Robotlar yalnızca bilim adamlarının ilgisini çekmiyor. Dünyada çok sayıda
amatör robot yapımcısı var. Amatör robotçular, kendi başlarına yada kurdukları
topluluklarda robot üretiyorlar. Robot tasarımının herhangi bir sınırı olmadığı için
ortaya çıkan ürünler de sınır tanımıyor. Ülkemizde amatör robot çalışmaları çok yeni.
Ancak Gazi, ITU, ODTU, Atılım, Uludağ gibi üniversitelerde kurulan robot toplulukları
ve kendi başına robot ilgilileri var.
14.1. Robot Oyunları
Dünyanın çeşitli yerlerindeki amatör robot yapımcıları, yapılan etkinliklerde bir
araya geliyorlar. Bunlar arasında en çok ilgi çekeniyse robotlar arasında yapılan
karşılaşmalar. Bu karşılaşmaların ilk örneği ve hala en yaygın olanları sumo robot
güreşleri. Robotlar birbirlerini, sınırları 1,5 metre çapında çemberle belirlenen bir
sahanın (dohyo) dışına itmeye çalışıyorlar. Çizgiyi geçen yani sahadan çıkan robot
kaybediyor.
Bu turnuvaya katılan robotlar uzaktan kumandalı değil. Robotlar tamamen
kendiliklerinden karar verip oynuyorlar. Burada yapay zeka büyük önem taşıyor. Ve
birde Robot savaşları var bu da en az diğerleri kadar ilgi görüyor. Bu uzaktan kumandalı
ya da otomatik robot araçlar arasında düzenlenen bir yarışma. Amaç rakip robotları
hareketsiz kılmak ve çalışır durumda kalan tek robot olmak. Robotlar için boyut
sınırlaması yok tek sınır robotların ağırlıkları robotlar ağırlıklarına göre ayrılıyor ve her
biri kendi siklet grubunda mücadele ediyor. Birbirlerini kullanılmaz hale getirmek için
değişik silahlar kullanıyorlar biri matkap kullanırken diğeri ateş topu atan bir
mekanizma kullanabiliyor. Robotların yetenekleri geliştikçe gerek bilim adamları gerek
amatör robotçular tarafından düzenlenen robot yarışmaları artacak gibi görünüyor.
14.2. Sumo Robotlar
Sumo robotlar, robotikle hobi olarak ilgilenenlerin Japon sumo güreşlerinden
esinlenerek aynı güreşi robotlara yaptırmak istemeleriyle ortaya çıkmıştır. Hobi
robotiğin vazgeçilmez robot türüdür.
Sumo robotlar otonom hareket yeteneğine sahip, elektronik devreler içeren,
birbirleriyle mücadele etmek amacıyla tasarlanan, amaçlanan hareketler için
programlanmış robotlardır. Farklı standart ve kategorilerde üretilirler. Sumo robotları,
birbirleriyle Dohyo adı verilen belli standartlara ve özelliklere sahip yuvarlak bir ring
üzerinde karşılaşırlar. Karşılaşma süresince sumo robotlar birbirlerini ringin
çevresindeki çizginin dışına iterek atmaya çalışırlar. Robotlar kontrast sensörleri
sayesinde dohyonun çevresindeki beyaz çiziyi algılar, ring dışına çıkmamaya, ring
içinde kalmaya çalışırlar. Robotlara, çevresini ve rakip robotu kısa sürede algılaması
için muhtelif sensörler (IR, ultrasonic, laser, vb) eklenmekte ve geliştirlmiş taktik
95
algoritmalarda yüklenmektedir. Sumo robotların maçı kazanmasında sahip olduğu
mekanik, elektronik tasarım ve yüklü olduğu program algoritmaları etkili olur.
Sumo robot kategorileri 5 sınıftır.
Sınıf
Yükseklik
En
Boy
Ağırlık
Ağır Japon sumo
sınırsız
30
30
10.000
Sumo
sınırsız
20
20
3.000
Mini Sumo
sınırsız
10
10
500
Micro Sumo
5
5
5
100
Nano Sumo
2.5
2.5
2.5
25
(cm)
(cm)
(cm)
(gr)
96
14.3.Robocup
Her yıl düzenlenmekte olan Robocup yarışması bu
sene Haziran ayında yapılacak Dünya Futbol Şampiyonası ile
aynı zamanda ve Bremen kentinde yapılacak. RoboCup
kategorileri küçük, orta, ayaklı robot ve simülasyon olarak
özetlenebilir. Simülasyon kategorisinde bilgisayar ortamında
programlanmış robotlar mücadele ediyor. Fiziksel bazı
parametreler ve gürültü istatistiksel olarak modelleniyor.
Daha zorlu kategoriler ise gerçek robotların futbol oynadığı
küçük ve orta kategoriler. Robotlar kendi alıcılarını
kullanarak veya takım arkadaşlarıyla haberleşerek önceden
çalışmış oldukları stratejileri uygulamaya, modelleme
yoluyla karşı stratejiler geliştirmeye çalışıyorlar.
Robo Cup'un asıl hedefi ise 2050 yılında dünya şampiyonu futbol takımına karşı
90 dakika mücadele edecek ve kazanacak, tamamen otonom robotlardan oluşan bir
futbol takımı yaratmak. Merdiven çıkmayı becerebilen insan boyutlarında bir robotun
çok yakın zamanda ve ne kadar büyük bir bütçe ile imal edildiği düşünülürse, bu
hedefin ne kadar yüksek olduğu daha iyi anlaşılabilir.
Bu araştırmaların tek sonucu futbol konusunda daha derin bilimsel veri elde
etmek değil elbette. Futbol eş-zamanlı algı, veri işleme, hareket, adaptasyon, öğrenme,
uzmanlık ve iletişim gerektirdiği için çok zor bir uygulama alanı. Futbol oynayan
robotların dizaynı sırasında elde edilecek tecrübe birçok alanda kullanılabilecek.
RoboCup'un (özellikle yakın zamanda deprem felaketinden zarar gören ülkemiz için) en
önemli yan ürün hedefi büyük felaketlerde kurtarma çalışmaları yapabilecek otonom
97
robotların yaratılması. Ayrıca futbol, aktivitelerine dünya çapında ilgi gösterilecek
kadar popüler olduğu için sponsorların da ilgisini çeken bir alan. RoboCup her kesime
hitap ediyor: Araştırmacılar teknik tartışmaları takip ederken seyirciler robotların
yaptığı maçları seyrediyorlar.
14.4. Günümüzün Popüler Robotları:
Aibo
Aibo Sony’nin geliştirdiği bir evcil hayvan robotudur. 1999’dan beri çeşitli
modalleriyle üretimi sürdürülmektedir. Gelişmiş bir yapay zekâsı olan bu robot aynı
zamanda RoboCup yarışmalarına katılmaktadır.
98
Asimo
Honda’nın 2000 yılında geliştirdiği bu humanoid robot insansı bir yapıya sahip
olmanın yanında bir insan gibi yürüyebiliyor ve hatta koşabiliyor (max. 6 km/sa). İsmi
'Yenilikçi Hareketlilikte İleri Adım' anlamına gelen 'Advanced Step in Innovative
Mobility' kelimelerinin kısaltılmasından oluşur.
Özellikleri:
Ağırlık: 43kg
Yürüme Hızı: 0-2.7 km/sa
Koşma Hızı: 6 km/sa
Uzunluk: 130 cm
Genişlik: 45 cm
Derinlik: 44 cm
Devamlı çalışma süresi: 1 saat
Hubo
Hubo, Kaist ( Korea Advanced Instıtue of Science and
Technology ) tarafından 6 Ocak 2005’te tanıtılan bir humanoid
robottur. Hubo Asimo’dan sonra geliştirilen ilk humanoid ( insansı )
robottur ve Asimo’ya rakip olarak geliştirildiğini söylemek
mümkündür. Ayrıca işaret dilini bilen ve anlayabilen ilk robottur.
Toyota Partner
Toyota geliştirdiği bu humanoid robot 120 cm boyunda ve 35 kg ağırlında.
Toyota Partner gelişmiş bir yapay zekaya sahip olup trompet çalabiliyor. Trompet
çalabilmesini sağlayan mekanizmalar hareketli parmakları ve nekanik dudaklarıdır.
99
Kismet
MIT’de Yapay Zeka Üretim Merkezi’nde Cynthia
Breazel adlı araştırmacı tarafından geliştirilen Gremlin
benzeri bu humanoid robot, insansı görünüşün yanı sıra
mimikleriyle de göze çarpıyor. Araştırmacılar, "Kısmet"in
geleceğin tamagochisi olacağını belirtiyor. Robotun Türkçe
bir isim taşıması dışındaki en önemli özelliği belirli
verilere tepki gösterme donanımına sahip olması. Bebekler
model alınarak yapılan robot, mutluluk, üzüntü, ilgi,
sürpriz, yorgunluk gibi 10 farklı durumu, gözlerini,
kaşlarını, ağzını ve kulaklarını oynatarak sergileyebiliyor.
Robotun tepkilerine başka bir örnek de, bir oyuncak
gösterildiğinde ilgi duyması, oyuncak sağa ve sola hızla
sallandığında
ise
korkması.
Sony QRIO
Sony tarafından geliştirilen bu robot çok sayıda dokunma,
hareket, ısı ve acı algılayıcısına sahip durumda. 60 cm
uzunluğunda ve 7,3 kg ağırlığında. Sony QRIO üçüncü göz adlı bir
teknolojiyle yerdeki kutu ve cisimleri algılayarak düzgün şekilde
üst üste dizebilme yeteneğine sahip bir robot.
Robonaut
NASA tarafından geliştirilmiş olup parmaklarında çok
sayıda dokunma sensörüne sahiptir. Gelişmiş yapay zekası ile uzay
görevlerinde kullanılmak için tasarlanmış. Robonaut insan
hünerine sahip eliyle, uzay istasyonu parçalarını monte edebilecek.
NASA'nın son robot kuşağına mensup olan Robonaut'u diğer
robotlardan farklı kılan özellik, dört parmaklı olması, yani
nesneleri insan gibi kavrayabilmesi. Diğer robotlar ise nesneleri
kıskaçla tutabiliyorlar.
100
Fighting Musa Robot
Bu robot, Manufacturing & Mechatronics Lab of Seoul
National University tarafından Kendo yapabilen bir robot olarak
tasarlanmış. 163 cm boyunda ve 70 kg ağırlığında. Elindeki
bambu ağacından yapılmış kılıç ile kendisine yöneltilen atakları
engelleme yeteneğine sahiptir.
15. ROBOT BİLİMİN GELECEĞİ
Steven Spielberg'ün filmi "Yapay Zeka"da, insan biçimindeki zeki robot ile
yerine geçmeye çalıştığı çocuk arasında hemen açığa çıkan bir fark vardı: zeka...
Robotların araba yapımından ameliyatlara, savaş teknolojilerinden günlük işlere kadar
çok çeşitli amaçlarla kullanılması, bizi gelecekle ilgili beyin jimnastiğine zorluyor.
Acaba insanlarla robotlar arasındaki o büyük uçurum aşılabilecek mi? Dahası, robotlar
insanların yerini alabilecek mi?
İnsan biçimli robot hayali, bilimkurgu öykülerinin ve sinemasının vazgeçilmez
unsuru oldu. Bu, insanın fiziksel özelliklerine ve duygularına sahip robotların
karakterleri, tüm dünyada değişik şekillerde tasarlanıyor. Örneğin Japonya'daki robotlar,
genellikle çizgi film kahramanlarını andıran arkadaş canlısı, iri gözlü ve dik saçlı
modeller. Batıda "Terminator" tipli, silah düşkünü robotlar tercih ediliyor. Her şeye
rağmen, önümüzdeki 20 yıl içinde sadece bilimkurgu öğesi olarak kalmayacaklarına
kesin gözüyle bakılıyor.
En çok ilgi uyandıran robotlar, kuşkusuz insan biçimli olanları. Araştırma
laboratuvarları arasındaki yarış her geçen gün kızışıyor; duygularıyla, algılamalarıyla ve
karar verme yetenekleriyle insana benzeyen robotlar üretmeye uğraşıyorlar. Kuşkusuz
bu rekabet, robotların dış görünüşleri ve donanımlarında gelişmelere yol açıyor.
Örneğin, çok parmaklı robot eller üretildi, yapay kaslar geliştirildi ve dokunma alıcıları
tasarlandı. Asıl sorun, tüm bunların bir araya getirilmesi ve kusursuz biçimde
çalışmalarınınsağlanması.
Reading Üniversitesi sibernetik profesörlerinden Kevin Warwick, "Tüm vücut
parçalarının kontrolünü sağlayacak beynin üretilmesi için yıllar gerekiyor, ama bu
imkânsız değil. Aslında, beynin hareketlerini kontrol eden motor bölümü,
kavrayabildiğimiz bir olgu. Asıl zor olan insan beyninin bütününü çözümleyebilmek"
diyor.
101
Bilim adamları, 50 yıllık çalışmaların ardından "Yapay Zeka" (Artificial Intelligence,
AI) konusunda önemli mesafeler aldılar. AI alanındaki ilk girişim, baştan aşağı
bilgisayara yüklenen programlarla çalışan robotlardır. Böylece karmaşık karar
aşamasında insani yetenekleri taklit edebilmeleri umuluyor. Ama, bu uygulama sayfalar
dolusu programlama gerektirmekte.
Robotlar işçilere, endüstrilere ve hatta ülkelere özel faydalar sunmaktadırlar.
Eğer doğru planlama yapılırsa endüstriyel robotlar çalışanların hayat standartlarını,
onları zor, sıkıcı ve tehlikeli işlerden uzaklaştırarak yükseltebilirler. Robotların işçilerin
yerini alarak onların işsiz kalma ihtimalini ortaya çıkarttığı doğrudur. Fakat pek
görülmeyen başka bir konu da robotların yeni işler yarattığıdır; Robot teknisyenliği,
robot satıcılığı, mekatronik mühendisliği, robotik programcılığı ve hatta robotik
yöneticiliği. Endüstride robot kullanımının bir başka faydası ise robotların hiç
değişmeyen çalışma standardına bağlı olarak ortaya çıkacak olan yüksek verimlilik ve
yükse kalitedir. Endüstriyel robotlar, performanslarında hiç değişme olmadan aralıksız
olarak 24 saat çalışabilirler. Sonuç olarak ürettikleri malların maliyetlerinde önemli
düşüşler sağlamaları mümkündür. Robotların sağladığı bu faydalar sayesinde
üretimlerinde robot kullanan ülkelerin dünya marketlerinde ekonomik açıdan bir adım
önde olacakları da açıktır.
Sonuç olarak; robotların gelecekte şu an olduğundan daha önemli bir yere
geleceğine kesin gözüyle bakılıyor. İlerleyen araştırma ve çalışmalar ile gelişen
teknoloji sayesinde robotlar insan hayatının birçok alanına girecek.
102
16. KAYNAKÇA







http://tr.wikipedia.org
http://en.wikipedia.org
http://www.robbot.org
http://robot.cmpe.boun.edu.tr
http://robot.metu.edu.tr
http://www.ntvmsnbc.com
MEGEP Modülleri

Endüstriyel Robotlar ders notlarını indirmek için Tıklayınız….

Transkript

Benzer belgeler

2.4 Robotik: Robotiğin Temeli ve Robotların Geleceği

Kategori kurallarını PDF olarak indirmek için tıklayınız

Robotlar : Sosyal Etkileşimli Makineler

Modüler bileşenlerden oluşan bir centilmen

Takım tezgahında robotlar.

gezgin robotlar için görsel temelli yönelim ve ortam

ROBOT YATIRIMLARI ZİRVESİ ve SERGİSİ

buradan - Electrobotic

schunk - Endüstri Otomasyon

Sayı 5 - İbrahim Çeçen Vakfı

Kantin, Kafeterya ve Çay Ocakları İşletim ve Denetim

GELECEĞİN FİZİĞİ Bilim 2100 yılına kadar insanlığın kaderini ve