END?STRiYEL ROBOTLAR VE UYGULAMA ALANLARI

ROBOTLARIN SINIFLANDIRILMASI

4. ROBOTLARIN SINIFLANDIRILMASI

Gunumuzde kullanilan robotlar cesitli siniflara ayrilabilirler. Bunlar kullanilan eksen takimlarina gore, tiplerine gore, kullanilan tahrik elemaninin cesidine gore vb… Bunlardan en onemli olan siniflandirma yontemleri asagida verilmistir;

4.1. Robot Eksenlerine Gore Siniflandirma

Bir robot hareketinin kapasitesi, kontrol edilebilmesi mumkun olan eksenlerdeki hareketlerle belirlenir. Sayisal denetimdeki hareketlere cok benzerdir. Endustriyel robotlar degisik tip ve boyutlarda yapilmaktadirlar. Cesitli kol hareketlerini yapabilirler ve farkli hareket sistemlerine sahiptirler.

4.1.1. Robot Hareketinin Eksenleri

Manipulatorun kendi ekseni veya serbestlik derecesi diye tanimlanan degisik hareketleri vardir. Eger bir manipulator kendi ekseni etrafinda donuyorsa, bu robota “tek eksenli robot” denir. Eger manipulator yukari ve asagi dogru hareket ediyorsa, bu robota “cift eksenli robot” denir. Kendi ekseni etrafinda donen ve yukari asagi hareket eden manipulator, yatay eksende ileri – geri hareket de edebilir. Bu robota “uc eksenli robot denir. Endustriyel robotlar en az uc eksene sahiptirler. Bu hareketler, kendi ekseni etrafinda donmesi, yukari-asagi ve ileri-geri hareket edebilmesidir.

4.1.2. Calisma Alani Robot denildigi zaman aklimiza ilk etapta, insan gibi yuruyen, insan davranislari sergileyen, daha da onemlisi insan gibi dusunen ve karar verebilen makinalar geliyor. Bu da demek oluyor ki robotlarin tasarlanmasi ve gelistirilmesinde canlilarin yasama uyum saglamak amaciyla gelistirdikleri karakteristiklerden ilham alinmaktadir.

Robot kolunun yetisebilecegi toplam alana, calisma alani denir. Ã?ekil 1’de mafsalli bir robotun calisma alani ile bir insan kolunun calisma alani arasindaki benzerlik gorulmektedir.

Ã?ekil1. insan Kolu ile Mafsalli Robotun Calisma Alanlari Arasindaki Benzerlik

4.1.3. Koordinat Sistemlerine Gore Robotlarin Siniflandirilmasi

Koordinat sistemlerine gore robotlar dort kisimda incelenir:

• Kartezyen koordinat sistemi,
• Silindirik koordinat sistemi,
• Kuresel koordinat sistemi,
• Doner koordinat sistemi.

4.1.3.1. Kartezyen Koordinat Sistemi

Bu sistemde butun robot hareketleri; birbirlerine karsi dik acili sekilde olur (Ã?ekil 2). Bu konfigurasyon en kisitli hareket serbestine sahip robot tasarim seklidir. Bazi parcalarin montaji icin gerekli islemler kartezyen konfigurasyonlu robotlar tarafindan yapilir. Bu robot sekli birbirine dik uc eksende hareket eden kisimlara sahiptir. Hareketli kisimlar X, Y ve Z kartezyen koordinat sistemi eksenlerine paralel hareket ederler. Robot, uc boyutlu dikdortgen prizmasi hacmi icindeki noktalara kolunu hareket ettirebilir.

Ã?ekil2. Kartezyen koordinat sistemine ait sematik cizim

Ã?ekil 3.Kartezyen Robot

Bir kartezyen koordinat sisteminde, koordinat sistem merkezinin yeri, ilk iki baglantinin birlesme yerinin merkezidir. Merkezine dogru yapilan hareketler disinda, merkez hareket etmez, yani robotun merkezi sabittir. Robotun yerlestirildigi calisma alaninda eger X yonundeki hatti bir kolona dogru cevrilirse, X hatti daima ayni kolona dogru yonelir robotun programini yaparken dondugu yonde sorun yoktur. Bunlar verilmis bir robot donanimi icin, yer koordinatlari olarak bilinir.

4.1.3.2. Silindirik Koordinat Sistemi

Bu tip robotlar temel bir yatak etrafinda donebilir ve diger uzuvlari tasiyan ana govdeye sahip ozelliktedir.(Ã?ekil 5) Hareket duseyde ve ana govde eksen kabul edildiginde radyal olarak saglanir. Dolayisiyla calisma hacmi icerisinde robotun erisemeyecegi, ana govdenin hacmi kadar bir bolge olusur. Ayrica genellikle, mekanik ozelliklerden dolayi govde tam olarak 360° donemez.

Ã?ekil 5. Silindirik koordinat sistemi

Silindirik koordinatlarda tabana dik eksen etrafinda donme ve bu eksen uzerinde otelenme yapilirken bu eksene dik bir eksende de baska bir oteleme hareketi yapilir. Donme serbestligindeki mekanik engellerden dolayi teorik olarak silindirik bir calisma alani olusmasi beklenirken bazi bolgelerde silindir yapisi tamamlanamaz. Zemine ulasabilmenin arzu edildigi durumlarda robot kolu zemine acilan bir yuvaya yerlestirilir. Ancak bu durumda da ulasilabilecek maksimum yukseklik azalir. Radyal hareketten dolayi, silindirik koordinatli robotlar montaj, kalipcilik gibi alanlarda kullanilabilir. Bu tip robotlar da programlama acisindan fazla karmasik degildir. Ancak kartezyen koordinatli robotlarda oldugu gibi kayar elemanlarin korozyon ve tozlanmadan korunmasi gerekir.

Silindirik robotlar genellikle, kendi ekseninde 300° donmektedir. Geri kalan 60° ise robotun etrafinda guvenli bir alan olusturmak icin kullanilir. Bu guvenlik alanina olu bolge ismi verilmistir(Ã?ekil 6).

Ã?ekil 6. Silindirik koordinat sistemli robotun calisma alani

4.1.3.3 Kuresel Koordinat Sistemi

Matematiksel olarak kuresel koordinat sisteminin iki tane dairesel ve bir de dogrusal ekseni olmak uzere uc tane ekseni vardir. (Ã?ekil 7)

Ã?ekil 7. Kuresel koordinat sistemi

Robotikte kuresel koordinat sistemi en eski koordinat sistemlerinden biridir. Oldukca cok islevli, bircok uygulama alanina sahip ozelliginin yaninda, yapim ve montaj acisindan da oldukca kolaylik saglamaktadir.

Ã?ekilden de anlasildigi gibi temelde iki hareketi mevcuttur. Bunlar yatay ve dusey donmedir. ?cuncu bir hareket ise dogrusal (uzama kolunun ileri geri hareketi) harekettir. Dogrusal hareket aynen kartezyen koordinatlardan herhangi bir koordinatin hareketi gibi davranis gosterir.

Kutupsal koordinatlarda calisan bir robotun calisma hacmi iki kurenin ara hacminden olusur. Koldaki uzuvlardan biri dogrusal hareket yaparken bunu destekleyen diger uzuvlardan biri tabana dik eksen etrafinda digeri ise bu eksene dik ve tabana paralel eksen etrafinda doner. Olu bolgeler bu tip robotlarda da vardir. Oteleme hareketi yapan uzvun strogunun yetersizliginden dolayi zemine ulasmak mumkun olmaz.

Kuresel koordinat robotunun dusey ve yatay calisma alani Ã?ekil 8’de goruldugu gibi silindirik koordinat robotuna benzer. (Ã?ekil 8)

Ã?ekil 8. Kuresel koordinat robotunun yatay ve dusey hareket alanlari

 4.1.3.4. Doner Koordinat Sistemi

Eger bir robot herhangi bir is yaparken kolu dairesel hareketli baglamlarla olusturuyorsa, bu tip robotlara Doner koordinat sistemli robotlar denir.

Robot kolunun baglantilari govde uzerine, etrafinda donecek sekilde monte edilmistir ve dayanak noktalari birbirine benzeyen iki ayri bolumu tasir. Donen parcalar yatay ve dikey monte edilebilir. (Ã?ekil 9)

Ã?ekil 9. Doner koordinat sistemli robot eksenleri

360° donme saglanamaz ancak bu kayiplar minimuma indirilebilir. Ã?ekil 11’de doner koordinatlarda calisma hacmi gorulmektedir. Bu tip robotlarda robot kolun calismasi zor gozlenir. Calisma hacmindeki noktalara farkli yorungelerle ulasilabilir. Buna gore sistem parametrelerinin en uygun oldugu yol secilmelidir.

Doner koordinatli robotlarda kontrol islemi karmasiktir, dolayisiyla kontrol donaniminin da bu karmasikligi karsilayabilecek kapasitede olmasi gerekir.Ayrica bu tip robotlarda mafsallarda sizdirmazli kolayca saglanabilmektedir.

Ã?ekil 10. Doner koordinat sistemli bir robot

Ã?ekil 11. Doner koordinat sistemli robotun calisma alani

4.2. Robot Tiplerine Gore Siniflandirma

• Kartezyen robotlar,
• Mafsalli robotlar
• Scara robotlar.

4.2.1. Kartezyen Robotlar

Kartezyen koordinat sisteminde butun robot hareketleri birbirine 90°’lik aciyla hareket eder. Bu nedenle kartezyen robotlar dikdortgenimsi bir bicimdedir. Gunluk hayatimizda saga sola, asagi yukari vb. hareketlerimiz, kartezyen koordinat hareketlerdir.

Ã?ekil 12. Gantry Robot

Bu urun robotlari genellikle ozel tatbiklerle sinirlandirilir. Devamli bir yol alaninda, robot, bir kopru ve bir ray sistemi araciligiyla daha cok islevlik kazanabilir. Tavana monte edilerek, birkac fonksiyonla bircok istasyona hizmet verilebilir. Robotun tavana asili olmasiyla, zeminde daha fazla bos saha kazanilmis olur.

Kartezyen robotlar, basitlikleri ve konstruksiyonlari sayesinde rijitligi yuksek ve hizli bir yapiya sahiptir.

4.2.2. Mafsalli Robotlar

Mafsalli robotlarin dizayni insan kolundan esinlenerek yapilmistir. Kol eklemli robotlar yeteneklerine gore, insan kolunun yerine getirebilecegi gorevleri ustlenmek amaci ile yapilmislardir. Kol eklemli robotlar insan kollarinda olan tum esneklige ve hassasiyete tam olarak sahiptir ve degisik gorevlerde insan kolunu taklit eder. (Ã?ekil 13)

Kol eklemli robotlar alti eksende de rahatca hareket ederler. Bu alti eksenden uc tanesi kol hareketi icin, diger uc tanesi ise bilek hareketi icindir. (Ã?ekil 14)

Ã?ekil 13. Mafsalli Robot

Ã?ekil 14. 6 Eksenli Mafsalli Robot

4.2.2.1. Mafsalli Robotlarin Ozellikleri

insan kolunun yapabilecegi cok sayida hareketi yapabilmektedirler. Bu ozellikleri kullandiklari koordinat sisteminden (Doner koordinat sisteminden) almaktadirlar. Bu koordinat sisteminin geregi olarak omuz, dirsek ve bilek baglantilari vardir. (Ã?ekil 15)

Ã?ekil 15. Mafsalli Robot

Bu baglanti seklinin robota kazandirdigi en buyuk avantaj, calisma alanindaki her noktaya rahatca ulasabilmesidir. Calisma alani ise; robot kolunun yatayda dik olarak durmasi sonucu elde edilir.

4.2.3. Scara Robotlar

Scara, Selective Compliance Assembly Robotic Arm kelimelerinin bas harflerinden olusmustur. Yani secilenlere uyan montaj robotu koludur. Bu robot 1970’den sonra Japon Endustriyel Konsorsiyomu ve bir grup arastirmaci tarafindan Japonya’ da Yamanashi ?niversitesi’nde gelistirilmistir. Scara tipi robot, cok yuksek hiza ve en iyi tekrarlama kabiliyetine sahip olan bir robot cesididir.

4.2.3.1. Scara Tipi Robotun Ozellikleri

Ã?ekil 16’de Scara tipi bir robota ait sematik cizim verilmistir. Bu robotta uc genel ozellik bulunmaktadir: 

• Dogruluk
• Yuksek hiz
• Kolay montaj

Ã?ekil 16. Scara tipi robota ait sematik cizim

4.2.3.2. Scara Tipi Robotun Yapisi

Bu robot genellikle dikey eksen cevresinde donen 2 veya 3 kol bolumunden meydana gelmistir. Ã?ekil 16’de gorulen 1 numarali eksen robota ana donmeyi veren eksendir. Bu eksen en cok montaj robotlarinda kullanilmaktadir. 

2 numarali eksen dogrusal dikey eksendir. Bu eksende sadece dikey hareket yapilabilmektedir. Bu ozellik montaj robotlarinda istenildiginden dolayi, montaj robotlarinin buyuk bir kismi asagiya dogru dikey hareket yapar. 

Dikey eksen hareketleri koordinat hareket eksenleri icinde asagiya dogru yapilan en cabuk ve duzgun hareketlerdir. 3 numarali eksende robot kolunun erisebilecegi uzaklik degistirilebilir. 4 numarali eksende ise donen kol bilegi hareket eder. Ã?ekil 17’de robotun calisma alanina ait cizdigi hacim verilmistir.

Ã?ekil17. Scara robotun calisma alani