 |
Robotlara ilişkin bir kaç söz |
Tuğba Danacı İTÜ İşletme Müh. Böl. Uluslararası ticaretteki rekabet her geçen gün artmaktadır. Başarılı olmak için üretim maliyetlerini düşürerek, kaliteyi yükseltmek ve müşteri isteğine en kısa sürede cevap vermek gerekmektedir. Bütün bunları yapabilmek için ise, yeni teknolojilerin başta robotların üretim sistemlerine uyarlanmasından başka bir yol görülmemektedir. Son 130 yılda gerçekleşen üretkenlikteki 25 katlık artışın yarısı yani robotik ve otomasyon teknolojilerinin uygulanmasından, diğer yarısı da insanların verimliliklerin yükselmesinden kaynaklanmıştır. Robot, sensörler ile çevresini algılayan, algıladıklarını yorumlayan, bunun sonucunda karar alan (yapay zekâ), karar sonucunda eylem olarak hareket organlarını çalıştıran veya durduran bir aygıttır. Amerika Robot Enstitüsü tarafından yapılan tanıma göre robot yeniden programlanabilen; maddeleri, parçaları, aletleri, programlanmış hareketlerle yapılacak işe göre taşıyan veya işleyen çok fonksiyonlu makinelerdir. Dünya literatüründe "robot" kelimesi ilk defa 1917 yılında Karel Capek'in kısa hikâyesi olan Opilec de geçmiştir. Robot kelime olarak Çek dilinden gelmektedir. Ağır, sıkıcı, angarya iş manasındadır. Dünyada ilk olarak robotlarla ilgilenen bilim dalına "Robotik" ifadesini kullanan kişi ise Issac Asimov'dur. Issac Asimov’a göre robot kavramında insanlığın geleceği için üç önemli kuram vardır: 1. kuram: Bir robot insana zarar vermez ve bir insanın zarar görmesine izin vermez. 2. kuram: Bir robot birinci kanuna aykırı olmadığı sürece insanlar tarafından verilen tüm emirlere itaat eder. 3. kuram: Bir robot birinci ve ikinci kanuna aykırı bir durum olmadığı sürece kendi varlığını korur. Robotlar günümüzde eğlenceden sanayiye kadar bir çok sektörde kullanılmaktadır. Robot teknolojisinin bu kadar hızlı gelişmesinin nedenleri sağladığı yararların anlaşılması ve kontrol-yazılım teknolojisindeki gelişmelerdir. Özellikle üretim maliyetlerindeki düşüşlerden dolayı endüstriye yönelik uygulamalar ağırlık kazanmıştır. Robot tasarımında insanoğlunun fiziksel özellikleri temel alınmakta ve en çok tasarıma konu olan organ ise insan eli ve insan elinin tutma kaldırma özellikleridir. Bir robotu oluşturan temel elemanlar: • Linkler ve mafsallar • Bilek • El ya da uç elemanı • Sürücüler ve sürücü mekanizması • Kontrol mekanizması • Sensörler • Arabirimler Linkler ve Mafsallar: Mafsallar bağlantı elemanlarıdır. Mafsallar döner veya kayar şekilde olabilirler. Mafsalların arasında kalan sabit kısımlar link adını alır. Linkler robotun cisimleri taşımasında destek olarak kullanılan katı ve hareketsiz elemanlardır. Genelde ağırlığı azaltmak ve vites aksamı, elektriksel kablolama, kontrol işareti hatları ve hava boşluklarına yer sağlamak için içi boş olarak yapılırlar. Kolun doğru şekilde konumlandırılabilmesi için mafsallar hassas olarak yapılmalıdır. Mafsalların doğru ve yumuşak şekilde hareket etmeleri için bilyeli yataklar kullanılır. Bilek Bilekler kolun sonuna monte edilirler ve iki ya da üç bağlantı yeri içerirler. Genelde tek bir birim olarak yapılırlar. Bileğin üç hareketi (dönme, yuvarlanma, atma) mevcuttur. Robotun işi verimli ve hassas şekilde yapabilmesi bilek tasarımına bağlıdır. El ya da Uç Elemanı Bileğin üzerinde bulunan bir yerleştirme elemanıyla bilek ile bir çok uç elemanının kullanılması mümkündür. Genelde kullanılan uç elemanları, kavrayıcılar, pençeler, kaynak tabancaları, havalı tutuculardır. Sürücüler ve Sürücü Mekanizması Linkleri bağlantı yerlerinin etrafında hareket ettirmek için elektrik motorları, hidrolik sistemler ve pnömatik sistemler kullanılmaktadır. Pnömatik sistemler birçok endüstriyel robotta tahrik sistemi olarak kullanılmakta olup, maliyetleri oldukça düşüktür. Ancak kontrolleri oldukça karmaşıktır. Basit yapılı robotlarda eksen hareketlerinin tahrikinde kullanılırken, gelişmiş robotların tutucu kısımlarının tahrik edilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Hidrolik sistemler büyük güçlü robotlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Dezavantajları ise yavaş çalışmaları ve bulundukları ortamı yağ sızdırmalarından dolayı kirletmeleridir. Elektrik motorları DC, AC ve step motorlardır. DC Servo Motorlarda, pozisyon ve hız kontrolünün geniş ölçülerde ve kolay yapılabilmektedir. Bakım masrafları ve kurulum masrafı diğerlerine göre çok daha fazladır. AC Servo Motorlar, DC Servo motorlara göre daha ucuzdurlar, bakıma az ihtiyaç duyarlar ve sessiz çalışma özellikleri vardır. Step Motorlar, diğer motorlara göre sürücü ünitelerinin ucuz olmasından dolayı tercih edilirler. Ayrıca konum kontrolünde daha hassas kontrol yapmaktadır. Daha çok robot tutucularında kullanımı yaygındır. Sürücü mekanizmaları yardımıyla sürücü hareketi istenen hız ve yöndeki bir harekete dönüştürülür. Sürücüler ile birlikte kullanılan sürücü mekanizmaları şu şekilde sayılabilir: Mekanizmalar: • Doğrusal Hareket Mekanizmaları • Kayan dişli sistemi • Dişli kayış ve zincir düzeni • Bilyalı vidalar Kontrol Mekanizmaları Kontrol mekanizmaları deyimi, kollar, bilekler ve uç elemanlarını uyumlu bir şekilde hareketini sağlamak ve yönlendirmekte kullanılan tüm cihazları içine alır. Yönetim PLC (Programmable Logic Controller) devreler ve son zamanlarda bilgisayarlar ile yapılır. Ancak sanayi söz konusu olunca PLC daha çok tercih edilir. Çünkü PLC’ler entegre devrelerden oluşur ve komutları harfiyen yerine getirir. Bilgisayarda ise MultiTasking (Çok Görevlilik) olduğu için kilitlenebilirler, proses aksayabilir. Son zamanlarda beliren yaklaşım, bilgisayar ile PLC leri programlamaktır. Bilgisayar yazılım tekniklerinden en fazla kullanılan 3 tanesi ise şöyledir: • Off-line programlama • On-line programlama • Kılavuz programlama Off-line programlama, üretim hattından uzakta bulunan yerlere hareket programı yazmayı kapsamaktadır. Bu programlama tekniğiyle, robot sistem mafsallarının dinamik hareketleri kontrol edilebilir. Off-line programlama için ileri düzeyde planlama detaylarını bilmek gerekir. Bu tip programlamalar montaj hattında birden fazla robotun birlikte çalıştığı durumlarda kullanılabilir. On-line programlama programcı, programın yapılışı sırasında robotla doğrudan bağlantılıdır. Bu programlama sisteminde, robot kumanda merkezinde öğretim kutusu adında kontrol paneli vardır. Öğretim kutusu paneli üzerindeki kontrol butonları sayesinde programcı, robot kolu ile uç elemanını tanımlar ve programlar. Böylelikle kol hareket ettirilmesi, bel döndürülmesi vb. işler yapılabilir. Operatör, kontrol paneli ve robotun yanında bulunarak, manuel olarak robot sisteme yaptırılması planlanan işi öğretir. Daha sonra robot sistem öğretilen bu hareket şekillerini kendiliğinden yapabilir. Mafsalların hangi sıra içerisinde, ne kadar uzağa, mümkün olan hangi hızda hareket edeceği talimatları, öğretici butonlar kullanılarak hafızaya alınır. Operatör programlamayı tamamladığında belirtilen talimatlar gerçekleştirir. Aşağıdaki iş alanlarında on-line programlama sistemi kullanımı pratiklik sağlar: Bir palet üzerinden elemanı ya da parçayı alarak, bir makineye yerleştirme işlemleri Parçaları tezgahtan alarak tekrar palete koyma işleri Parça monte etmek işleri Cisimleri konveyör hattında hareket ettirme işlemleri Kapları sıvı ile doldurma işleri Isıl İşlem fırınlarına parça verip-alma ve yerleştirme işlemini hızlandırma Kılavuz programlamada operatör, robot kolu tutacağından, yapılacak işi yavaş bir şekilde robot kola bir defa yaptırır. Bu işlem sırasında robot sistemin hareket algılayıcıları kayıt modundadır. Yapılan bu kayıt, robot sisteme playback olarak tekrarlanabilir. Robot sistemin görevini yapması için kontrolör, kaydedilmiş hız ve sırada istenilen konuma mafsal hareketini yaptırır. Bu tip programlama ile çok karmaşık hareketler üretilebilir. Kılavuz programlama aynı zamanda öğretici panel olmaksızın nokta operasyonda da kullanılabilir. Nokta ve konum marka edilir. Her iki konum kontrolöre kaydedilir. Program çalıştırıldığında, robot iki nokta arasındaki mesafeyi en kısa yoldan alacaktır. Bu işlemin endüstrideki en iyi uygulama yeri, panel üzerine deliklerin açılması işlemidir. Kılavuz programlamanın en genel olarak kullanıldığı yerler ise şu şekilde sıralanabilir: Birleştirme yerlerine tutkal, yağ sürme, kaplama Birleştirme bölgesini mühürlemek Kaynak bağlantılarını taşlayıp, gizlemek Sürekli ve süreksiz kaynak Sensörler Robot sisteminin en önemli özelliği çevresini algılayabilmesi ve sonuçları değerlendirip harekete geçmesidir. Kullanılan sensörler robotun yapması istenilen işe ve işin hassasiyetine göre seçilir. En çok kullanılan sensörler basınç, sıcaklık, optik ve lazer sensörleridir. Arabirimler Arabirimler, robotun dış dünyayla olan bağlantılarıdır. Yardımcı cihazlar, bilgisayarlar ve dış duyargalardan elektriksel işaretlerin alınmasını içerir. Robotlar yapısal özelliklerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar: • Yapısal yeteneklerine göre (kartezyen, silindirik, polar, mafsal, SCARA) • Güç kaynağının yapısına göre (Hidrolik, Elektriksel vb.) • Hareketli - Sabit robotlar. • Yeteneklerine göre (Ardisil kontrollü robotlar, adaptif, zeki, tekrarlayan) • Kontrol Yöntemlerine göre (Noktadan noktaya, Sürekli yörüngeli, Kontrollü yörünge izleyen) Yukarıdaki sınıflandırmalar haricinde robot literatüründe robotlar yaptıkları işe ve büyüklüklerine göre genel isimler alırlar: • Solarbot ışığı aramaya, takip etmeye veya ışıktan kaçmaya programlanmış robottur. Işıkla ilgili olduğundan dolayı en az 1 adet ışık sensörü kullanır. Robot basit olduğu için mikroişlemci yerine genellikle lojik devreler kullanılır. Küçük ve az akım çeken DC motorlar tercih edilir. Güç kaynağı olarak güneş pili kullanır. • Sumo robotlar, robotikle hobi olarak ilgilenenlerin Japon sumo güreşlerinden esinlenerek aynı güreşi robotlara yaptırmak istemeleriyle ortaya çıkmıştır. Sumo robotlar otonom hareket yeteneğine sahiptir. 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 geliştirilmiş taktik algoritmalarda yüklenmektedir. • Beam (Biology, Electronics, Aestetics, Mechanics) robotlar 2 transistörlülerden kompleks 8 eklemli 4 ayaklılara kadar değişebilir. Yapımında mikroişlemci, mikrodenetleyici kullanılmaz. Bu tür robotlar daha basit devrelerle, transistörlerle, lojik devrelerle tıpkı bir sinir ağı gibi oluşturulurlar. Genellikle oluşturulan mantık devreleri ile sensörlerden algıladıkları sinyalleri yorumlarak eyleyicilerini hareket ettirirler, böylece kendinden içgüdümle hareket ederler. • Bipedal Robotlar iki ayaklı robotlara verilen isimdir. Bir bipedal robot aynı zamanda insana anatomik olarak benzerse buna "Humanoid" adı verilir. Bipedal robotlar gelişmiş robotlardır. Bu tip robotlarda denge en önemli unsurdur. Basit bir prototipi en az 2 adet motorla yapılabilir. Biri ayağı kaldırır diğeri ileri itecek şekilde bağlanabilir. Asimo bipedal robotlara en iyi örnektir. • Mini / Mikrorobotlar boyutları milimetre mertebesindeki robotlara mini, boyutları milimetreden daha küçük robotlara mikrorobotlar denir. Bu tür robotlar uzay çalışmalarında, tıpta, askeri uygulamalarda ve daha pek çok yerde kullanılmaktadır. Bu tür robotları yapmak için mems yani mikro elektronik mekanik sistemlere ihtiyaç vardır. Az yer kaplamaları, otomatik çalışmaları ve yapımının düşük maliyetli olması gibi etmenler robotikte mini/mikro robotlara özel bir yer sağlamıştır. • Nanorobotik çok küçük boyutlarda (atom ve molekül boyutlarına kadar) manipülasyon ve operasyon yapan robotlardır. Nanorobotiğin ilgilendiği en önemli alan, tıbbi mikro-robotlardır. İnsan içinde kanser gibi hastalıkları rahatsızlık vermeden tanıyıp, lokal olarak ilaç verebilecek ve biyopsi ve cerrahi müdahale yapabilecek küçük kablosuz robotlar geliştirilmektedir. Nanorobotiğin ilgilendiği diğer bir alan ise, insan içindeki durağan sıvılarda (damarlar, böbrek, omurga ile beyin sıvısı boşluğu ve gözün içi) yüzerek hastalıkları tanıyıp tedavi edebilecek milimetreden küçük çapta yüzen robotlar geliştirmektir. Diğer bir alan da, mikron ve nanometre boyutlarında cisimleri, parçaları ve biyolojik maddeleri çok hassas olarak manipule edebilecek nano-robotlar geliştirimektir Sonuç Yazılım ve kontrol teknolojisi geliştikçe robotik teknolojisi gelişme gösterecek ve kullanım alanları artacaktır. Yakın gelecekte robotlar endüstriye yönelik olmanın yanı sıra bireysel ve kişisel ihtiyaçları da karşılayacak şekilde tasarlanacaktır. Kaynaklar www.robbot.org www.solarbotics.net www.robotmag.com www.vikipedi.com www.roboturk.org www.endtas.com www.robot.metu.edu.tr (ODTÜ Robot Topluluğu) www.robot.cmpe.boun.edu.tr ( Boğaziçi Üniversitesi Robot Topluluğu) www.cache.ucr.edu.tr (Adam’s Robot Page) Bozdemir M., Aydar A., Robot Sistemlerinin Kontrolü ve Oluşan Konum Hatalarının Analizi, Pamukkale Üniversitesi Bozdemir M., Aykut Ş., Robot Sistemler için Bilek ve Uç Eleman Tasarımında Dikkat Edilmesi Gereken Özellikler, Pamukkale Üniversitesi Caner U., Eroğlu M., Robot Kol Denetim Tasarımı için Durum Değişkenleri Geri Beslemeli ve Tümlevli Denetimci Yaklaşımı, Gazi Üniveristesi, Ankara Critchlow A.J., 1985, Introduction to Robotics, Macmillan Publishing Company Groover M.P., Weiss M.M, Nagel R.N., Odrey N.G., 1986, Industrial Robotics Technology, Programming and Applications, McGraw Hill Ranky G., Ranky P., Japanese prototype service robot R&D trends and examples, New Jersey Institute of Technology. Otomasyon Sayı 166, Mart 2006 www.bilesim.com.tr/tr/yayincilik/otomasyon/ |
|
|
|
|
|
[ |
|
