Genel Amaçli Robot Kolu Tasarimi

DOKUZ EYLÜL ÜNøVERSøTESø FEN Bø/øMLERø ENSTøTÜSÜ

GENEL AMAÇLI ROBOT KOLU TASARIMI

Orhan Efe ALP

Nisan, 2012 øZMøR

GENEL AMAÇLI ROBOT KOLU TASARIMI

Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi Mekatronik Mühendisli÷i Bölümü, Mekatronik Mühendisli÷i ProgramÕ

Orhan Efe ALP

Nisan, 2012 øZMøR

TEùEKKÜR

ÇalÕúmalarÕm boyunca de÷erli yardÕm ve katkÕlarÕyla beni yönlendiren, hoúgörü ve sabÕr gösteren de÷erli hocam ve tez danÕúmanÕm Yrd. Doç. Dr. Nalan ÖZKURT’a, yine önemli tecrübelerinden faydalandÕ÷Õm Prof. Dr. Erol UYAR hocama, robotik konusunda yo÷un tecrübelerinden yararlandÕ÷Õm de÷erli arkadaúÕm Aytekin GÜÇLÜ ’ye, mekanik aksam konusunda yo÷un eme÷i geçen, atölye ve teçhizatlarÕQÕ kullanÕPÕma açan de÷erli ustalarÕm Önder ve Erkan KURTKAFA’ya, bana verdikleri destek için çok teúekkür ederim.

Son olarak bu günleri görmemi sa÷layan, hayatÕmda herúeyi borçlu oldu÷um herúeyden çok sevdi÷im, güvenlerini ve sevgilerini her zaman yo÷un hissetti÷im Húim Hatice ALP, annem Nüzhet ALP, babam Ali Ergün ALP, ablalarÕm Fethiye Yelkin ALP, Ceren SERøNKAN, Canan TOKEM, dayÕm Niyazi TOKEM ve anneannem Fikriye TOKEM’ en büyük teúekkürü borç bildi÷imi söylemek isterim.

Orhan Efe ALP

iii

GENEL AMAÇLI ROBOT KOLU TASARIMI

ÖZ

Bu tez, üç eksen ve bir adet tutucuya sahip bir robot manipülatör ve robot manipülatöre insansÕ el hassasiyeti kazandÕrmak amacÕ ile ivmeölçer sensörlerden gönderilen komutlarla yönlendirilen, mikroiúlemci ailesinden PIC ile kontrol edilen servo motor sürücü kartÕ tasarÕm çalÕúmasÕQÕ ortaya koymaktadÕr. Robot manipülatörün tasarÕPÕ için Dassault Systemes firmasÕQÕn üretti÷i Solidworks programÕ kullanÕlmÕúWÕr. BaskÕ devre tekni÷i ile üretilen 5 adet servo motoru sürebilen motor sürücü kartÕ Proteus ve Eagle çizim programlarÕnda tasarlanmÕú ve çizilmiútir. ønsansÕ el hassasiyeti, motor sürücü kartÕQÕn donanÕPÕ göz önünde tutularak freescale firmasÕQÕn üretti÷i orta sÕQÕf üç eksen ivmeölçer sensörler seçilerek sa÷lanmÕúWÕr. Robot kolunun gövdesinin ve uzuvlarÕQÕn oluúturulmasÕnda pleksiglas, kestamid ve alüminyum malzemeler seçilmiú, solidworks’de tasarlanan parçalar lazer kesimle imal edilmiútir.

ønsan elinin hassasiyetini algÕlayarak çalÕúan orta sÕQÕf ivmeölçerler ile robot prototibini hareket ettiren düzenek, yüksek yatÕUÕm maliyetleriyle profesyonel olarak oluúturulmasÕ durumunda, kumanda kolu veya ö÷retme bilgileriyle kontrölü yapÕlan robotlardan farklÕ olarak insan el hassasiyetinin birebir kopyalamasÕQÕ yapabilecek úekilde tasarlanabilecektir.

Anahtar sözcükler: Robot, manipülatör, servo, motor, tutucu, mikroislemci, pic, ivme ölçer, baskÕ devre, elektronik, proteus, eagle solidworks, insansÕ hareket.

DESIGN OF ON GENERAL PURPOSE ROBOTIC ARM

ABSTRACT

In this thesis, a robotic arm which have three axes with a gripper, controlled by a PIC microcontroller servo driver card, is designed. The purpose of study, is design and implement a robot which processes the signals sent by the acceleration sensors and act like human movements. Solid Works program produced by Dassault Systemes company was used for the design of the robot manipulator. The driver card can drive five servo motors. Middle class three axis accelerometer sensors which produced by Freescale was used for human movements, selected on considering the motor driver card hardware. Plexiglass and aluminum materials were selected to create the body of robot arm and limb and all parts which designed with solid works were made of laser cut.

If mechanism which moves the our robot prototype produced with middle-class accelerometers which works through to detect the sensitivity of the human hand, create by the high cost of investment, as diffrent from the robot controlled with joystick or by teaching method, the sensitivity of the human hand would be able to design one to one copy.

Keywords: Robot, manipulator, rc, servo, motor, gripper, microprocessor, microcontroller, pic, printed, circuit, electronic, proteus, solidworks.

ødøNDEKøLER

Sayfa

YÜKSEK LøSANS TEZø SINAV SONUÇ FORMU...... ii TEùEKKÜR ...... iii ÖZ...... iv ABSTRACT ...... v

BÖLÜM BøR – Gø5øù ...... 1

1.1 Robot Nedir?...... 1 1.2 Önceki ÇalÕúmalar...... 2 1.3 Tezin AmacÕ...... 6 1.4 Tezin øçeri÷i...... 6

BÖLÜM ø.ø – ROBOT KAVRAMI...... 7

2.1 Roboti÷e Giriú ...... 7 2.2 Robot SÕQÕflandÕrmalarÕ ...... 9 2.2.1 Robot Hareketinin Eksenleri...... 9 2.2.2 ÇalÕúma AlanÕ ...... 9 2.2.3 Manipülatörün YapÕVÕna Göre SÕQÕflandÕrma ...... 10 2.2.3.1 Silindirik Koordinat Sistemi ...... 13 2.2.3.2 Küresel Koordinat Sistemi ...... 15 2.2.3.3 Döner Koordinat Sistemi ...... 16 2.2.4 Robot Tiplerine Göre SÕQÕflandÕrma ...... 19 2.2.4.1 Kartezyen Robotlar...... 19 2.2.4.2 MafsallÕ Robotlar...... 20 2.2.4.2.1 MafsallÕ RobotlarÕn Özellikleri...... 21 2.2.4.3 Scara Robotlar ...... 22 2.2.4.3.1 Scara Tipi RobotlarÕn Özellikleri...... 22

2.2.4.3.2 Scara Tipi RobotlarÕn YapÕVÕ ...... 23 2.2.5 Hareket YapÕVÕna Göre SÕQÕflandÕrma...... 24 2.2.5.1 Noktadan Noktaya Hareket Eden Robot Sistemleri ...... 24 2.2.5.2 Sürekli GüzergâhlÕ Robot Sistemleri...... 25 2.2.6 Kontrol Döngüsü Tipine Göre SÕQÕflandÕrma...... 26 2.2.6.1 AçÕk Döngü Kontrol Sistemi...... 26 2.2.6.2 KapalÕ Döngü Kontrol Sistemi...... 26 2.3 Tutucular...... 27 2.3.1 Mekanik El ...... 28 2.3.2 Vakumlu Tutucular ...... 29 2.3.3 Manyetik Tutucular...... 29 2.4 Robotla øliúkili Matris Matemati÷i ...... 30 2.4.1 Koordinat Sistemleri ...... 30 2.4.2 Matris Matemati÷i...... 34 2.5 Robot Programlama...... 35 2.5.1 Ö÷reti Yöntemi ...... 35 2.5.2 Ara Yüz ProgramÕøle Programlama ...... 36

BÖLÜM ÜÇ – ROBOT KOLU TASARIMI VE UYGULAMASI...... 37

3.1 Robot Kolunun Tahrik ElemanlarÕ ve MontajÕ ...... 37 3.1.1 RC Servo Motorlar...... 37 3.1.2 PWM ...... 40 3.2 Robot Kolu Mekanik TasarÕPÕ...... 41 3.2.1 Robot Kolunun Mekanik ElemanlarÕ ...... 43 3.2.1.1 Robot Kolunun Taban Bölümü ...... 44 3.2.1.2 Robot Kolunun Omuz Bölümü...... 51 3.2.1.3 Robot Kolunun Kol Bölümü ...... 53 3.2.1.4 Robot Kolunun Uç Etkileyici Bölümü...... 60 3.2.1.5 Robot Kolunun MontajÕQÕn TamamlanmasÕ...... 61

vii

BÖLÜM DÖRT – ROBOT KOLUNUN ELEKTRONøK SøSTEMø...... 64

4.1 Mikro Denetleyicinin TanÕWÕlmasÕ ...... 64 4.2 Mikro Denetleyici Üreticileri ve Ürünleri ...... 65 4.2.1 Neden PIC?...... 66 4.2.1.1 Pic Mikro TanÕmlamalarÕ...... 66 4.2.1.2 Pic Mikro Denetleyici Ürün Ailesi ve Kodlama Harfleri ...... 67 4.2.1.3 Pic Mikro Denetleyici Oluúturan Bileúenler ...... 68 4.2.1.4 Pic Programlamak øçin Gereken Programlar ...... 69 4.2.1.5 Pic Denetleyici Seçimi...... 70 4.3 PIC12F675’in TanÕWÕlmasÕ ...... 71 4.3.1 PIC12F675 Mikro Denetleyicinin Temel Özellikleri ...... 71 4.4 RC Servo Motor Sürücü KartÕ TasarÕPÕ ...... 75 4.4.1 Rc Servo Motor Sürücü KartÕnda KullanÕlan Malzemeler...... 76 4.5 Üç Eksen øvme Ölçer Sensör ...... 77 4.5.1 Üç Eksen øvme Ölçer Sensör øç YapÕVÕ...... 77 4.5.2 Üç Eksen øvme Ölçer Sensör Uygulama AlanlarÕ ...... 78 4.5.3 øvme Ölçer Seçimi ...... 79 4.5.4 Freescala MMA7361L øvme Sensörü Özellikleri...... 80 4.6 Pic Basic Pro Programlama Dili...... 82 4.7 Kontrol Devresi AkÕú DiyagramÕ ...... 83

BÖLÜM BEù – TORK ANALø=ø...... 84

5.1 Servo MotorlarÕn Seçimi...... 84 5.1.1 Omuz Motoru...... 87 5.1.2 Dirsek Motoru...... 88 5.1.3 Tutucu Motoru...... 88

BÖLÜM ALTI – DENEY...... 89

6.1 Robot Kol Hareket Örnekleri...... 90

viii

6.2 Robot Kolu Simülasyon Deneyi...... 92

BÖLÜM YEDø – SONUÇ...... 97

7.1 Tezin AmacÕ...... 97 7.2 YapÕlan ÇalÕúmalar ...... 97 7.3 Robot Kolunun Eksileri ve ArtÕlarÕ ...... 98 7.4 Maliyet...... 98 7.5 Robot Kolu Üzerinde Geliútirilebilecek ÇalÕúmalar...... 99

KAYNAKLAR...... 100

EKLER...... 104

BÖLÜM BøR Gø5øù

1.1 Robot Nedir?

BilgisayarÕn yazÕFÕVÕ yada mutfak robotunuz gerçekten birer robot mudur? Bir makineye robot diyebilmek için, en önemli koúullardan biri algÕlamadÕr. Bir robot az veya çok dÕú dünyadan bir algÕlama yapabilmelidir. Bu algÕlamalar sensörler sayesinde olur. IsÕ, ÕúÕk, úekil, dokunma gibi olabilir. Daha sonra bu bilgileri otonom olarak yorumlamalÕ, algÕya ne gibi tepkide bulunaca÷Õna karar vermelidir. Son olarakta robot verdi÷i kararÕ uygulamaya koyabilmelidir. Özetlersek robot 3 ana NÕVÕmdan oluúur. Buna göre bir robotta; çevre hakkÕnda gerçek zamanlÕ bilgi edinmek icin kullanÕlan sensörler, karar vermeyi sa÷layan mikro iúlemci verilen kararlarÕn uygulanmasÕQÕ sa÷layan eyleyiciler ve hareket sistemleri bulunur (Robot nedir, robot tarihi, b.t).

Sanayi robotunun en kapsamlÕ tanÕPÕ ve robot tiplerinin sÕQÕflandÕUÕlmasÕ ISO 8373 standardÕnda belirlenmiútir. Bu standarda göre bir robot úöyle tanÕmlanÕr: "Endüstriyel uygulamalarda kullanÕlan, üç veya daha fazla programlanabilir ekseni olan, otomatik kontrollü, yeniden programlanabilir, çok amaçlÕ, bir yerde sabit duran veya hareket edebilen manipulatör (Endüstriyel robotlar ve uygulama alanlarÕ, b.t).

YukarÕdaki tanÕmlarda da görüldü÷ü gibi robot; canlÕlara benzer iúlevleri olan ve davranÕú biçimleri sergileyen makinelerdir. Temel olarak bir robotun aúD÷Õdaki özelliklerinin olmasÕ gerekir:

øúlem Yapma Yetisi: Bir iúlemi fiziksel yada farazi olarak yerine getirebilmelidir, yoksa robot olmaz sadece bir madde olur.

øúlemin Sonucunu Belirleme Yetisi: øúlemi yaptÕktan sonra mutlak olarak Lúlemin sonucunu belirlemelidir ki iúlem tam olarak yapÕlmÕú olsun.

Karar Verme Yetisi:øúlem sonucuna göre yada dÕú etmenlere göre mutlaka bir yargÕ kurabilmelidir.

Bu yapÕlarÕ bünyesinde barÕndÕran bir sisteme genel olarak ROBOT adÕQÕ verebiliriz. Fakat asÕl robot kavramÕ bu yapÕlarÕn çok daha ilerisine giderek do÷ada en karmaúÕk olan insano÷lunun yetilerini taklit etmek amacÕyla yapÕlan makinelerdir. Robot kavramÕ da onlar üzerine kurulmuú olmasÕna ra÷men tanÕm genel olarak takdire dayanan yapÕlarÕ da içermektedir (Endüstriyel robotlar ve uygulama alanlarÕ, b.t).

Robot teknolojilerinin popüler alt sÕQÕflarÕndan biri robot kollarÕGÕr. Günümüzde hemen hemen her fabrikanÕn üretiminde, robot kollarÕ yerini almÕúWÕr ve gelecekde daha çok kullanÕm olana÷Õ bulaca÷Õ tartÕúÕlmaz bir gerçektir. øúte bu çalÕúmalarÕn ve analizlerin ÕúÕ÷Õnda bu tez çalÕúmasÕnda robot kollarÕ teorik olarak incelenmiú matematiksel çözümleri hesaplanmÕúWÕr. Teorik çalÕúma uygulama olarak geliútirilip teorik bilgiler uygulama ortamÕnda hazÕrlanan prototip ile test edilmiútir. Üç Serbestlik Derecesine sahip robot kolu teorik ve uygulama kÕVÕmlarÕnda model olarak kullanÕlmÕúWÕr. Bu robot kol bu tip bir tez çalÕúmasÕ için en uygun robot kol olarak belirlenmiútir. Gerek hÕ]Õ gerekse hassasiyeti, uygulamalar için yeterli verimi sa÷lamaktadÕr.

1.2 Önceki ÇalÕúmalar

Robotlar ve mekatronik üzerine birçok çalÕúma yapÕlmÕúWÕr. Bu çalÕúmalar ço÷unlukla robot kolu üzerinde yo÷unlaúPÕúWÕr. Tez konusu robot kolu ile alakalÕ oldu÷u için robot kolu ile alakalÕ yapÕlmÕú bazÕ çalÕúmalar aúD÷Õda de÷inilmiútir. YapÕlan tez çalÕúmasÕ PIC kontrollü servo motorlar ile çalÕúan robot özelli÷i göstermektedir. Bu nedenle robot kollarÕ ile alakalÕ olan bazÕ çalÕúmalar aúD÷Õda sunulmuútur.

Hong Daehie, Steven A. Velinsky ve Kazuo Yamazaki, uygulamalarÕnda otobanlarÕn yapÕm ve bakÕm onarÕm iúlerinde kullanÕlan bir mobil robotu ve bu

robotun kontrol sistemini açÕklamaktadÕrlar. Bu robotta Servo sistem kontrolü kullanÕlarak optimum kontrol gerçekleútirilmiútir (Daehie ve Steven, 1997).

øzmir Dokuz Eylül Üniversitesi’nde bir çalÕúmada internet üzerinden eriúilebilecek mikrodenetleyici tabanlÕ bir elektronik kartÕn tasarlanmasÕ ve gerçeklenmesi yapÕlmÕúWÕr. Uygulama olarak, internet üzerinden robot kolu kontrolü baúarÕyla gerçekleútirilmiútir (YarÕm, 2004).

YayÕnlanan bir makalede de÷Lúik nesneleri tanÕmaya yönelik görüntü iúleme sistemi ile bu nesneleri görüntü destekli ayÕrmak için kullanÕlan robot manipülatörü ile ilgili çalÕúmalar sunulmuútur. DC motorlarÕn üç boyutlu uzayda verilen bir yörüngeyi takip edebilmesi için C++ ile özel bir mafsal kontrol algoritmasÕ yazÕlmÕúWÕr. Görüntü tanÕmayla ba÷lantÕOÕ olarak robot kolun senkron çalÕúmasÕ ve de÷Lúik yollarÕ takip edebilme yetene÷i, 24 tanÕmlÕ nesne için test edilmiútir. Sonuç olarak, 5 ile 10 mm arasÕnda bir kesinlik de÷eri ile yörünge takip edilebilmiú ve %95’lik bir nesne tanÕma sonucuna ulaúÕlmÕúWÕr (Ayberk, 2001).

Di÷er bir yüksek lisans projesinde mikro denetleyici kontrollü algÕlamalÕ örümcek robot tasarÕPÕ gerçekleútirilmiútir. Bu robot tasarÕPÕQÕn çalÕúmasÕnda da enerji problemi ön plana çÕkmÕúWÕr. Robottaki 12 adet servo motor yaklaúÕk olarak 3 Amper akÕm çekmektedir. 4.5 Amperlik batarya, problemi kÕsmen çözse de çok fazla a÷Õr olmasÕndan dolayÕ denge problemi oluúturmuútur. DÕú gövdede kullanÕlan epoxi malzemesi çok sert ve iúlenmesi çok zor bir malzemedir. østenilen úekle getirilebilmesi için elmas bÕçaklarÕn kullanÕlmasÕ gerekmektedir. Bunun yanÕnda çok sa÷lam bir malzemedir( Gören, 2001).

Baúka bir yüksek lisans projesinde mekatronik sistemlerde internet tabanlÕ kontrol ve kartezyen robot üzerinde bir uygulama gerçekleútirilmiútir. Kontrol birimi olarak bir sunucu bilgisayara ba÷OÕ PLC kullanÕlmÕúWÕr. Kartezyen robota 3 ayrÕ renkte olan lastik toplarÕn dokuz ayrÕ noktaya, renklerin yerlerini de de÷Lútirerek taúÕnmasÕ Lúlevini gerçekleútirecek bir program yüklenmiútir. ToplarÕn gidece÷i noktalarÕn

koordinatlarÕ programa girilmiútir ve istenen iúlev gerçekleútirilmiútir (ÇalÕúkan, 2004).

Baúka bir yüksek lisans projesinde; yapÕlan simülasyon çalÕúmalarÕ sonucunda altÕ serbestlik dereceli PUMA 560 robotunun önceden hesaplanmÕú dinamik parametreler altÕnda; PD kontrol algoritmasÕ kullanÕlarak, hesaplanmÕú moment yöntemi metodu ile yörünge kontrolü yapÕlmÕúWÕr. Zamana ba÷OÕ olarak eklemlerin konum ve hÕz H÷rileri elde edilmiútir (Bostan, 2004).

Baúka bir çalÕúmada üç eklemli bir SCARA robotu ele alÕnmÕú ve dinami÷i yapay sinir a÷larÕ (YSA) ile modellenmiútir. Sonuç olarak YSA hedeflenen çÕNÕúlarÕ müsaade edilebilecek çok küçük sapmalarla baúarÕOÕ bir úekilde yakalamÕú ve iyi bir performans sergileyerek SCARA robotun modellenmesi problemine oldukça iyi cevap vererek çözüm üretebilmiútir (Tiryaki, 2005).

Bir doktora tezinde ise üç eklemli bir robotik manipülatörün, görmeye dayalÕ kontrolü YSA kullanÕlarak yapÕlmÕúWÕr. Simülasyon programÕ kullanÕlmÕúWÕr (Köker, 2002).

Baúka bir yüksek lisans projesinde bir labirent robotu tasarÕPÕ ve gerçekleútirilmesi yapÕlmÕúWÕr. Bu robotun da yapÕVÕnda 2 adet adÕm motor kullanÕlmÕúWÕr. Robot 2 adet adÕm motora ba÷OÕ iki adet tekerden oluútu÷u için denge sorunu yaúanmÕú ve bu sorun ön ve arkaya bilyeler konarak giderilmiútir. Proje 2003 de yapÕlan bir proje ile benzerlik göstermektedir (Ya÷OÕ, 2005).

Elektrik - Elektronik - Bilgisayar Mühendisli÷i 10. Ulusal Kongresi’nde yayÕnlanan bir bildiride bilgisayarlarla haberleúerek x-y düzleminde çizim yapabilen bir mekatronik sistem tasarÕPÕ sunulmuútur. Z ekseninde hareketi sa÷layan sonlandÕUÕFÕ eleman (kalem) ile sistem üç eksende hareket etmektedir. Üç eksende hareketiyle sistem kartezyen robot kol özelli÷i taúÕmaktadÕr. øki eksen, çizim yapÕlacak zemin ile rölelerden oluúan ve bir anlamda sistemin iskeletini oluúturan makine kÕsmÕ; sürücü devre ve mikro denetleyicinin makine kÕsmÕyla ba÷lantÕVÕQÕ

içeren elektronik kÕsmÕ; kullanÕFÕQÕn iste÷ine uygun (mekanik düzenin izin verdi÷i ölçüler dâhilinde) çizime ait koordinatlarÕ girmesine olanak sa÷layan ve girilen koordinatlarÕ yorumlayarak iki eksendeki motorlara ve rölelere elektronik kart aracÕOÕ÷Õyla gerekli sinyali gönderen kÕsmÕGÕr (YazÕFÕ, 2003).

Elektrik - Elektronik - Bilgisayar Mühendisli÷i 10. Ulusal Kongresi’nde yayÕnlanan di÷er bir bildiride Festo tarafÕndan üretilen hassas konumlama kontrolörü SPC200 ardÕPÕ ile geliútirilmiú pnömatik tahrikli robot uygulamasÕ açÕklanmÕúWÕr (Berkay, 2003).

Queen's University’de yapÕlan bir tez çalÕúmasÕnda bir kartezyen pnömatik robotun sürekli kayan kipli denetimi (SMC) incelenmiútir. SMC dizaynÕ ile alakalÕ genel literatür bilgileri verilmiú ve do÷rusal ve do÷rusal olmayan bir pnömatik robot sunulmuútur. AçÕk kapalÕ döngü testleri yürütülmüútür (Xia, 2001).

Bir makalede, beú eksenli bir edubot robotta, ters kinematik hesaplamalar ve yörünge planlamasÕ yapÕlmÕúWÕr. Ters kinematik probleminde, robotun uç noktasÕQÕn gidece÷i yerin koordinatlarÕ (x, y, z) ve robot elinin baúlangÕç pozisyonuna göre açÕVÕ ĳ) girdi olarak verilmiú ve eklem açÕlarÕQÕn alabilece÷i de÷erler hesaplanmÕúWÕr. AyrÕca bu çalÕúmada, endüstriyel robotlarÕn en önemli sorunlarÕndan birisi olan “Yörünge PlanlamasÕ”na 5. dereceden zaman polinomlarÕ ile çözüm getirilmiútir (Tonbul, 2003).

Gazi Üniversitesi’nde bir yüksek lisans çalÕúmasÕnda renge göre (kÕrmÕ]Õ, yeúil, mavi) malzeme taúÕyan robot kolu tasarÕPÕ ve uygulamasÕ yapÕlmÕúWÕr. Bu çalÕúmada kullanÕlan kontrol birimi PIC mikro denetleyicisidir. Bu çalÕúmada gereken program bir defa kontrol birimine yüklenmekte ve daha sonra robot bu programa göre hareket etmektedir. Sonradan harici bir müdahale bulunmamaktadÕr (Akademik, b.t).

1.3 Tezin AmacÕ

Bu çalÕúmada robot kolunun konstrüksiyonel ve elektronik olarak nasÕl hazÕrlana bilinece÷i ve ivme ölçer sensörlerin elektronik kart vasÕtasÕ ile konstrüksiyona nasÕl hareket verdi÷inin detaylÕ anlatÕPÕQÕ içerir. ÇalÕúmamÕzdaki amaç insanÕn el hassasiyetinin robot koluna aktarÕlarak, bu hassasiyetin önem arz etti÷i konularda; uzak mesafe veya çalÕúma úartlarÕQÕn insan çalÕúma konforuna elveriúsiz oldu÷u yerlerde çalÕúmalarÕn insan elinin hareketlerinin kopyalanarak yapÕlabilirli÷ini göstermek ve daha sonraki çalÕúmalara ilham kayna÷Õ olmayÕ hedeflemektir.

1.4 Tezin øçeri÷i

YapÕlan tez çalÕúmasÕQÕn içeri÷i kÕsaca özetlenir ise,

Bölüm bir’de; Robot kavramÕ, robotlarÕn özellikleri, robot ile yapÕlmÕú çalÕúmalardan bir kÕVÕm ve tezin amacÕ anlatÕlmaktadÕr.

Bölüm iki’de; RobotlarÕn tarihçesi, sÕQÕflandÕUÕlmasÕ, çeúitleri ve özellikleri, tutucular, robot matemati÷i ile ilgili kavramlar, robot programlama yöntemleri yeralmaktadÕr.

Bölüm üç’de; Servo motorlarÕn tanÕWÕlmasÕ, kontrol yöntemleri, sistemin sanal ortamda tasarlanmasÕ sÕrasÕnda yapÕlan iúlermler anlatÕlmaktadÕr.

Bölüm dört’de; Kontrol birimi olarak kullanÕlabilecek birimler, mikro denetleyiciler, PIC 12F675 tanÕPÕ, sürücü kart tasarÕPÕ ve üç eksen ivme ölçerin özellikleri konusunda bilgiler verilmiútir.

Bölüm beú’de ; Sistemin statik tork analizi, robot kolu ile yapÕlabilmesi mümkün seneryolar ve robot prototibinin görselleri yer almaktadÕr.

Bölüm altÕ’da sonuçlar ve çalÕúmayla ilgili öneriler yer almaktadÕr.

BÖLÜM ø.ø ROBOT KAVRAMI

2.1 Roboti÷e Giriú

Robotik, Makine Mühendisli÷i, Elektrik ve Elektronik Mühendisli÷i ve Bilgisayar Mühendisli÷i disiplinlerinin ortak çalÕúma alanÕGÕr. Robotun, Amerikan Robot Enstitüsü tarafÕndan yapÕlan tanÕPÕ, "malzemelerin, parçalarÕn ve araçlarÕn hareket ettirilebilmesi için tasarlanmÕú olan çok fonksiyonlu ve programlanabilir manipülatör veya farklÕ görevleri yerine getirebilmek için de÷Lúken programlÕ hareketleri gerçekleútirebilen özel araç" úeklindedir. Robot kavramÕQÕn temelleri eski tarihlere dayansa da ilk olarak “Robot” kavramÕ 1922 yÕOÕnda Çek yazar Karel Çapek’in piyesinde bir tiplemesinin ismine Robot demesiyle ortaya atÕlmÕúWÕr. Bu tarihten sonra robot bilimi üzerinde bilimsel çalÕúmalar yo÷unlaúPÕúWÕr (Özsoy, 2012).

Günümüz çalÕúma úartlarÕ ve rekabet ortamÕnda, yapÕlan iúin mükemmelli÷i ve kalitesi büyük önem kazanmÕú durumdadÕr. øúte bu úartlar altÕnda robot kullanÕPÕyla, kalite arttÕUÕlmakta, standard üretim sa÷lanmakta, iúçilik ve malzeme giderleri azaltÕlmaktadÕr. Böylece robot sistemine sahip úirketlerin rakipleriyle arasÕndaki rekabet güçleri artmaktadÕr. BunlarÕn yanÕnda, robotlar insanlarÕ monoton ve a÷Õr hacimli iúlerden, kaynakhane ve boyahanenin zehirleyici etkili ortamlarÕndan kurtarÕrlar. Dar alanlarda bir çok iúlemin yapÕlmasÕ imkanÕQÕ tanÕrlar. Pek çok alanda üretime katkÕlarÕ yadsÕnamayan robotlar, geliúimleri boyunca hep memnunlukla karúÕlanmamÕúlar, zaman zaman toplumsal çalkantÕlara da yol açmÕúlardÕr. Buna örnek olarak, otomatik dokuma tezgahlarÕQÕn son yüzyÕlda neden oldu÷u iúsizlik gösterilebilir. Ancak, her seferinde teknolojik geliúmenin hemen ardÕndan gelen nesil daha iyi koúullarda çalÕúPÕú ve çalÕúma zamanÕQÕ kÕsaltmak suretiyle, daha çok serbest zaman elde etmiútir. Son zamanlarda yapÕlan ve geliúmiú ülkeleri kapsayan bir araúWÕrmaya göre son 130 yÕlda kiúi baúÕna üretkenlik yaklaúÕk 25 kat artmÕúWÕr. Bu üretkenlik artÕúÕQÕn yarÕVÕ yani 13 kat kadarÕ fiziki ürün artÕúÕ, di÷er yarÕVÕ da insanlarÕn çalÕúma sürelerinin yaklaúÕk yarÕ yarÕya düúmesi úeklinde görülmüútür.

Fiziki ürün artÕúÕ ancak, otomasyon, anÕnda üretim ve esnek üretim ile gerçekleúebilmektedir.

Robotlar da; döner, prizmatik, silindirik, küresel, düzlemsel veya helisel eklemlerden biri kullanÕOÕr ve robot, bu eklem türüne göre de sÕQÕflandÕUÕOÕr. Döner ve prizmatik eklemler robotikte en çok kullanÕlan eklem türleridir. Bir robot, mekanik bölümler, hareketlendiriciler ve kontrol birimlerinden oluúmaktadÕr. Robotun mekanik bölümleri; yapÕsal parçalar, güç ileten parçalar, (rot, diúliler vs. ), taúÕ\ÕFÕlar ve akuplaj bölümleri olarak sayÕlabilir. Mekanik bölümler, temel yapÕ parçalarÕ ve servis parçalarÕ olarak ikiye ayrÕlabilir. El veya di÷er gereçler (kaynak, boyama, |÷ütme, sÕNÕúWÕrma araçlarÕ) mekani÷in servis parçalarÕQÕ oluúturur. Modern robotlarÕn hareketlendiricileri, ço÷unlukla elektrikseldir (DC sürücüler). Endüstride kullanÕlan robotlar olarak bahsetti÷imiz robot kollar, bugün birçok uygulama için yeterli hÕz, kararlÕOÕk ve kolaylÕ÷a eriúmiú durumdalar. Su an bu robot kollar için en zayÕf parça, el: uç noktada bulunan el sÕklÕkla pnömatik, 2-pozisyonlu pense úeklindedir. Bu yapÕ, uygulamalarda farklÕ parçalarÕ tutmaya ve yönlendirmeye fazla izin vermemektedir. Bu konudaki çalÕúmalar gelecekteki önemli bir u÷raú alanÕ olarak görünmektedir. Bir robot temel olarak beú kÕVÕmdan oluúur. AúD÷Õda verilen NÕVÕmlar robotu oluúturan temel unsurlardÕr, robotun iúlevini yerine getirmesi ve VÕQÕflandÕrmasÕ bu beú aúamaya göre yapÕOÕr.

1: Mekanik KÕsmÕ: Robotun iskelet kÕsmÕQÕ oluúturur. 2: Tutaç: ( End Effector) : Bu eleman gerçek iúi yapan kÕVÕmdÕr, robotun en uç noktasÕGÕr ve uygulamada aktif olarak yer alÕr. 3: Motorlar: Eklemleri ve tutacÕ hareket ettirmek için kullanÕOÕr, en çok kullanÕlanlarÕ servo ve hidrolik motorlardÕr. 4: Kontroller: Giriúi iúleyip robotun yapmasÕ gereken görevini gerçekleútirir. 5: Sensörler: Kontrollere ba÷OÕGÕr, robotun görevini yapmasÕ için robota geri dönüú ve giriú verisi sa÷larlar. Her zaman gerekli de÷illerdir (Güzel, 2008).

2.2 RobotlarÕ SÕQÕflandÕUÕlmasÕ

2.2.1 Robot Hareketinin Eksenleri

Manipülatörün kendi ekseni veya serbestlik derecesi diye tanÕmlanan de÷Lúik hareketleri vardÕr. E÷er bir manipülatör kendi ekseni etrafÕnda dönüyorsa, bu robota “tek eksenli robot” denir. E÷er manipülatör yukarÕ ve aúD÷Õ do÷ru hareket ediyorsa, bu robota “çift eksenli robot” denir. Kendi ekseni etrafÕnda dönen ve yukarÕ aúD÷Õ hareket eden manipülatör, yatay eksende ileri-geri hareket de edebilir. Bu robota “üç eksenli robot’’ denir. Endüstriyel robotlar en az üç eksene sahiptirler. Bu hareketler, kendi ekseni etrafÕnda dönmesi, yukarÕ-aúD÷Õ ve ileri-geri hareket edebilmesidir.

2.2.2 ÇalÕúma AlanÕ

Robot denildi÷i zaman aklÕPÕza ilk etapta, insan gibi yürüyen, insan davranÕúlarÕ sergileyen, daha da önemlisi insan gibi düúünen ve karar verebilen makinalar geliyor. Bu da demek oluyor ki robotlarÕn tasarlanmasÕ ve geliútirilmesinde canlÕlarÕn yaúama uyum sa÷lamak amacÕyla geliútirdikleri karakteristiklerden ilham alÕnmaktadÕr.

Robot kolunun yetiúebilece÷i toplam alana, çalÕúma alanÕ denir. ùekil 2.1’de mafsallÕ bir robotun çalÕúma alanÕ ile bir insan kolunun çalÕúma alanÕ arasÕndaki benzerlik görülmektedir.

ùekil 2.1 ønsan kolu ile mafsallÕ robotun çalÕúma alanlarÕ arasÕndaki benzerlik

Endüstriyel robotlar sÕQÕflandÕUÕOÕrken ilk baúta 3 ana bölüme göre sÕQÕflandÕUÕOÕr. Bunlar ;

1. Manipülatörün (mekanik gövde) yapÕVÕna göre sÕQÕflandÕrma 2. Robot tiplerine göre sÕQÕflandÕrma 3. Kontrol döngüsü tipine göre sÕQÕflandÕrma

2.2.3 Manipülatörün YapÕVÕna Göre SÕQÕflandÕrma

Bu sistemde bütün robot hareketleri; birbirlerine karúÕ dik açÕOÕúekilde olur. Bu konfigürasyon en kÕVÕtlÕ hareket serbestine sahip robot tasarÕm úeklidir. BazÕ parçalarÕn montajÕ için gerekli iúlemler kartezyen konfigürasyonlu robotlar tarafÕndan yapÕOÕr. Bu robot úekli birbirine dik üç eksende hareket eden kÕVÕmlara sahiptir. Hareketli kÕVÕmlar X, Y ve Z kartezyen koordinat sistemi eksenlerine paralel hareket ederler. Robot, üç boyutlu dikdörtgen prizmasÕ hacmi içindeki noktalara kolunu hareket ettirebilir.

ùekil 2.2 Kartezyen koordinat sistemine ait úematik çizim

ùekil 2. 3 Kartezyen robot

ùekil 2.4 Kartezyen eksenler

Bir kartezyen koordinat sisteminde, koordinat sistem merkezinin yeri, ilk iki ba÷lantÕQÕn birleúme yerinin merkezidir. Merkezine do÷ru yapÕlan hareketler dÕúÕnda, merkez hareket etmez yani robotun merkezi sabittir. Robotun yerleútirildi÷i çalÕúma alanÕnda e÷er X yönündeki hattÕ bir kolona do÷ru çevrilirse, X hattÕ daima aynÕ kolona do÷ru yönelir robotun programÕQÕ yaparken döndü÷ü yönde sorun yoktur. Bunlar verilmiú bir robot donanÕPÕ için, yer koordinatlarÕ olarak bilinir.

2.2.3.1 Silindirik Koordinat Sistemi

Bu tip robotlar temel bir yatak etrafÕnda dönebilir ve di÷er uzuvlarÕ taúÕyan ana gövdeye sahip özelliktedir (ùekil 2.5). Hareket düúeyde ve ana gövde eksen kabul edildi÷inde radyal olarak sa÷lanÕr. DolayÕVÕyla çalÕúma hacmi içerisinde robotun eriúemeyece÷i, ana gövdenin hacmi kadar bir bölge oluúur. AyrÕca genellikle, mekanik özelliklerden dolayÕ gövde tam olarak 360° dönemez.

ùekil 2.5 Silindirik koordinat sistemi

Silindirik koordinatlarda tabana dik eksen etrafÕnda dönme ve bu eksen üzerinde ötelenme yapÕOÕrken bu eksene dik bir eksende de baúka bir öteleme hareketi yapÕOÕr. Dönme serbestli÷indeki mekanik engellerden dolayÕ teorik olarak silindirik bir çalÕúma alanÕ oluúmasÕ beklenirken bazÕ bölgelerde silindir yapÕVÕ tamamlanamaz. Zemine ulaúabilmenin arzu edildi÷i durumlarda robot kolu zemine açÕlan bir yuvaya yerleútirilir. Ancak bu durumda da ulaúÕlabilecek maksimum yükseklik azalÕr. Radyal hareketten dolayÕ, silindirik koordinatlÕ robotlar montaj, kalÕpçÕOÕk gibi alanlarda kullanÕlabilir. Bu tip robotlar da programlama açÕVÕndan fazla karmaúÕk de÷ildir. Ancak kartezyen koordinatlÕ robotlarda oldu÷u gibi kayar elemanlarÕn korozyon ve tozlanmadan korunmasÕ gerekir.

Silindirik robotlar genellikle, kendi ekseninde 300° dönmektedir. Geri kalan 60° ise robotun etrafÕnda güvenli bir alan oluúturmak için kullanÕOÕr. Bu güvenlik alanÕna ölü bölge ismi verilmiútir (ùekil 2.6).

ùekil 2.6. Silindirik koordinat sistemli robotun çalÕúma alanÕ

2.2.3.2 Küresel Koordinat Sistemi

Matematiksel olarak küresel koordinat sisteminin iki tane dairesel ve bir de do÷rusal ekseni olmak üzere üç tane ekseni vardÕr (ùekil 2.7).

ùekil 2.7. Küresel koordinat sistemi

Robotikte küresel koordinat sistemi en eski koordinat sistemlerinden biridir. Oldukça çok iúlevli, birçok uygulama alanÕna sahip özelli÷inin yanÕnda, yapÕm ve montaj açÕVÕndan da oldukça kolaylÕk sa÷lamaktadÕr.

ùekilden de anlaúÕldÕ÷Õ gibi temelde iki hareketi mevcuttur. Bunlar yatay ve düúey dönmedir. Üçüncü bir hareket ise do÷rusal (uzama kolunun ileri geri hareketi) harekettir. Do÷rusal hareket aynen kartezyen koordinatlardan herhangi bir koordinatÕn hareketi gibi davranÕú gösterir.

Kutupsal koordinatlarda çalÕúan bir robotun çalÕúma hacmi iki kürenin ara hacminden oluúur. Koldaki uzuvlardan biri do÷rusal hareket yaparken bunu destekleyen di÷er uzuvlardan biri tabana dik eksen etrafÕnda di÷eri ise bu eksene dik

ve tabana paralel eksen etrafÕnda döner. Ölü bölgeler bu tip robotlarda da vardÕr. Öteleme hareketi yapan uzvun stro÷unun yetersizli÷inden dolayÕ zemine ulaúmak mümkün olmaz.

Küresel koordinat robotunun düúey ve yatay çalÕúma alanÕùekil 8’de görüldü÷ü gibi silindirik koordinat robotuna benzer (ùekil 2.8).

ùekil 2.8. Küresel koordinat robotunun yatay ve düúey hareket alanlarÕ

2.2.3.3 Döner Koordinat Sistemi

(÷er bir robot herhangi bir iú yaparken kolu dairesel hareketli ba÷lamlarla oluúturuyorsa, bu tip robotlara Döner koordinat sistemli robotlar denir.

Robot kolunun ba÷lantÕlarÕ gövde üzerine, etrafÕnda dönecek úekilde monte edilmiútir ve dayanak noktalarÕ birbirine benzeyen iki ayrÕ bölümü taúÕr. Dönen parçalar yatay ve dikey monte edilebilir (ùekil 2.9).

ùekil 2.9. Döner koordinat sistemli robot eksenleri

360° dönme sa÷lanamaz ancak bu kayÕplar minimuma indirilebilir. ùekil 2.11’de döner koordinatlarda çalÕúma hacmi görülmektedir. Bu tip robotlarda robot kolun çalÕúmasÕ zor gözlenir. ÇalÕúma hacmindeki noktalara farklÕ yörüngelerle ulaúÕlabilir. Buna göre sistem parametrelerinin en uygun oldu÷u yol seçilmelidir.

Döner koordinatlÕ robotlarda kontrol iúlemi karmaúÕktÕr, dolayÕVÕyla kontrol donanÕPÕQÕn da bu karmaúÕklÕ÷Õ karúÕlayabilecek kapasitede olmasÕ gerekir. AyrÕca bu tip robotlarda mafsallarda sÕzdÕrmazlÕ kolayca sa÷lanabilmektedir.

ùekil 2.10. Döner koordinat sistemli bir robot

ùekil 2.11. Döner koordinat sistemli robotun çalÕúma alanÕ

2.2.4 Robot Tiplerine Göre SÕQÕflandÕrma

x Kartezyen robotlar, x MafsallÕ robotlar, x Scara robotlar.

2.2.4.1 Kartezyen Robotlar

Kartezyen koordinat sisteminde bütün robot hareketleri birbirine 90°’lik açÕyla hareket eder. Bu nedenle kartezyen robotlar dikdörtgenimsi bir biçimdedir. Günlük hayatÕPÕzda sa÷a sola, aúD÷Õ yukarÕ vb. hareketlerimiz, kartezyen koordinat hareketlerdir.

ùekil 2.12. Gantry robot

Bu ürün robotlarÕ genellikle özel tatbiklerle sÕQÕrlandÕUÕOÕr. DevamlÕ bir yol alanÕnda, robot, bir köprü ve bir ray sistemi aracÕOÕ÷Õyla daha çok iúlevlik kazanabilir. Tavana monte edilerek, birkaç fonksiyonla birçok istasyona hizmet verilebilir. Robotun tavana asÕOÕ olmasÕyla, zeminde daha fazla boú saha kazanÕlmÕú olur.

Kartezyen robotlar, basitlikleri ve konstrüksiyonlarÕ sayesinde rijitli÷i yüksek ve KÕzlÕ bir yapÕya sahiptir.

2.2.4.2 MafsallÕ Robotlar

MafsallÕ robotlarÕn dizaynÕ insan kolundan esinlenerek yapÕlmÕúWÕr. Kol eklemli robotlar yeteneklerine göre, insan kolunun yerine getirebilece÷i görevleri üstlenmek amacÕ ile yapÕlmÕúlardÕr. Kol eklemli robotlar insan kollarÕnda olan tüm esnekli÷e ve hassasiyete tam olarak sahiptir ve de÷Lúik görevlerde insan kolunu taklit eder ùekil 2.13).

Kol eklemli robotlar altÕ eksende de rahatça hareket ederler. Bu altÕ eksenden üç tanesi kol hareketi için, di÷er üç tanesi ise bilek hareketi içindir (ùekil 2.14).

ùekil 2.13. MafsallÕ robot

ùekil 2.14 6 Eksenli mafsallÕ robot

2.2.4.2.1 MafsallÕ RobotlarÕn Özellikleri. ønsan kolunun yapabilece÷i çok sayÕda hareketi yapabilmektedirler. Bu özellikleri kullandÕklarÕ koordinat sisteminden (döner koordinat sisteminden) almaktadÕrlar. Bu koordinat sisteminin gere÷i olarak omuz, dirsek ve bilek ba÷lantÕlarÕ vardÕr(ùekil 2.15).

ùekil 2.15 MafsallÕ robot

Bu ba÷lantÕúeklinin robota kazandÕrdÕ÷Õ en büyük avantaj, çalÕúma alanÕndaki her noktaya rahatça ulaúabilmesidir. ÇalÕúma alanÕ ise; robot kolunun yatayda dik olarak durmasÕ sonucu elde edilir.

2.2.4.3 Scara Robotlar Scara, Selective Compliance Assembly Robotic Arm kelimelerinin baú harflerinden oluúmuútur. Yani seçilenlere uyan montaj robotu koludur. Bu robot 1970’den sonra Japon Endüstriyel Konsorsiyomu ve bir grup araúWÕrmacÕ tarafÕndan Japonya’da Yamanashi Üniversitesi’nde geliútirilmiútir. Scara tipi robot, çok yüksek KÕza ve en iyi tekrarlama kabiliyetine sahip olan bir robot çeúididir.

2.2.4.3.1 Scara Tipi Robotun Özellikleri. ùekil 2.16’de Scara tipi bir robota ait úematik çizim verilmiútir. Bu robotta üç genel özellik bulunmaktadÕr:

x Do÷ruluk x Yüksek hÕz x Kolay montaj

ùekil 2.16. Scara tipi robota ait úematik çizim

2.2.4.3.2 Scara Tipi Robotun YapÕVÕ. Bu robot genellikle dikey eksen çevresinde dönen 2 veya 3 kol bölümünden meydana gelmiútir. ùekil 2.16’de görülen 1 numaralÕ eksen robota ana dönmeyi veren eksendir. Bu eksen en çok montaj robotlarÕnda kullanÕlmaktadÕr.

2 numaralÕ eksen do÷rusal dikey eksendir. Bu eksende sadece dikey hareket yapÕlabilmektedir. Bu özellik montaj robotlarÕnda istenildi÷inden dolayÕ, montaj robotlarÕQÕn büyük bir kÕsmÕ aúD÷Õya do÷ru dikey hareket yapar.

Dikey eksen hareketleri koordinat hareket eksenleri içinde aúD÷Õya do÷ru yapÕlan en çabuk ve düzgün hareketlerdir. 3 numaralÕ eksende robot kolunun eriúebilece÷i uzaklÕk de÷Lútirilebilir. 4 numaralÕ eksende ise dönen kol bile÷i hareket eder. ùekil 2.17’de robotun çalÕúma alanÕna ait çizdi÷i hacim verilmiútir.

ùekil 2.17. Scara robotun çalÕúma alanÕ

2.2.5 Hareket Sistemine Göre SÕQÕflandÕrma Robot sÕQÕflandÕrmalarÕnda kullanÕlan ikinci özellik de, robotun hareket sisteminin tipine göre yapÕlan sÕQÕflamadÕr. Hareket sistemi robotlarÕn belirlenen noktalara nasÕl ulaúWÕklarÕ ile ilgilidir. Hareket sistemine göre robotlar 2’ye ayrÕOÕr.

x Noktadan – Noktaya Hareket Eden Robot Sistemleri (Point to Point Robotic System - PTP) x Sürekli GüzergâhlÕ Robot Sistemleri ( Continuous Path Robotic Systems – CP)

2.2.5.1 Noktadan Noktaya Hareket Eden Robot Sistemleri

Noktadan noktaya hareket eden robot sistemlerinde, robot sayÕsal olarak tanÕmlanan noktaya gider ve hareketini durdurur. Robot sabit duruyor iken uç

etkileyici programa göre yapmasÕ gereken iúini yapar. Robotun görevi bitince robot bir sonraki noktaya hareket eder ve bu iúlemler böylece tekrar edilir.

Bu sistemde, robot noktadan noktaya giderken robotun güzergâhÕ ve hÕ]Õ önemli de÷ildir. Bundan dolayÕ PTP sisteminin temelinde robotun son pozisyonunu kontrol tmek için sadece eksen pozisyonlarÕ sayÕOÕr. UlaúÕlacak her noktanÕn koordinat de÷erleri sayÕFÕlara yüklenir. Robot hareketi boyunca, kodlayÕFÕ veya kontrol devresi eklem pozisyonunu belirten palsleri gönderir.

Tipik noktadan noktaya hareket eden robot sistemlerine nokta kayna÷Õ yapan robotlarda sÕkça rastlanmaktadÕr. Nokta kaynak iúleminde robot kaynak yapÕlacak noktaya kadar hareket eder. Kaynak yapÕlacak nokta, kaynak uzvunun iki elektrotunun ortasÕna denk gelir ve kaynak iúlemi gerçekleútirilir.

Noktadan noktaya hareket eden robot sistemleri, nokta kayna÷Õ, parça taúÕma, yükleme – indirme ve basit montaj iúlerinde kullanÕOÕr.

2.2.5.2 Sürekli GüzergâhlÕ Robot Sistemleri

Bu tip sisteme sahip robotlarda, eksenlerin hareketleri farklÕ hÕzlarda ve aynÕ anda olabilir. Bu hÕzlar kontrol devresinin kontrolünde düzenlenir ve yörüngeyi meydana getiren unsurdur. Sürekli güzergâhlÕ robotlar düzgün ve kesiksiz bir hareket gerçekleútirir. Yörünge boyunca tüm noktalarÕn kaydedilmesi gereklili÷i bu tip sisteme sahip robotlarda, noktadan noktaya hareket eden robot sistemlerine göre daha büyük belle÷e ihtiyaç olmasÕna sebep olmaktadÕr.

Sürekli güzergahlÕ robotlar ark kayna÷Õnda, sprey boyama da, metal parçalarÕQÕn pürüzsüz iúlenmesinde, komplike montaj uygulamalarÕnda ve kontrol iúlerinde kullanÕlmaktadÕr .

2.2.6 Kontrol Döngüsü Tipine Göre SÕQÕflandÕrma

Kontrol sistemi robotlarÕn yapaca÷Õ iúlemlerdeki giriú de÷Lúkenlerine ba÷OÕ olarak hareketi ve görevini gerçekleútirir veya giriú de÷Lúkenlerinin durumunu göz önüne almadan hareketini ve görevini gerçekleútirir. Bu durumlara göre kontrol tipine göre robotlar 2’ye ayrÕOÕr.

x AçÕk Döngü Kontrol Sistemi x KapalÕ Döngü Kontrol Sistemi

2.2.6.1 AçÕk Döngü Kontrol Sistemi

AçÕk döngü kontrol sistemlerinde, çÕNÕúÕn giriú üzerinde herhangi bir etkisi yoktur. Yani giriú komutuna göre meydana gelen çÕNÕú durumundan giriúe geri besleme yapÕlmaz .

Örnek verecek olursak, diyelim ki bir robot kolu bir malzemeyi belirlenen yerden alarak, belirlenen konuma taúÕyor ve bu taúÕma sÕrasÕnda hep 500 gr’lÕk yükü taúÕyacakmÕú gibi uç elemanÕna kuvvet sa÷OÕyor. Bu robot ne taúÕrsa taúÕVÕn hep 500 grama karúÕOÕk gelen kuvveti uç elemanÕna sa÷lar. Diyelim ki taúÕnacak yük a÷ÕrlÕ÷Õ 300 gr. oldu. Bu durumda robot uç elemanÕna sa÷lanacak kuvveti azaltmaz. Bu nedenle kuvvet tasarrufu yapÕlacak sistemlerde bu döngü tipi kullanÕlamaz. KaldÕUÕlacak yük 1 kg oldu÷unda ise robotun uç elemanÕna sa÷ladÕ÷Õ kuvveti arttÕrmasÕ gerekir. Fakat açÕk döngülü sistemde duruma göre ek kuvvet sa÷lanamaz. Her durumda aynÕ kuvvet sa÷lanÕr.

2.2.6.2 KapalÕ Döngü Kontrol Sistemi

KapalÕ döngü kontrol sistemlerinde, açÕk döngü kontrol sistemlerinin tam tersine oÕNÕúÕn giriú üzerinde etkisi vardÕr. ÇÕNÕúta meydana gelen de÷Lúimler robotun bir sonraki hareketinin durumunu de÷Lútirmektedir.

AçÕk döngü kontrol sisteminde anlatÕlan örne÷i göz önüne alÕrsak aynÕ durumda kapalÕ döngü kontrol sistemi kullanÕlsaydÕ, robotun uç elemanÕna ba÷OÕ yük azalÕnca hemen giriúe bunu bildirir ve uç elemanÕna sa÷lanan kuvvet azalÕr. AynÕúekilde robotun uç elemanÕndaki yük artÕnca bu bilgi giriúe giderek uç elemanÕna daha fazla kuvvet sa÷lanmasÕ yapÕOÕr.

KapalÕ döngü kontrol sistemine örnek olarak tek bir eksenin hareketi için servo motor kullanarak yapÕlan bir sistemin blok úemasÕ ùekil 2.18’de görülmektedir. (Çiçek 2006).

ùekil 2.18. KapalÕ döngü kontrol sistemine örnek sistem

2.3 Tutucular

Robot uygulamalarÕnda uç eleman olan tutucular parçalarÕn taúÕnmasÕnda montaj Lúlemlerinde, kaynak iúlemlerinde, boyama iúlemlerinde çok rahat bir úekilde kullanÕlmaktadÕr. Fakat bir montaj hattÕnda aynÕ tutucunun birden fazla iúi yapmasÕ veya de÷Lúik özellikteki parçalarÕ taúÕmasÕ düúünüldü÷ünde bunun iúlevsel bakÕmdan zorluklarÕ görülmektedir. Bu durumda genel maksatlÕ robot ele ihtiyaç duyuldu÷u bir gerçektir.

Robot ellerde eklemlerin hareketi için gerekli gücü üreten çeúitli teknolojilere dayalÕ hareketlendiriciler (actuator) vardÕr. En yaygÕn olarak kullanÕlan hareketlendirici teknolojileri elektrik motorlarÕ, hidrolik hareketlendiriciler ve pnömatik hareketlendiricilerdir. Bu geleneksel hareketlendiriciler dÕúÕnda úekil

bellekli alaúÕmlarÕ da hareketlendirici teknolojilerine dahil etmek mümkündür ùekil 2.19).

ùekil 2.19. Robot el

2.3.1 Mekanik El

ParçalarÕ mekanik tutucular arasÕnda tutarlar ve parmaklar mekanik olarak hareket ederler (ùekil 2.20).

ùekil 2.20. Mekanik iú parçasÕ tutucularÕ

2 3.2 Vakumlu Tutucular:

Cam gibi düz nesneleri tutmak için kullanÕOÕr. øú parçasÕ, tutucu ile arasÕnda oluúan vakum yardÕPÕyla tutulur (ùekil 2.21).

ùekil 2.21. Vakumlu tutucu

2.3.3 Manyetik Tutucular:

Metal malzemeleri tutmak için kullanÕOÕr (ùekil 2.22).

ùekil 22. Manyetik tutucu

2.4 Robotla øliúkili Matris Matemati÷i

Bu bölüm kapsamÕnda, robot bilimi ile ilgili temel matematiksel kavramlar ele alÕnmÕúWÕr. Temel olarak robotun elamanlarÕQÕ çalÕúma uzayÕnda konumlanmasÕ ve matris matemati÷inden bahsedilmiútir.

2.4.1 Koordinat sistemleri

Robotlar kendilerinin ve çevrelerindeki nesnelerin bulundu÷u 3 boyutlu uzayda hareket ederler. Robotun ve çevresindeki nesnelerin konumlarÕQÕ ve birbirlerine göre yönelimlerini belirlemek için robotun ve çevresindeki nesnelerin merkezlerine birer koordinat sistemi yerleútirilir. TanÕmlanacak bütün konum ve yönelimler evrensel çerçeveye veya evrensel çerçeve içindeki di÷er Kartezyen koordinat sistemlerine gore gerçekleútirilir. Robot sistemlerinin çalÕúma uzaylarÕnda belirlenen noktalara gitmesini sa÷lamak için koordinat sistemleri ile iliúkilendirilmiúlerdir. XYZ koordinat sistemi genelde kullanÕlan koordinat sistemidir, bu çalÕúma içinde bu koordinat sistemi tercih edilmiútir. Robotlar her bir özgürlük derecesi için bir küresel (global) bir yerel (local) koordinat sistemine sahiptirler. Global koordinat sitemi robot ya robot üzerinde sabit bir noktaya ba÷OÕGÕr, ya da çalÕúma uzayÕnda uygun bir noktadadÕr. Üç dereceli özgürlü÷e sahip robot kol ùekil 2.23‘de gösterilmektedir.

ùekil 2.23 Üç serbestlik derecesine sahip robot modeli

Robotun yerel koordinat sistemini belirlemek için ùekil 2.23‘de robot kolun sa÷ tarafÕnda koordinat sistemleri çizilmiútir. Birinci koordinat sistemi z ekseni etrafÕnda dönme hareketini sa÷lamaktadÕr økinci koordinat sistemi ise kendi x ekseni etrafÕndadönme hareketini göstermektedir. Enine hareketi için üçüncü koordinat sistemi dönme de÷il öteleme hareketini yapar.. Matrislerin kullanÕPÕ robotun herhangi bir ekleminin yönelme ve ilerleme hareketinin küresel (global) koordinatlarla iliúkisin sa÷lar robot uygulamalarÕnda ki matris yaklaúÕPÕ bir sonraki NÕVÕmda anlatÕlmÕúWÕr.

Konum tanÕPÕ: Bir evrensel koordinat çerçevesi içerisine birçok koordinat sistemi yerleútirilebilir. 3 boyutlu uzayda bir nokta, bu koordinat sistemlerinin merkezine göre tanÕmlanmÕú 3x1 boyutlu vektörle gösterilebilir. Evrensel koordinat çerçevesi içerisindebir {A} koordinat sistemi ve P noktasÕ oldu÷unu düúünelim. P noktasÕQÕn {A} koordinat sistemine göre tanÕPÕùekil 2.24’de verilmiútir.

ùekil 2.24 P noktasÕQÕn A noktasÕna göre tanÕPÕ

AynÕ P noktasÕ hem {A} hem de {C} koordinat sistemlerine göre de tanÕmlanabilir. Burada P noktasÕQÕn {A} ve {C} koordinat sistemlerine uzaklÕ÷Õ eúit olmak zorunda de÷ildir.

ùekil 2.25 P noktasÕQÕn {A} ve {C} koordinat sistemlerine göre tanÕPÕ

Daha önce de belirtildi÷i gibi robot ve çevresindeki nesnelere koordinat sistemi yerleútirilir. ùekil 2.26’da bir robotun uç iúlevcisinin A noktasÕna uzaklÕ÷ÕQÕ tanÕmlamak için, A noktasÕna ve robotun uç iúlevcisine koordinat sistemleri yerleútirilmiútir. AnoktasÕ ile uç iúlevcisine yerleútirilen koordinat sistemlerinin merkezleri arasÕndaki uzaklÕk úekilde görülmektedir (Küçük 2005).

ùekil 2.26 A noktasÕ ve uç noktanÕn koordinat sistemleri.

Yönelim tanÕPÕ: 3 boyutlu uzayda, bir noktanÕn herhangi bir koordinat sistemine gore konumunun yanÕnda yönelimi de tanÕmlanÕr. Yönelim, bir koordinat sisteminin baúka bir koordinat sistemine göre dönme miktarÕGÕr ve 3x3 boyutlu matris olarak ifade edilir. Bir katÕ cismin yönelimini baúka bir referans koordinat sistemine göre tanÕmlamak için katÕ cisme bir koordinat sistemi yerleútirilir. ùekil 2.27’de uç Lúlevcisine, {B} koordinat sistemi yerleútirilerek {A} referans koordinat sistemine göre yönelimi tanÕmlanÕr (Küçük 2005).

ùekil 2.27 {B} Koordinat sisteminin {A} sistemine göre yönelimi

2.4.2 Matris matemati÷i

Matrisler noktalarÕ (points), vektörleri (vectors), çerçevelerin ( frames), öteleme, dönme ve aktarma iúlemlerini sunmak için kullanÕOÕrlar. Robot kolun parçalarÕQÕn çalÕúma uzayÕnda küresel (global) koordinat sistemleri ile iliúkisini belirlemek için matris iúlemleri yapÕOÕr. Yönelme iúlemi parametrik hale getirilip homojen dönüúümler kullanÕOÕr. Robot sitemlerinde her bir eklemin pozisyonu ve yönelmesi matris gösteriminde sunulur. P =[i, j, k] vektörü o anki koordinat sisteminin bir önceki koordinat sistemine göre yerini; X=[x1, x2, x3], Y=[y1, y2, y3], Z=[z1, z2, z3] ise bir önceki koordinat sistemine gore yönelmesini temsil eder. X, Y ve Z vektörleri birim vektörleridir. A Matrisi, yönelme ve pozisyon alma iúlemlerini temsil eden matrisi göstermektedir.

ùekil 2.28 Yönelme ve pozisyon matrisi

Her bir eklemin koordinat sisteminin bir önceki koordinat sitemi ile iliúkisi incelenerek; homojen aktarÕm matrisleri elde edilir. Robotun uç noktasÕQÕn küresel koordinat sistemi ile iliúkisini anlamak için bütün matrisler çarpÕOÕr. ùekil 2.29’de son eklemin baúlangÕç durumuna göre konumunu ve yönelimini bulmak için yapÕlan matris çarpma iúlemleri görülüyor (Mikkelsan 1998).

ùekil 2.29 Üçüncü eklemin yönelme ve pozisyon matrisi

M(AC) : Üçüncü eklemin küresel koordinat sistemi ile iliúkisini gösteren matris

A: Küresel koordinat sitemi ile iliúkili birinci eklemin matrisi gösterimi B: Birinci Eklemin koordinat sitemi ile iliúkili ikinci eklemin matris gösterimi C: økinci Eklemin koordinat sitemi ile iliúkili üçüncü eklemin matris gösterimi x: Üçüncü eklemin x koordinatÕQÕn küresel koordinat ile iliúkisi y: Üçüncü eklemin y koordinatÕQÕn küresel koordinat ile iliúkisi z: Üçüncü eklemin z koordinatÕQÕn küresel koordinat ile iliúkisi i, j, k: Üçüncü eklemin küresel koordinat sistemine göre pozisyonu

2.5 Robot Programlama

RobotlarÕn programlanmasÕnda iki yöntem kullanÕlmaktadÕr. Bunlar ö÷retim yöntemi ve bir ara yüz programÕ ile programlamaktÕr. Basit yapÕOÕ robotlarÕn programlanmasÕ ara yüz programÕ ile yapÕOÕrken geliúmiú robotlar da uygulanabilen |÷retim yöntemi programcÕya büyük kolaylÕk sa÷lamaktadÕr.

2.5.1 Ö÷reti Yöntemi

ùekil 2.30’da görülen ö÷retim kutusu sayesinde robot istenilen noktaya hareket ettirilip bu pozisyonlar hafÕzaya alÕnabilir. AyrÕca ö÷retim kutusu üzerindeki menüler kullanÕlarak robot programlana bilir bilgisayarÕn bulunmadÕ÷Õ yerlerde robotun programlanmasÕ ve bütün iúlevleri ö÷retim kutusu kontrolü ile sa÷lanÕr. Özellikle pozisyonlarÕn belirlenmesi iúleminde büyük kolaylÕk sa÷lamaktadÕr. Parça hangi pozisyondan alÕnacak veya bÕrakÕlacak ise bu pozisyonlara gelip pozisyonun koordinatlarÕ direk olarak hafÕzaya alÕQÕr ve program içersinde kullanÕlabilir. AyrÕca robot kola ait bütün set de÷erleri ö÷retim kutusu üzerindenyapÕlmaktadÕr. Robot ile kullanÕFÕ arasÕndaki iletiúimi sa÷layarak kontrolü kolaylaúWÕrmaktadÕr.

2.5.2 Ara Yüz ProgramÕøle Programlama

Robotun kendine ait olan bir ara yüz programÕ ile robotun gerçekleútirece÷i iúlem bilgisayar vasÕtasÕ ile programlanÕr ve robota yüklenir. Her firmanÕn geliútirmiú oldu÷u bir ara yüz programÕ bulunmaktadÕr. Bu programlarda kullanÕlan komutlar her marka robot için farklÕ olmaktadÕr. Robotun çalÕúma alanÕ içindeki hareket úekli, hÕ]Õ, pozisyon belirleme iúlemleri ara yüz programÕndan gerçekleútirilebilir.

Genel olarak bir robotun programlanmasÕ için izlenecek akÕú diyagramÕ aúD÷Õda verilmiútir.

ùekil 2.30 Ö÷renim kutusu

BÖLÜM ÜÇ ROBOT KOLU TASARIMI VE UYGULAMASI

3.1 Robot Kolunun Tahrik ElemanlarÕ ve MontajÕ

Robot Kolu beú adet standart RC servo motor ile yapÕlan bir robot projesidir. Robot kolunun kontrolü için üzerinde 5 adet RC servo ba÷lantÕVÕ olan RC servo control devresi kullanÕlacaktÕr. Bu bu bölümde kullanÕlan RC servo motorlar kÕsaca servo olarak ifade edilecektir.

3.1.1 RC Servo Motorlar

Bir RC servo motor;

x DC motor, x Deviri düúürmek için yeterli sayÕda diúli grubu, x Kod çözücü ve elektronik devreden meydana gelmiútir.

RC servo motor iç yapÕVÕndan dolayÕ 180 derece aralÕkta hareket eder. YapÕ de÷Lúikli÷i ile sürekli dönmesi sa÷lanabilir. Servo motor içerisinde çok hassas plastik diúliler bulundu÷undan mili dÕúarÕdan elle hÕzlÕ úekilde döndürülmemelidir. Yine GÕúarÕdan elle dönmeye fazla zorlanmamalÕGÕr. Aksi halde servo diúlileri bozulaca÷Õndan kullanÕlamayabilir. Servo motoru kontrol etmek demek, içerisindeki elektronik sürücü devresini kontrol etmek demektir. Bu kontrolü sa÷layabilecek en kolay yöntemlerden biri mikrodenetleyici ile yapÕlan kontrol sistemidir. Bir mikrodenetleyici, RC servo motorun elektronik sürücü devresini do÷rudan sürebilir.

ùekil 3.1 Hitec HS-311 servo motor

ùekil 3.2 Standart servo motorun bileúenleri

Bir RC servo motor üç kabloludur. Bunlar, +VCC, GND ve DATA giriúleridir. RC servo motorlar 4,8 ile 6V arasÕnda bir DC gerilimle sürülür. Genelde +VCC NÕrmÕ]Õ, GND siyah ve DATA (sinyal) kablosu beyaz, sarÕ veya turuncudur.

ùekil 3.3 Standart servo motor kablo ba÷lantÕúemasÕ x Siyah kablo toprak (-) x .ÕrmÕ]Õ kablo güç (+) x SarÕ kablo control kablosudur.

Projede kullandÕ÷ÕPÕz Hitec HS-311 Temel Özellikleri; x Kontrol : + Pulse Width Control 1500usec Nötr x Pulse: 3-5 Volt Peak Peak MeydanÕ Dalga x ÇalÕúma Gerilimi: 4,8-6,0 Volt x ÇalÕúma SÕcaklÕ÷Õ AralÕ÷Õ: -20 / +60 C x ÇalÕúma hÕ]Õ (4.8V): boúta 0.19sec/60 ° x ÇalÕúma hÕ]Õ (6.0V): boúta 0.15sec/60 ° x Tork (4.8V) Stall: 42 oz / in (3.0 kg / cm) x Tork (6.0V) Stall: 49 oz / in (4.5 kg / cm) x AkÕm (4.8V): 160mA yüksüz çalÕúma 7.4mA/idle x AkÕm (6.0V): 180mA yüksüz çalÕúma 7.7mA/idle x Ölü Band Geniúli÷i: 5usec x Potansiyometre Sürücü: 4 Slider / Direct Drive x Diúli Tipi:Plastik

x Konektörü Kablo Uzunlu÷u: 300mm x $÷ÕrlÕk: 1.52oz (43g)

ùekil 3.4 Hitec HS-311

3.1.2 PWM

RC servonun kontrolü, data (veri-sinyal) ucundan verilen PWM (pals Geniúlik Modülasyonu) sinyalin durumuna göre kontrol edilir. RC servo motora her bir 10..20 msn’de bir, 0,5 ile 1,5 msn arasÕnda bir PWM sinyal uygulandÕ÷Õnda kontrol edilebilir. Uygulanacak olan PWM sinyalin lojik 1’de kalma süresi 0,5 msn ise motor mili en sola döner. PWM sinyalin lojik 1’de kalma süresi 0,5 ile 1 msn arasÕnda artÕUÕOÕrsa motor mili ortaya do÷ru konumlanÕr. PWM sinyalin lojik 1’de kalma süresi 1,5msn’ye do÷ru artÕUÕOÕrsa motor mili sa÷a do÷ru konumlanÕr. E÷er 10..20 msn aralÕklarla aynÕ sinyal verilirse konumunu korur. Servo motorlarÕn sinyal de÷erleri markalara göre farklÕOÕk gösterebilir. De÷erleri bilinmeyen bir servo motorun pals süreleri deneme yanÕlma yoluyla bulunabilir. YukarÕda kÕsaca özellikleri belirtilen RC servo motor bir projede rastgele kullanÕlamaz. RC servonun projedeki konumu,

gerekli palsler uygulanarak belirlenmelidir. MontajÕ anlatÕlmakta olan robot kol servolarÕnda da aynÕ yöntem uygulanacaktÕr.

ùekil 3.5 Hitec HS-311

3.2 Robot Kolu Mekanik TasarÕPÕ

Üç boyutlu tasarÕm programlarÕ makina tasarlamanÕn vazgeçilmez araçlarÕGÕr. Solid Works tasarÕm programÕ geniú kütüphane deste÷i ve döküman temini nedeniyle bu projede kullanÕlmÕúWÕr.

ÇalÕúmanÕn ilk kÕsmÕnda robot çalÕúma alanÕ belirlenmiú ve bugüne kadar yapÕlmÕú robotlar incelenerek hareket kabiliyeti ve maliyet düúüklü÷ü ön planda tutularak tasarÕm ortaya çÕkmÕúWÕr. ÇalÕúma alanÕQÕ içinde hareketlerini rahatça uygulayabilecek robotumuzun uzuv uzunluklarÕQÕ temel alarak, fizik prensipleri ve mühendislik hesaplarÕ hesaplanÕp robotumuzun servolarÕ seçilmiútir. Servo seçiminde Hitec hassasiyet güçlülü÷ü ve overshoot problemleri yaratmamasÕ nedeniyle tercih edilmiútir.

ServolarÕn hareket kabiliyeti 180 derecedir. Bu açÕ dahilinde robot dönme ve öteleme hareketlerinin gerçekleúti÷i daire ve ters üçgen sembolleri ile belirtilen 3 serbestlik derecesine sahiptir.

ùekil 3.6 Serbestlik dereceleri

”Robot kinematik denklemleriyle robotun hÕz tork ve ivme analizi yapÕOÕr. Her bir robot ekseninin konumu, bir öncekine veya bir sonrakine göre ifade edilir. Arka arkaya oluúturulan bu iliúkiye kinematik zincir denilir. Bu iliúkiyi oluúturan ifadeler, robotun konum ve yönelim bilgisini içeren 4 x 4 homojen dönüúüm matrislerinden (transformasyon matrisi ) oluúturulur. Her bir eklem için bir homojen dönüúüm matrisi oluúturulur. Oluúturulan bu matrislerin sayÕVÕQÕ, robotun serbestlik derecesi belirler. Üç boyutlu uzayda herhangi bir noktaya ulaúmak için 6 serbestlik derecesi yeterlidir. Buna karúÕn, serbestlik derecesi altÕdan fazla olan robotlarda artÕklÕk (redundancy ) durumu oluúur (Bingöl ve Küçük, 2005).

3.2.1 Robot Kolu Mekanik ElemanlarÕ

Robotu dört ana dala ayÕrsak; x Taban x Omuz x Kol x Uç Etkileyici bölümlerinden oluúmaktadÕr.

Robot Kolu Mekanik Malzemeleri;

Robot kolunun dÕú gövdesi için genellikle plastik malzeme kullanÕlmÕúWÕr. Plastik parçalarÕn birleútirilmesi ve robot kolunun el kÕsmÕ için ise alüminyum malzeme kullanÕlmÕúWÕr. Robot kolunun yapÕPÕnda kullanÕlacak malzemeler aúúD÷Õdaki gibidir;

Tablo 3.1 Robot kolu malzemeleri ElemanÕn AdÕ Özellikleri Adet Zemin Fleksiglas 1 Yükselti Alüminyum 4 Gövde Fleksiglas 1 Hareketli Gövde Fleksiglas 1 Hareketli Gövde Servo Alüminyum 4 Ba÷lantÕVÕ Kol Fleksiglas 2 Üst Kol Ba÷lantÕ Metali Alüminyum 4 Üst Kol Gövde Fleksiglas 1 Tutucu parmak Alüminyum 2 Diúli 27 mm 2 Diúli Yükselti ParçasÕ Alüminyum 1 Somunlu Vida M3 10mm 8 Somun M3 8 Saç VidasÕ M3 6mm 40

Manúon BaúOÕ Saç VidasÕ M3 5mm 8 Perçin M3 10 mm 4 Servo Motor Rc servo 5 Servo BaúOÕ÷Õ Plastik 3 Bilya Metal 4

3.2.1.1 Robot Kolunun Taban Bölümü

Robot Kolunun zemininde úekil 3.7’deki gibi 225 mm x 115 mm ebatlarÕnda ve 3mm kalÕnlÕ÷Õndaki plastik tabaka kullanÕOÕr.

ùekil 3.7 Zemin için kullanÕlacak plastik parça 2D teknik resmi

ùekil 3.8 Zemin için kullanÕlacak plastik parça 3D görünümü

ùekil 3.9‘daki plastik parçanÕn üzerindeki A, B, C, D delikleri 3 mm çapÕnda olup robot kolunu zemin plasti÷ine ba÷lamak için kullanÕOÕr. Di÷er delikler ise servo sürücü motor kartÕQÕn ve batarya’nÕn zemin plasti÷ine ba÷lanmasÕ için kullanÕOÕr. Robot kolunun kaymamasu için zemin plasti÷ine kendinden yapÕúkanlÕ keçe yapÕúWÕUÕlabilir.

ùekil 3.9 Zemin ve gövde arasÕndaki alüminyum parça 2D teknik resmi

ùekil 3.10 Zemin ve gövde arasÕndaki alüminyum parça 3D görünümü

Robot kolunun gövdesi zeminden yaklaúÕk 40 mm yüksek olmalÕGÕr. Bu yüksekli÷i sa÷lamak ve zemin ile gövdeyi birbirine ba÷lamak için úekil 3.10’daki 2 mm kalÕnlÕ÷Õndaki alüminyum parçadan 4 adet hazÕrlanÕr. KÕvrÕm çizgilerinden 90 derece kÕvrÕlarak hazÕrlanÕr.

ùekil 3.11 Zemin ile birleútirilmiú metal parçalar

ùekil 3.10 ‘daki gibi 4 tane hazÕrlanan alimünyum parça zemin plasti÷ine 3 mm çapÕnda ve 6 mm uzunlu÷undaki saç vidalarÕ ile úekil 3.11’daki úekilde monte edilir.

Robotun Gövdesi için úekil 3.12’daki 3 mm kalÕnlÕ÷Õndaki plastik parça kullanÕOÕr. Gövdeyi oluúturacak plastic parça 110 mm çapÕndadÕr. Bu parçanÕn ortasÕna servoya monte edilebilmek için 15 mm çapÕnda bir delik delinir. Bu parça üzerindeki A, B, C, D delikleri zemin ile gövde parçasÕQÕ ba÷lamak için kullanÕOÕr ve 3mm çapÕndadÕrlar. Di÷er delikler servoyu gövdeye ba÷lamak için kullanÕOÕrlar.

ùekil 3.12 Robot kolunun gövde plastik parça 2D teknik resmi

ùekil 3.13 Robot kolunun gövde plastik parça 3D görünümü

Robot kolu için 5 adet servo motor kullanÕlacaktÕr. KullanÕlacak servolarÕ birbirinden ayÕrdetmek için kuruluú úekline gore aúúD÷Õdan yukarÕ do÷ru numaralandÕUÕOÕr. Gövdeya ba÷lanacak servo 1 numara olarak adlandÕUÕOÕr. Robot kolu üzerindeki servolarÕn konumlarÕ ile ba÷lantÕlarÕQÕn yapÕlaca÷Õ servo motor devresi arasÕndaki mesafe önemlidir. MotorlarÕn kablolarÕQÕn uzunluklarÕ bu mesefelere gore düzenlenmekdedir. Standart bir servo motorunun kablosu 30 cm uzunlu÷undadÕr.! NumaralÕ servo motorun kablosunun 30 cm olmasÕ yeterlidir.

ùekil 3.14 Gövde plastik ve 1 numaralÕ servo motor ön görünüú

ùekil 3.15 Gövde plastik ve 1 NumaralÕ servo motor alt görünüú

ùekil 3.16’de gövde plasti÷i gövdeye ba÷lanacak servo motor görülmekdedir. Ba÷lantÕ için 3 mm çapÕnda ve 10 mm uzunlu÷unda 4 adet somunlu vida kullanÕOÕr.

ùekil 3.16 Zemin ve gövde parçalarÕQÕn birleútirilmesi

ùekil 3.16’da robot kolunun zemin ve gövde parçalarÕ görülmekdedir. Gövdenin zemin parçasÕna ba÷lanmasÕ için 4 adet M3 havúa baúOÕ saç vidasÕ kullanÕOÕr. Saç vidasÕQÕn baúÕQÕn gövde çÕNÕntÕVÕ yapmamasÕ için plastik gövdeki vida deliklerinin 10 mm’lik matkap ucu kullanÕlarak el ile bir miktar delinmesi gerekmektedir. Vida baúÕQÕn gizlenmesi gövdenin üzerine takÕlabilecek hareketli parçanÕn düzgün çalÕúabilmesi için önemlidir.

ùekil 3.15’de görüldü÷ü üzere bir numaralÕ servo baúOÕ÷Õ standart baúOÕklardan daha büyük seçilmiútir. Gövdenin tüm a÷ÕrlÕ÷ÕQÕ taúÕyacak olan baúOÕ÷Õn büyük seçilmesi hareket kolaylÕ÷Õ açÕVÕndan daha uygun olacaktÕr.

ùekil 3.17 Gövde hareketli parçasÕQÕn birleútirilmesi

Robot kolunun üzerinde aynÕ ebatlarda bir sabit, birde hareketli gövde parçasÕ bulunmaktadÕr. Hareketli Gövde parçasÕ 1 numaralÕ servo tarafÕndan hareket ettirilmektedir. Bir nolu servo baúOÕ÷Õ vidalanarak bu parçanÕn hareketi sa÷lanÕr, sac vidalar M3 5mm uzunlu÷unda olmasÕ yeterlidir. AyrÕca sabit ve hareketli gövde parçasÕ arasÕnda yer alan bilyalar sürtünmeyi azaltÕp salÕQÕPÕn engellenmesine yardÕmcÕ olurlar.

3.2.1.2 Robot Kolunun Omuz Bölümü

ùekil 3.18 Hareketli gövdeye servo ba÷lanmakta kullanÕlacak alüminyum parça 3D görünümü

ùekil 3.19 Hareketli gövdeye servo ba÷lanmakta kullanÕlacak alüminyum parça 2D teknik resmi.

Robot Kolunun hareketli gövdesine iki adet servo ba÷lanmalÕGÕr. Bu servo motorlarÕ birbirine parallel çalÕúacaktÕrlar. øki ve üç numara olarak adlandÕUÕlacak bu servolarÕn 30 cm’lik kablolarÕ olmasÕ yeterlidir. Robot kolunda servolarÕn hareketli gövdesine ba÷lanmasÕ için ùekil 3.20’deki alüminyum parça kullanÕlacaktÕr.

ùekil 3.20 hareketli gövdeye servo ba÷lanmakta kullanÕlacak alüminyum parça 3D görünümlü montajÕ

3.2.1.3 Robot Kolunun Kol Bölümü

ùekil 3.21 Ön kol plastik parça 2D teknik resmi

ùekil 3.22 Ön kol plastik parça 3D görünümü

Robot kolunun alt kolunu oluúturmak için iki ve üç numaralÕ servo motorlara úekil 3.22’deki gibi iki adet 3mm’lik 144mm x 24 mm ebatlarÕnda plastik parça takÕlmalÕGÕr. Bu plastik parça üzerindeki delikler servo baúOÕklarÕna ba÷lantÕ yapmak için kullanÕOÕr.

ùekil 3.23 Ön kol plastik parça servolara montaj resmi

Robot kolunun hareketli gövdesine ba÷lanacak servo ve di÷er ba÷lantÕ parçalarÕ ùekil 3.23’deki gibi birleútirilir. Robot kolunun hareketli gövdesinde üst kolu

taúÕyabilmek için iki adet servo kullanÕlacaktÕr. Hareketli gövdeye ba÷lanacak iki servolarÕn baúlangÕú ve bitiú pozisyonlarÕ aynÕ olmalÕGÕr. ServolarÕn baúlangÕç ve bitiú pozisyonlarÕQÕ eúitlemek için servo baúOÕklarÕQÕ çÕkarÕp tekrar do÷ru pozisyona takmak gerekebilir. Özellikle aynÕ marka servolar robot kolu yapÕmlarÕnda tercih edilmelidir. FarklÕ marka servolarÕn özellikleri aynÕ olsa bile konumlarÕndaki farklÕOÕklarÕndan dolayÕ titremelere ve düzgün çalÕúmamasÕna neden olmaktadÕr.

ùekil 3.24 Üst kol plastik parça 3D görünümü

ùekil 3.25 Üst kol plastik parça 2D teknik resmi

Robot kolunun üst kol kÕsmÕ bir adet servadan oluúmaktadÕr. Dört numaralÕ servo motorunun kablosu 50 cm olmalÕGÕr. Robot kolunun en önemli parçalarÕndan biri üst kol ba÷lantÕ parçasÕGÕr. Bu parça 25 mm x 120 mm ebatlarÕnda plastik malzemeden yapÕOÕr. Üzerindeki tüm delikler 3 mm çapÕndadÕr. Dört nolu servo baúOÕ÷ÕQÕ ön kola vida ba÷lantÕVÕ yapÕOÕr ve di÷er ön kol ile üst kol ba÷lantÕVÕ perçinlenmiú servo baúOÕ÷Õ

aracÕOÕ÷Õyla yapÕlarak dönme hareketi sa÷lanmÕú olur. Perçinlenen servo baúOÕ÷Õ rahat dönebilcek kadar sÕNÕlmalÕGÕr.

ùekil 3.26 Üst kol plastik parça montaj resmi

ùekil 3.27 Servo üst kol ba÷lama parçasÕ 3D görünümü

ùekil 3.28 Servo üst kol ba÷lama parçasÕ 2D teknik resmi

Robot kolunun üst kolunda bulunan bir adet servo motoru üst kol parçasÕna ba÷lamak için úekil 3.28’deki parçadan iki adet hazÕrlanmalÕGÕr. Bu parça 2mm alüminyumdan ve 8 mm x 62 mm ebatlarÕndadÕr. ùekil 3.28’de gösterilen konumlarÕndan 90 derece kÕvrÕlmalÕ, M3 vidalarla üst kola montajÕ yapÕlmalÕGÕr.

ùekil 3.29 Gripper servo üst kol ba÷lama parçasÕ 2D teknik resmi

ùekil 3.30 Gripper servo üst kol ba÷lama parçasÕ 3D görünümü

Parça 1 mm’lik alüminyumdan imal edilmiú olup teknik resimde belirtilen NÕVÕmlardan 90 derece bükülmelidir.

ùekil 3.31 Gripper servo üst kol ba÷lama parçasÕ montaj resmi

3.1.1.4 Robot Kolunun Uç Etkileyici Bölümü

Robot kolunun el kÕsmÕnda iki tane birbirleri ile ters yönde çalÕúan parmak bulunmaktadÕr. Beú numaralÕ servonun tek çÕNÕúÕ ile bu hareketi sa÷lamak için úekil xx’deki gibi iki adet plastil diúli kullanÕlacaktÕr. KullanÕlan bu diúliler 27 mm çapÕndadÕrve 48 modüldür. KullanÕlacak bir numaralÕ diúli beú numaralÕ servonun baúOÕ÷Õna iki numaralÕ diúli ise onun tam karúÕVÕna takÕlmasÕ gerekmektedir. øki numaralÕ diúli ile bir numaralÕ diúliyi aynÕ seviyeye getirmek için úekil 3.32’deki metal parça hazÕrlanmalÕGÕr.

ùekil 3.32 Gripper diúlisi resmi

ùekil 3.33 Diúli yükseltici parçasÕ 3D görünümü

ùekil 3.34 Diúli yükseltici parçasÕ 2D teknik resim

øki numaralÕ diúlinin yükselti parçasÕ için 2 mm’lik 20 mm x 35 mm ebatlarÕnda alüminyum parça kullanÕOÕr. Bu metal parça üzerinde bütün delikler 3 mm çapÕndadÕr. AyrÕca iki numaralÕ diúli bu parçya perçin ile birleútirilir, perçin diúlimim rahat dönmesine engel olmamalÕGÕr.

3.2.1.5 Robot Kolunun MontajÕQÕn TamamlanmasÕ

ÇalÕúmalar sÕrasÕnda gerekli yerler tekrardan sökülüp takÕlarak ya da uygun parça de÷Lúimi yapÕlarak revize edilmiútir.Özellikle servolarÕn eú konumda olmamalarÕndan kaynaklanan titreme ve ÕVÕnma problemleri bu úekilde aúÕlmÕúWÕr. Uç etkileyicinin diú yataklarÕQÕn ayarlanmasÕda aynÕ yöntem sayesinde çözümlenmiútir.

ùekil 3.35 Robot kolunun 3D bitirilmiú hali

ùekil 3.36 Robot kolunun bitirilmiú hali

BÖLÜM DÖRT ROBOT KOLUNUN ELEKTRONøK SøSTEMø

4.1 Mikro Denetleyicinin TanÕWÕlmasÕ

Ucuz ve tek bir çipten oluúan bilgisayara mikro denetleyici denir. Tek çip bilgisayar, bir bilgisayar sisteminin içerisinde bulunan tüm çipleri barÕndÕran tümleúik devre çipi (integrated circuit chip) demektir. Mikro denetleyici içine yerleútirilen silicon parçalarÕQÕn özellikleri standart kiúisel bilgisayarlardakine oldukça benzerdir. Mikro denetleyici hakkÕnda söylenebilecek en önemli úey, bir programÕ içerisinde depolayabilme ve daha sonra da çalÕúWÕrabilme yetene÷inin oluúudur. øúte bu yetene÷i onu mikroiúlemcilerden ayÕran en önemli özelli÷idir. Mikro denetleyici içerisinde, bir CPU, RAM, ROM, I/O uçlarÕ, seri ve paralel portlar, sayÕFÕlar, bazÕlarÕnda da A/D veya D/A çeviriciler bulunur. Oysa mikro Lúlemcili sistemde (standart PC’ de oldu÷u gibi) tüm bu yukarÕda sayÕlan parçalar ayrÕ çipler halinde ana kart denilen baskÕOÕ devre üzerine serpiútirilmiú úekilde bulunur.

ùekil 4.1 Mikro denetleyici

Günümüz mikro denetleyicileri otomobillerde, kameralarda, cep telefonlarÕnda, fax- modem cihazlarÕnda, fotokopi, radyo, CD çalar, TV ve bazÕ oyuncaklar gibi ço÷u akÕllÕ cihazlar olarak adlandÕrabilece÷imiz pek çok alanda kullanÕlmaktadÕr.

4.2 Mikro Denetleyici Üreticileri ve Ürünleri

Neredeyse her mikro iúlemci üreticisinin üretti÷i birçok mikro denetleyici bulunmaktadÕr. Bu denetleyicilerin mimarileri arasÕnda çok küçük fark olmasÕna ra÷men aúD÷Õ yukarÕ aynÕ iúlemleri yapabilmektedirler. AúD÷Õda mikro denetleyici ürünlerine bazÕ örnekler verilmiútir.

Tablo 4.1 Mikro denetleyici örnekleri

Üreticinin AGÕ Ürün Örnekleri Microchip PIC 12C508, 16F84, 16C711, 16F877, 17CR42, Intel 8031AH, 8051AH, 8751AHP, 8052AH, 80C51FA Motorola HC05, HC11, 6800, 6801, 6804, 6805, 6809 Atme ATtiny10, AT90S1200, AT90LS8535, ATmega16 Zilog Z8 SGS-Thomson ST6 Scenix SX18, SX28 Basic Stamp BS1-IC, BS2-IC

Birçok yonga üretici firma tarafÕndan mikro denetleyiciler üretilmektedir. Her firma üretmiú oldu÷u mikro denetleyici yongaya farklÕ isimler ve özelliklerini birbirinden ayÕrmak için de parça numarasÕ vermektedir. Örne÷in; bunlardan Microchip firmasÕ üretmiú olduklarÕna PIC adÕQÕ verirken, parça numarasÕ olarak da 12C508, 16C84, 16F877 gibi kodlamalar vermiútir. Intel ise üretti÷i mikro denetleyicilere MCS-51 ailesi adÕQÕ vermiútir. øúte tüm bu farklÕ mikro denetleyiciler arasÕnda hangi firmanÕn hangi ürününün kullanÕlaca÷Õna karar vermeden önce, uygulamanÕn gerektirdi÷i özelliklerin hangilerinin mikro denetleyicide bulunmasÕQÕn elzem oldu÷u düúünülmelidir. AúD÷Õda mikro denetleyicilerde bulunabilen özellikler verilmiútir.

• Programlanabilir sayÕsal paralel giriú / çÕNÕú • Programlanabilir analog giriú / çÕNÕú • Seri giriú / çÕNÕú (senkron, asenkron ve cihaz denetimi gibi)

• Motor / servo kontrolü için darbe iúaret çÕNÕúÕ (PWM gibi) • Harici giriú ile kesme • ZamanlayÕFÕ (Timer) ile kesme • Harici bellek arabirimi • Harici BUS arabirimi (PC ISA gibi) • Dahili bellek tipi seçenekleri (ROM, PROM, EPROM ve EEPROM) • Dahili RAM seçene÷i • Kesirli sayÕ (kayan nokta) hesaplamasÕ • D / A ve A / D çeviricileri Bu özellikler ayrÕntÕya girdikçe daha da artmaktadÕr.

4.2.1 Neden PIC?

MicroChip tarafÕndan üretilen PIC Mikro Denetleyicileri tüm dünyada yaygÕn bir kullanÕm alanÕna sahiptir. ølk baúlarda “Programmable Interface Controller” (Programlanabilir Arabirim Denetleyicisi) úeklinde tanÕmlanan bu denetleyiciler daha sonra “Programmable Intelligent Computer” (Programlanabilir AkÕllÕ Bilgisayar) olarak adlandÕUÕlmÕúWÕr.

PIC’ler uygun fiyatlarÕ, kolay bulunabilirli÷i, ücretli veya ücretsiz birçok geliútirme aracÕna sahip olmasÕ nedeniyle tüm dünyada oldukça popülerdir. Internet ortamÕnda PIC ile yapÕlmÕú bir sürü örnek uygulama ve doküman bulabilirsiniz.

4.2.1.1 Pic Mikro TanÕmlamalarÕ

MikroController, MCU, µC: Mikro denetleyici, birçok tanÕm var ama ben úöyle diyorum; Düúük güç tüketimi, düúük fiyat ve kendi kendine yetebilme özelli÷i için optimize edilmiú ve çevre birimlerine sahip mikro iúlemci türü. Minyatür bir bilgisayar da diyebiliriz. 8-Bit øúlemci: Bir iúlemcinin 8-Bit olmasÕ, aynÕ anda sadece 8-bit veri Lúleyebilmesi demektir. 16-Bit’lik bir iúlemciler verileri 2’úer Byte olarak, 32 bit Lúlemciler 4ƍer Byte ve 64 Bitlik iúlemciler 8ƍer Byte’lik bloklar úeklinde iúleyebilir.

RISC: Reduced Instruction Set Computer, Instruction (Komut) seti az tutulan Lúlemci mimari yapÕVÕ. PIC’ler RISC mimarisine sahiptir.

MIPS: Mega Instruction Per Second, Bir iúlemcinin 1 saniyede iúledi÷i komut sayÕVÕQÕ gösteren ve birimi milyon olan de÷er. Örne÷in 1 MIPS hÕ]Õnda çalÕúan Lúlemci saniyede 1 milyon komut iúleyebilir. 40 Mhz saat sinyali olan PIC 10 MIPS KÕ]Õnda çalÕúÕr.

RAM: (Random Access Memory) Okunup / YazÕlabilen bellek türü.

ROM: (Read Only Memory) Sadece okunabilen bellek türü.

EEPROM: (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) Elektriksel olarak silinebilen ROM hafÕza

4.2.1.2 PIC Mikro Denetleyici Ürün Ailesi ve Kodlama Harfleri

8-Bit : PIC10,PIC12,PIC14,PIC16,PIC18verfPIC’ler

16-Bit : PIC24F,PIC24H,dsPIC30F,dsPIC33F

32-Bit : PIC32MX340, PIC32MX340, PIC32MX440, PIC32MX460

F Harfi, denetleyicinin Flash tipinde oldu÷unu belirtir. Flash denetleyiciler defalarca programlanÕp silinebilir.

C Harfi, OTP (One Time Programmable) yani tek bir kez programlanabilece÷ini belirtir. L Harfi, Low Voltaj yani PIC’in Düúük Voltajlarda çalÕúabilece÷ini gösterir. CR Harfleri, ROM tabanlÕ oldu÷unu gösterir, bildi÷im kadarÕyla bunlar da bir kez programlanabiliyor.

4.2.1.3 PIC Mikro Denetleyiciyi Oluúturan Bileúenler

Program Memory: Program kodunun yazÕldÕ÷Õ hafÕza alanÕGÕr, uzunlu÷u pic modeline göre 0.5 KByte – 256 KByte arasÕ de÷Lúir. PIC programlayÕFÕ cihazlar yazdÕ÷ÕQÕz kodu bu hafÕzaya yüklerler.

Ram Memory: TÕpkÕ bilgisayardaki ram hafÕza gibi, geçici de÷Lúkenlerin tutuldu÷u hafÕzadÕr. Elektrik kesildi÷inde de÷erler kaybolur. Boyutu PIC modeline göre 16 Byte – 32 KByte arasÕ de÷Lúir.

EEPROM: Elektriksel olarak silinebilen hafÕza, Elektrik kesildi÷inde buradaki veriler kaybolmaz, PIC programlanÕrken veya kod içerisinden bu hafÕzaya yazÕlabilir. PIC’lerin bir kÕsmÕnda EEPROM yoktur. Maksimum 4096 Kbyte.

Portlar: PIC’ler modeline göre de÷Lúik sayÕda giriú çÕNÕú portlarÕna sahiptirler. 8 BacaklÕ PIC’lerde GPIO olarak adlandÕUÕlan port, di÷er modellerde PORTA, PORTB…..PORTF vs. úeklinde tanÕmlanmaktadÕr. PIC’lerde giriú çÕNÕú portlarÕ illa da o amaç için kullanÕlacak diye bir kural yoktur. Örne÷in aúD÷Õdaki úekilde görülece÷i gibi PORT B3 istenildi÷i takdirde CCP1 çÕNÕú olarak kullanÕlabilir. Projedeki ihtiyaca göre hangi pinin ne için kullanÕlaca÷Õ önceden belirlenir.

ùekil 4.2’ Picmikro Pin Tablosu

Timerlar: Timer’lar donanÕmsal zamanlayÕFÕ modüllerdir, ayarlandÕklarÕnda belirli de÷erler arasÕnda sayar ve tekrar baúa dönerler, maksimum de÷ere ulaúWÕklarÕnda kesme oluúturabilirler. Timer0, Timer1, Timer2, Timer3 vs. úeklinde

de÷Lúik timer’lar vardÕr. Kullanaca÷ÕQÕz PIC’te hangi timerlarÕ kullanabilece÷inizi çipin dokümanÕndan ö÷renebilirsiniz. Örne÷in PIC12F628A çipinde timer0, timer1 ve timer2 modülleri mevcuttur. Timer0 modülü 8 bitliktir ve 0 dan 255’e do÷ru sayar, timer1 modülü 16 bitliktir ve 0-65535 de÷erine kadar sayar.

ADC: Analogtan dijitale dönüútürme modülü, bu modül sayesinde PIC’ler analog voltajlarÕ dijital de÷erlere çevirebilir. PIC’lerin bir kÕsmÕnda vardÕr bir kÕsmÕnda yoktur. De÷Lúik kapasitelerde ADC modülleri mevcuttur. øleride bunlara de÷inece÷iz.

CCP: Capture Compare Pwm modülü, PWM sinyali oluúturmak, sinyalleri karúÕlaúWÕrmak veya ölçmek için kullanÕOÕr. PIC’lerin bazÕlarÕnda bulunmaz.

Comparator: KarúÕlaúWÕrma modülü, bu modül ile iki analog sinyali karúÕlaúWÕUÕp durumlarÕna göre çÕNÕú elde edebilirsiniz. PIC’lerin bir ço÷unda bulunur.

Usart: (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Trasnmitter) DonanÕmsal seri haberleúme için kullanÕOÕr, PIC’ lerin bir kÕsmÕnda mevcut de÷ildir. Mevcut olmayan PIC’lerde yazÕOÕmsal olarak seri haberleúme yapÕlabilir.

SPI: Serial Peripheral Interface, Seri DonanÕm Arabirimi modülü, SPI haberleúmesi için kullanÕOÕr.

CAN: (Controller Area Network), Özellikle otomotiv sanayisinde kullanÕlan haberleúme protokolü. PIC’lerin bir kÕsmÕnda vardÕr.

I2C: Haberleúme protokolü, PIC’lerin bir kÕsmÕnda vardÕr.

4.2.1.4 PIC Programlamak øçin Gereken Programlar

PIC progamlama çalÕúmalarÕ yapmak için iki seçenek kullanÕlabilir, ya assembler gibi düúük seviye bir dille, ya da c, basic veya pascal gibi yüksek seviye bir dille program yazÕOÕr. Assemblerla kod yazabilmek için PIC komut setini bilinmesi

gerekir. Assemblerda kod yazmak yüksek seviye dillerle kod yazmaktan daha zordur ve daha fazla zaman alÕr. Kodlar daha karmaúÕk oldu÷u için hata takibi de zor olacaktÕr. Yüksek seviye bir dille bile program geliútirildr mutlaka Assembly ve mikrodenetleyicinin yapÕVÕ hakkÕnda ön bilgiye sahip olunmalÕGÕr.

MikroChip firmasÕ, PIC denetleyicileri için geliútirme ortamÕ olarak ücretsiz MPLAB programÕQÕ temin etmektedir. MPLAB¶Õn geliútirme dili Assembly’dir. MikroChip’in C derleyicileri ücretli olmakla birlikte ö÷renciler için özellikleri biraz NÕVÕtlanmÕú ücretsiz versiyonlar da mevcuttur .

AçÕk Kaynak (ücretsiz) PIC Geliútirme YazÕOÕmlarÕ

x Ktechlab: PIC Mikro deneteyicileri için elektronik dizayn ve simulasyon arabirimi

x FreeRTOS: PIC18, PIC24, dsPIC, PIC32 Serileri için Gerçek ZamanlÕøúletim Sistemi. x GPUTILS: GPL LisanlÕ Assembler, disasembler, linker. x GPSIM: PIC Mikro Denetleyicileri için simulator. x SDCC: C Compiler, PIC16 ve PIC18 Serisini destekliyor. x JAL: PIC serileri için Pascal benzeri derleyici.

PIC Programlama CihazlarÕ

Oluúturulan kodlarÕn PIC’e yüklenmesi için PIC programlayÕFÕ cihazlara ihtiyaç vardÕr. Piyasada farklÕ türlerde PIC programlayÕFÕlar bulunmaktadÕr.

4.2.1.5 PIC Denetleyicisi Seçimi

Kullanaca÷ÕQÕz PIC denetleyicisini projedeki ihtiyaçlarÕQÕza göre belirlemeniz gerekir. PIC’lerin kapasiteleri arttÕkça fiyatlarÕ da arttÕ÷Õ için, ihtiyacÕQÕza en uygun PIC’i kullanmak ekonomik olacaktÕr. MicroChip FirmasÕQÕn PIC seçimi uygulamasÕ

MAPS (Microchip Advanced Part Selector) bu seçim için yardÕmcÕ olabilecek bir programdÕr. Özellikleri göz önünde tutularak projemizde PIC12F675 kullanÕlmÕúWÕr.

4.3 PIC12F675’in TanÕWÕlmasÕ

ùekil 4.3 Pic16F675

Yeri geldi÷inde bir çok projeyi gerçekleútirmek için küçük ama etkili milrodenetleyiciler pic16f (84, 628 vb.) serisi ile yapÕlan bir çok uygulama 12f serisi ile yapÕlabilir fakat denetleyiciyinin kullanÕPÕQÕ ö÷renmekte ayrÕ bir iú oldu÷undan çözülmüú denetleyici hangisi ise o kullanÕOÕr. Devrede kapladÕ÷Õ yer ve maliyet açÕVÕndan bazen 12f serisi daha uygun olabilir.

4.3.1 PIC12F675 Mikrodenetleyicilerin Temel Özellikleri

PIC12F675 14 bit komut yapÕVÕ vardÕr ve flash hafÕza kullanÕOÕr, yazÕOÕp silinebilirler.

ùekil 4.4’ Pic16F675 temel özellik tablosu

x Yüksek PerformanslÕ RISC CPU x øúlem hÕ]Õ 20Mhz x 7 adet kesme kayna÷Õ x 6 adet yönlenebilir giriú / çÕNÕú x Analog karúÕlaúWÕUÕFÕ x 25 ma akÕm çÕNÕúÕ x 35 adet assemler komutu x øç ve dÕú osilatör seçenekleri x Geniú çalÕúma voltaj aralÕ÷Õ – 2.0V to 5.5V x Geniú çalÕúma sÕcaklÕk aralÕ÷Õ x Düúük güç güç-reset (POR) x Brown-Detect (BOD çÕNÕú) x Bekci köpe÷i Watchdog Timer (WDT) x Programlanabilir kod koruma x Yüksek DayanÕklÕ FLASH / EEPROM Hücre x Flash 100.000 defa yazÕOÕp silinebilir. x Eeprom 1.000.000 defa yazÕOÕp silinebilir. x FLASH / EEPROM veriyi 40 yÕl tutabilir.

ùekil 4.5 PIC12F675 Bacak açÕOÕPÕ

Tablo 4.2 Pic 12f675 Pin açÕklamalarÕ

ùekil 4.6 PIC12F629 veri hafÕzasÕ

4.4 RC Servo Motor Sürücü KartÕ TasarÕPÕ

Robota hareket veren servo sürücü kartÕQÕn tasarÕPÕ yapÕlmasÕnn ardÕndan, PROTEUS program ile simulasyonlar yapÕlmÕú prototip devre breadboard’da denenmiú ardÕndan kart üretilmiútir.

Rc servo motoru sürmek için baskÕ devre tekni÷i ile üretilen bir sürücü kartÕ tasarÕPÕ yapÕlmÕúWÕr. KartÕn bu versiyonu 5 adet rc servo motoru sürebilmektedir.

ùekil 4.7 Beú adet rc servo motor süren kart açÕk devre úemasÕ

ùekil 4.8 Beú adet rc servo motoru sürmesi için tasarlanan sürücü kartÕ baskÕ devresi ve iletim hatlarÕQÕn görünümü

4.4.1 Rc Servo Motor Sürücü KartÕnda KullanÕlan Malzemeler

Tablo 4.3 Elektronik kart malzeme listesi Malzeme listesi; Miktar Pic12f675 smd 4 Adt 7805 gerilim regülat 2 Adt 16V 470uF kondansatör 2 Adt 100nF 805 kÕOÕf smd kondansatör 2 Adt 3.1 V zener 1206 kÕOÕf smd 1 Adt 1 K direnç 805 kÕOÕf smd 5 Adt 10 K direnç 805 kÕOÕf smd 4 Adt Triple Axis Accelerometer Breakout – MMA7361 2 Adt Tek sÕra pin 1 Adt 5 kanal lehim 0.75mm 0.75 mm

4.5 Üç Eksen øvme Ölçer Sensör

Günümüzde geliúmekte olan yarÕiletken teknolojisi sayesinde MEMs (Micro- ElectroMechanical System) yapÕlar sayesinde ivme sensörleri devre üzerinde entegre NÕOÕf içerisine girebilmektedir. Bu sayede ivme sensörleri çeúitli uygulama alanlarÕ bulabilmektedir. Medikal uygulamalar, güvenlik uygulamalarÕ, MMI (insan makine arayüzleri), robotic uygulamalarÕna kadar birçok alanda ivme sensörleri kullanÕlmaktadÕr.

øvme sensörleri, ivme, titreúim ve mekanik úok de÷erlerini ölçmede kullanÕlan elektromekanik elemanlardÕr. øvme sensörlerinin farklÕ çalÕúma yöntemleri vardÕr. BazÕ ivme sensörleri pieozoelektrik etkiyi kullanÕr. øçerdikleri mikroskobik kristal yapÕlar ivmesel kuvvetle gerilir; bu da voltaj üretilmesini sa÷lar. Bir baúka yol da kapasitedeki de÷Lúimi algÕlamaktÕr. Birbirine yakÕn iki mikro yapÕ arasÕnda kapasitif etki oluúur ve kapasitans de÷eri açÕ÷a çÕkar. Kapasitif Ivmeölçer; kapasitif iletim prensibi kullanÕOÕr. Sismik kütle olarak bir diyafram kullanilir. Bir ivme etkidi÷i zaman sabit elektrot ile sismik elektrot arasÕndaki mesafe de÷Lúir. Mesafenin de÷Lúmesiyle kapasitans de÷Lúir ve ivme ile oratÕOÕ bir çÕNÕú elde edilir.

ùekil 4.9 Basitleútirilmiú algÕlayÕFÕ fiziksel modeli

4.5.1 Üç Eksen øvme Ölçer Sensör øç YapÕVÕ

“G-Cell Sensor”ü olarak adlandÕUÕlan blok ùekil 2’de verilen fiziksel modeli içeren 3 adet (x, y, z eksenleri için) birer yarÕ iletken kapasitif algÕlayÕFÕdan oluúmaktadÕr. “C to V Converter” olarak adlandÕUÕlan blok kapasite ölçümü köprü devresinden oluúmaktadÕr. Bunu takip eden “Gain+Fitler” blo÷u integral alÕFÕ ve rms

Lúaretin ortalamasÕQÕ alarak buna kazanç ekler. øçersinde bulunan “oscillator” ve “Clock generation” blo÷u kapasite ölçümü için gerekli olan osilatör iúaretini oluúturur. “X-Temp Comp”, “Y-Temp Comp”, “Z-Temp Comp” bloklarÕ sÕcaklÕ÷a ba÷OÕ olarak yarÕiletken yapÕda meydana gelen de÷Lúikliklerden dolayÕ ölçüm hatalarÕQÕ gidermek için kompanzasyon devrelerini ve hassasiyeti ayarlamak için gerekli devreleri içerir.

ùekil 4.10 Kapasitif ivme sensörü

4.5.2 Üç Eksen øvme Ölçer Sensör Uygulama AlanlarÕ

x ønsan-makine ara yüzleri x Navigasyon sistemleri x ÇalÕnmaya karúÕ korunma sistemleri x Makine kontrolü x ønteraktif e÷lence x Remote kontrol x Spor ve sa÷OÕk kontrol sistemleri

x Pusula kompanzasyonu x Otomotiv de çarpma ve süspansiyon kontrol sistemleri x GPS uygulamalarÕ x Düúme algÕlama x HDD koruma sistemleri x Görüntü stabilizasyonu x Hareket kontrol uygulamalarÕ x Portatif elektronik ürünler x Robot uygulamalarÕ x Sismik görüntüleme sistemleri x Kargo taúÕmacÕ÷Õnda paket güvenli÷i ve takibi x Araç dinamik kontrol uygulamalarÕ

4.5.3. øvme Sensörü Seçimi

øvme sensörlerinin analog ve sayÕsal çÕNÕú veren tipleri bulunmaktadÕr. Analog oÕNÕúOÕ ivme sensörleri ivme de÷erine ba÷OÕ olarak sürekli bir gerilim verirler. SayÕsal ivme sensörleri çÕNÕú için çeúitli arayüzleri destekleyen (I2C, SPI, UART, vs…) modelleri oldu÷u gibi modüle edilmiúúekilde çÕNÕú veren (örn PWM) modelleri de mevcuttur. øvme sensörü seçerken aúD÷Õdaki özellikler göz önünde bulundurulmalÕGÕr.

x Eksen SayÕVÕ: Birçok proje için 2 eksenli ivme sensörü yeterli olmaktadÕr. Fakat 3 boyutlu pozisyon isteniyorsa 3 eksenli ya da do÷ru açÕlarda yerlerútirilimiú 2 eksenli ivme sensörleri kullanÕlabilir.

x Maximum SalÕnma: Yerçekimi ivmesini kullanarak yalnÕzca e÷im ölçülmek isteniyorsa +1,5g lik ivme sensörü yeterli olur. E÷er araba, uçak ya da robotun hareketi saptanmak isteniyorsa + 10 lik bir sensör yeterli olacaktÕr. Ani baúlangÕçlar ya da durmalarÕn oldu÷u projelerde + 300’ye kadarlÕk sensörlere ihtiyaç duyulabilir.

• HassaslÕk: øvmenin hassas ölçümü iúarette daha büyük de÷Lúimlerin olmasÕQÕ sa÷lar. Daha büyük sinyal de÷Lúimleri ölçümü kolaylaúWÕrarak do÷ru sonuçlar meydana getirir.

• Bant Geniúli÷i: Yavaú e÷imli hareketleri algÕlama uygulamalarÕnda 50 Hz yeterli olmaktadÕr. Titreúim ölçümü yapÕOÕyorsa ya da hÕzlÕ hareket eden bir makine kontrol ediliyorsa bant geniúli÷inin yüksek olmasÕ gerekir. MEMs yapÕdaki ivme sensörleri genelde 100500 Hz band geniúli÷ine sahiptir.

• Empedans/Bufferlama: Bir çok ADC’nin düzgün çalÕúabilmesi için ba÷lanan elemanÕn çÕNÕú empedansÕQÕn 10 k’un altÕnda olmasÕ gerekti÷i belirtilmektedir. BazÕ üreticilerin analog ivme sensörleri 32 k’luk bir çÕNÕú empedansÕna sahiptir. Bunun çözümü çÕNÕú empedansÕQÕ düúürmek için bir ‘düúük giriú ofseti bulunan rail to rail op amp’ÕQÕ buffer olarak kullanmaktÕr.

Bu uygulamada Freescale MMA7361L 3-eksenli ivme sensörü kullanÕlmÕúWÕr.

4.5.4 Freescale MMA7361L øvme Sensörü Özellikleri

• +2.5g/3.3g/6.7g/10g ayarlanabilir 3 eksenli ivme sensörü • Düúük güç tüketimi (500uA@3V) • Uyku modunda 3uA akÕm tüketimi • Düúük besleme gerilimi 2.2V - 3.6V • HÕzlÕ açma zamanÕ • Tümleúik tek kutuplu alçak geçiren süzgeç • XY ekseninde 350Hz, Z 150 Hz frekans yanÕWÕ • 100mHz - 1KHz 4.7mV RMS gürültü gerilimi • ÇÕNÕú gerilim aralÕ÷Õ Vss+0.25V ve Vdd-0.25V • ÇalÕúma aralÕ÷Õ içinde %1 do÷rusallÕktan sapma • Çapraz eksen hassasiyeti (Vxy, Vzx, Vyz) %5 (çapraz eksenlerden 90 derece ile uygulanan ivmeyi çÕkarma hassasiyeti)

• XY eksenindeki rezonans frekansÕ 6KHz ve Z eksenindeki rezonans frekansÕ 3.4KHz

ùekil 4.11 Freescale MMA7361L ivme sensörü pin düzeni

ùekil 4.12 Freescale MMA7361L ivme sensörü

4.6 Pic Basic Pro Programlama Dili

PIC Basic Pro, Micro Engineering Labs firmasÕ tarafÕndan PIC mikrodenetleyicileri için geliútirilmiútir ve BASIC programlama dilinin kolay |÷renilebilme özelli÷inden dolayÕ dünyanÕn ençok kullanÕlan programlama dillerinden biridir.

PIC Basic Pro programlama dilini kullanabilmeniz için algoritma ( algorithm ), akÕú diyagramÕ ( flowchart ) oluúturmayÕ ve QBASIC ile basit programlar yazmayÕ bilmeniz yeterlidir. Daha önce PIC assembly ile programlama yapmÕú olanlar PIC Basic Pro'nun kullanÕPÕQÕn ne kadar kolay oldu÷unu göreceklerdir.

PIC Basic Pro derleyici program kodlarÕQÕ Assembly dili programlarÕyla karÕúÕk kullanmak da mümkündür. Özellikle bir iúlemi daha hÕzlÕ çalÕúWÕrmak , program belle÷inde daha az yer tutmak ya da PIC Basic derleyicilerinin yapabildi÷inden daha farklÕ bir iúlem için program içinde Assembly kodlarÕQÕ kullanmak gerekebilir.

Konunun amacÕndan sapmamasÕ için detaylÕ olarak kod yazÕPÕ ve kodlarÕn pic’e yüklenme prosüdürü detaylÕ olarak anlatÕlmayacaktÕr.

4.7 Kontrol Devresi AkÕú DiyagramÕ

BAùLA

ANALOG PORTLARI AÇ

SENSÖR OKU

SENSÖRDEN GELEN BøLGø

MATEMATøKSEL PROGRAMLAMA

MOTOR KONTROL 6øNYALLERøNE DÖNÜùTÜR

SERVO MOTORA GÖNDER

SONLANDIR

ùekil 4.13 Kontrol akÕú diyagramÕ

BÖLÜM BEù TORK ANALø=ø

5.1 Servo MotorlarÕn Seçimi

Tork veya di÷er adÕ ile dönme momenti: Bir eksen etrafÕnda dönen bir cisim düúünelim, bir tekerlek gibi… Tork; bu dönen tekerle÷in dönme ekseni ve kuvvetin uygulandÕ÷Õ nokta arasÕndaki dikme ile kuvvetin çarpÕPÕGÕr.

ùekil 5.1 Freescale MMA7361L ivme sensörü

ùekildeki tekerle÷in ortasÕndan bir mil geçti÷ini ve tekerle÷in bu mil etrafÕnda döndü÷ünü varsayalÕm. Tekerle÷e tatbik edilen kuvvet F3 ise teker dönmez. F2 ise tekerlek bu kuvvetin dik bileúeni oranÕnda döner. F1 ise tekerin dönme eksenine göre momenti tani torku:

Tork = d * F 1'dir. d ile uygulanan kuvvet arasÕndaki açÕQÕn dik olmasÕ gerekir (momentin tanÕPÕ).

(÷er F2 kuvveti yönünde bir kuvvet vektörü söz konusu ise bu kuvvetin F1 bileúeni bulmak gerekir.

ùekil xx’de q açÕlarÕ eúittir. F1 = F2.sinq'dur.O halde buradaki tork T = d * sinq.F2 olur veya kuvvetin dik bileúeni yerine uygulanan kuvvete dik olan uzaklÕ÷Õ bulalÕm. ùekildeki dik olan do÷ru parçasÕ k olsun.

sin q = k/d dir k = d * sin q olur. Moment tanÕPÕna göre;

tork = k * kuvvet T = d * sin q . F2 olur. Yani ilk formüle bu úekilde de ulaúÕOÕr.

Bu formülden görüldü÷ü gibi ( sin q de÷eri en fazla 1 oldu÷u için ) sinq1 úartÕQÕ sa÷layan kuvvet tatbikinde tork en fazladÕr.

Sinq = 1 de÷eri q= 90 derece için geçerlidir. O halde kuvvet dönme eksenine dik oldu÷u zaman tork en büyüktür.

q = 180 veya q = 0 derece için sin 0 oldu÷undan tork 0 olur yani dönme olmaz. Bu da F3 yönünde çekme veya zÕddÕ olan itme kuvvetidir. Bu kapÕ kanadÕndan dik olarak çekilen bir döner kapÕQÕn neden dönmedi÷ini açÕklar.

Tork birimi newton metredir.

ùekil 5.2 Uzuvlardaki aparatlarÕn a÷ÕrlÕk merkez noktalarÕ

Motorlar D2

Gövde

ùekil 5.3 Uzuvlardaki aparatlarÕn a÷ÕrlÕk merkez noktalarÕúematik çizimi

Robot kolundaki parçalarÕn a÷ÕrlÕk merkezlerinden kütle indirgeme yöntemini kullanarak system a÷ÕrlÕklarÕQÕúematize edelim.

Robotun mafsal noktalarÕ ve d1, d2 gerçek ölçüleri,

W1 = 70 gr W2 = 140 gr

Sistemde çalÕúÕr durumdaken 150 gr’lÕk bir yük oldu÷unu varsayarsak, eklem noktalarÕna gore alaca÷ÕPÕz momentlerle servo motorlarÕPÕ]Õn tork‘larÕ bulabilmek mümkün olacaktÕr.

Motorlar

150 120

ùekil 5.4 Yüklerin serbest çizim siyagramÕnda gösterilmesi

Hesaplamalar uzuvlarÕn zemin düzlemine parallel ve statik durumda olduklarÕ göz önüne alÕnarak hesaplanmÕúWÕr.

5.1.1 Omuz Motoru

ùimdi ; Bu eklemlerimizi omuz, dirsek ve bilek olarak adlandÕralÕm. d1 = 120mm oldu÷una göre d1 / 2 = 60 mm d2 = 100mm oldu÷una göre d2 / 2 = 50 mm Simdi referans mafsal noktamÕza göre moment alÕrsak; M1 = W1 x d1/2 +W2 x (d1+d2/2) +G x ( d1+d2) M1 = 70 x 60 + 120 x ( 120 + 50 ) + 150x ( 120 + 100 ) =57600gr.mm = 5,76 kgcm omuz bölgesinde kullanaca÷ÕPÕz Hitec HS311’in 6 V da Tork de÷eri 3,7 kg cm kapasiteli 2 adet rc servo kullanarak rahatlÕkla 150 gr’lÕk bir nesneyi kaldÕrabilmekdeyiz. TasarÕPÕPÕz bu a÷ÕrlÕkta bir nesneyi kaldÕrabilmek için 3,2 tork kapasiteli 2 adet standart rc servo motor kullanÕrsak 150 gr’lÕk bir objeyi kaldÕramaya uygundur.

5.1.2 Dirsek Motoru

økinci mafsal noktamÕza göre moment alÕrsak; M2 = W2 x d2/2 + G x (d2 ) – W1 x d1/2…..den M2 = 120 x 50 +150 x (100)– 70 x 60= 16800.grmm=1,68 kg cm

TasarÕPÕPÕz tek motor olarak kullanÕlmak üzere tasarlandÕ÷Õ için bir adet HS 311 rc servomuz rahatlÕkla bu yükü kaldÕrmaya yeterlidir.

5.1.3 Tutucu Motoru

Yerçekimine karúÕ iú yapan z ekseninde dönme iúlemini gerçeklerútiren uzuvlarda motor için herhangi bir moment hesabÕ yapÕlmasÕna gerek yokdur. YapÕlan iú kuvvet kaldÕrmak olmayÕp yerçekimine karúÕ yapÕldÕ÷Õndan kaldÕrma iúlemi durumu bulunmamaktadÕr.

BÖLÜM ALTI DENEY

Günümüzde do÷al felaket olarak nitelendirece÷imiz en güncel konulardan birtanesi Japonyadaki Fukuúima nükleer santralininde oluúan hasar ve çevreye yarattÕ÷Õ etki gösterilebilir. Nükleer sÕ]ÕntÕQÕn engellenmesi için insanlarÕn çalÕúmalarÕna elveriúli olmayan santralde, çalÕúabilecek robotlar içinde uygun bir ortam bulunmamaktaydÕ. RobotlarÕn, molozlarÕn içinde yürüyebilmesi, 5 kilograma kadar a÷ÕrlÕk kaldÕrabilmesi, kurtarma ekiplerine yardÕmcÕ olabilmesi için araç kullanabiliyor olmasÕ, kapÕlarÕ açabilmesi, duvarlarÕ yÕkabilecek aletler kullanabilmesi, hatta so÷utma pompalarÕQÕn yerini de÷Lútirebilmesi gerekmekteydi, NÕsacasÕ karúÕlaúWÕ÷Õ durumlarda insanÕn düúünme yetene÷ine sahip, hÕzlÕ karar verebilen bir yapÕya sahip olmalarÕ gerekiyordu. Bu özellikler joystick aracÕOÕ÷Õyla ya da görüntü iúleme yöntemlerinden faydalanarak yapay zeka kazandÕUÕlmÕú robotlarla; bozucu girdinin yüksek oldu÷u bu durumda baúarÕOÕ olabilmesi oldukça güçtür. Bu gibi durumlarda üzerinde çalÕúWÕ÷ÕPÕz yöntem úekli, bir kamera aracÕOÕ÷Õyla robotun görüú açÕVÕna ba÷lanarak insan hareketini birebir kopyalayan robotlarla kolaylÕkla DúÕlabilecektir.

Bu ba÷lamda, robot prototipinin el hareketleri ile yönlendirilerek bir cismi bir yerden baúka bir yere taúÕma hareketini gerçekleútirerek yaptÕ÷Õ simülasyon deneyi daha geliúmiú farklÕ mekanizmalarda çoklu serbestlik derecelerinde robot uygulamalarÕna uygulandÕ÷Õnda yukarÕdaki problemlerinin aúÕlmasÕna ÕúÕk tutaca÷Õ kanÕVÕ oluúturabilmektedir.

89 90

6.1 Robot Kol Hareket Örnekleri

Robot Kolunun farklÕ düzlemlerde gerçekleútirdi÷i hareket örnekleri;

ùekil 6.1 Ön kol üst kol yatay düzleme dik durum

ùekil 6.2 Üst kol yatay düzleme paralel durum

ùekil 6.3 Tutucunun max e÷ilme durumu

ùekil 6.4 Tutucunun max açÕk pozisyon durumu

ùekil 6.5 Tutucunun kapalÕ pozisyon durumu

6.2 Robot Kolu Similasyon Deneyi

Robot kol simülasyon deneyinde belli bir pozisyondaki kapak istenilen koordinatlara getirilmiútir.AúúD÷Õda deney ile ilgili fotograflar yer almaktadÕr.

ùekil 6.6 øvme ölçer sensörler

ùekil 6.7 øvme ölçer sensor hareket yönleri

ùekil 6.8 Kapak kaldÕrma similasyon konum 1

ùekil 6.9 Kapak kaldÕrma similasyon konum 2

ùekil 6.10 Kapak kaldÕrma similasyon konum 3

ùekil 6.11 Kapak kaldÕrma similasyon konum 4

ùekil 6.12 Kapak kaldÕrma similasyon konum 5

ùekil 6.13 Kapak kaldÕrma similasyon konum 6

ùekil 6.14 Kapak kaldÕrma similasyon konum 7, son durum

BÖLÜM YEDø SONUÇ

7.1 Tezin AmacÕ

Bu tezin amacÕ üç eksenli robot kollunun uygun analizler ile hareketsel karakteristli÷inin incelenmesi, tasarÕPÕQÕn gerçekleútirilmesi ve mikroiúlemci kontrolünde ivme sensörleri vasÕtasÕyla insan elinin hareket yönüne duyarlÕúekilde çalÕúma düzleminde hareketlerini gerçekleútirebilmesinin sa÷lanmasÕGÕr. ÇalÕúÕlan teorik ve algoritmik bilginin gerçek ve simülasyon uygulamalarÕnda kullanÕlmasÕ hedeflenmiútir. Robot kolun pratik çalÕúma kapsamÕnda gerçek zamanlÕ ve akÕllÕ uygulamalar için kullanÕlmasÕ amaçlanmÕúWÕr.

7.2 YapÕlan ÇalÕúmalar

Tez çalÕúmamÕzda 4 adet rc servo motora sahip robot kolunun üretim süreçleri takip edilerek tasarÕmlarÕ tamamlanmÕú, sensörler aracÕOÕ÷Õ ve kontrol aúamasÕnda kullanÕlan iúlemciye yüklenen kodlarla kontrolü sa÷lanarak insan elinin duyarlÕOÕ÷Õna uygun olarak insansÕ hareketi gerçekleútirilmiútir.

Tez çalÕúmamÕzda motor sürücü kart devresi tasarÕPÕ, cad programlarÕ aracÕOÕ÷Õyla birebir baúarÕOÕ tasarÕm ve montajlarÕn üretilebilmesi için nasÕl gerçekleúebildi÷i ve servo motorlarÕn robot kolu kontrölüne uygunlu÷uda görülmüútür. Kinematik ve statik tork analizleri ile optimum koúullarda çalÕúmanÕn nasÕl yapÕlabildi÷i üzerine çalÕúÕlmÕú ve uygulamadaki baúarÕVÕ gözlemlenmiútir. Mukavemet açÕVÕndan da kuvvetli bir kol ortaya çÕkartÕlmÕúWÕr.

TasarÕm aúamasÕ tamamlanÕp, kinematik analizleri, pozisyon, hÕz kontrolleri, gerekli hesaplarÕ yapÕlmÕúWÕr.

97 98

7.3 Robot Kolunun Eksileri ve ArtÕlarÕ

Orta sÕQÕf ivmeölçerler ile robot prototibini hareket ettiren düzenek, mümkün oldu÷u kadar az donanÕm gerektirecek úekilde yapÕlmak istenmiútir. Buna ra÷men istedi÷imiz hareketleri ani tepkileri vererek çalÕúma alanÕ içersinde sorunsuz olarak gerçekleútirebilmektedir.

Mekanik aksamda dönen parçalarÕn servo motor aparatlarÕyla birbirine ba÷lanma suretiyle iliúiklendirilmesi, mekanik açÕdan uzun kullanÕmda kolda titreme, salÕQÕm yapma gibi beklenmedik durumlarÕn oluúmasÕna neden olabilece÷i düúünülmektedir. Bu durumu engellemek için mafsal noklarÕ özellikle uygun rulman kullanÕlarak ba÷lanmalÕ ve montajÕ buna gore düzenlenmelidir.

7.4 Maliyet

Robot tasarlanÕrken göz önüne alÕnmasÕ gereken en önemli konulardan biri olan maliyettir. Maliyeti üç boyutlu parça tasarÕm ve model montajÕQÕ kusursuz tamamlayÕp, tek bir üretimle prototibi ortaya çÕkartarak ve gerekesiz malzemeden uzaklaúarak, düúürmek mümkün olmaktadÕr.

Tablo 7.1 Robot Kol Maliyeti

4 Adet Servo Motor 240 TL 1 Tabaka Plexiglass+øúçilik 150 TL 2 Adet Kestamin Düz Diúli 50 TL 2 Adet øvme Sensör 300 TL 1 Adet Elektronik Kart Devresi 200 TL YardÕmcÕ malzemeler 50 TL Toplam 990 TL

7.5 Robot Kol Üzerinde Geliútirilebilecek ÇalÕúmalar

Robot Kolumuz yüksek yatÕUÕm maliyetleriyle imal edilmesi durumunda, insan el hassasiyetinin birebir kopyalayabilecek çalÕúmalarda kullanÕm olana÷Õ sa÷layabilir ve çalÕúma uzayÕ içinde istenilen pozisyona gitme gibi çalÕúmalarÕn kusursuz yapÕlabilece÷ini sa÷layabilir.

YapÕlabilecek bir baúka çalÕúma, ivme sensörlerinin iúlemciye kablosuz bir úekilde ba÷lanarak internet vasÕtasÕyla uzak mekanlarda kontrolünün gerçekleútirlmesi olabilir. Oluúturulan prototip gelecekte yapÕlacak kablosuz uygulama için referans alÕnabilir. YaratÕlacak uygulamalar güvenlik sistemleri ve medical sistemler gibi önem arz eden sektörlerde kullanÕm olanaklarÕ bulabilir.

100

KAYNAKLAR

Akademik, (b.t). 15 Mart 2012, http://www.teknokent.hakkari.gov.tr/academics/plotter

Altaú YayÕncÕOÕk (10 Ocak 2012). Robot yapÕm kÕlavuzu.

Ayberk, A. (2001). Visual object recognition and assortment by a robot manipulator. Yüksek lisans tezi. øzmir: Dokuz Eylül Üniversitesi.

Berkay, A., ùeker, M. ve Esin, E. (2003). Pnömatik robot uygulamasÕ. Elektrik - Elektronik - Bilgisayar Mühendisli÷i 10. Ulusal kongresi.

Bingül, Z. ve Küçük, S. (2005). Robot Tekni÷i I. østanbul: Birsen YayÕnevi.

Bostan, B. (2004). Puma 560 robotunun hesaplanmÕú moment metoduyla kontrolü. Yüksek lisans tezi. Sakarya: Sakarya Üniversitesi.

CCs-C ile PIC programlama PIC mikro nenetleyicileri tanÕyalÕm, (b.t). 15 Mart 2012, http://www.teknobakis.com/ccs-c-ile-pic-programlama-pic-mikro- denetleyicilerini-taniyalim

ÇalÕúkan, A. (2004). Mekatronik sistemlerde internet tabanlÕ kontrol ve kartezyen robot üzerinde bir uygulama. Yüksek lisans tezi. Sakarya: Sakarya Üniversitesi.

Çengelci, B. ve Çimen, H. (2005). Endüstriyel robotlar, makine teknolojileri. Elektronik Dergisi.

101

Daehie, H., & Steven A. (1997). Tethered mobile robot for automating highway maintenance operations. In Robotics and computer-integrated manufacturing volume (13) içinde (297-307).

Endüstriyel robotlar ve uygulama alanlarÕ, (b.t). 10 ùubat 2012, http://www.makinateknik.org/robotik/robot_nedir.php

Göktaú, S. (11 Temmuz 2010). PIC basic ile servo motor kontrolü. 18 Mart 2012, http://www.selimgoktas.com.tr/post/pic-basic-ile-servo-motor-kontrolu.aspx

Gören, A. (2001) Remote control of a non-holonomic vehicle via computer. øzmir: Dokuz Eylül Üniversitesi.

Güven, S. (20 Mart 2012). Tork nedir? http://www.antrak.org.tr/gazete/051999/sinan.htm

Güzel, M. S. (2008). AltÕ eksenli robot kolun hareketsel karakteristli÷inin görsel programlanmasÕ ve gerçek zamanlÕ uygulamalar. Yüksek lisans tezi. Ankara: Ankara Üniversitesi.

Köker, R. (2002) Üç eklemli bir robot kolunun görmeye dayalÕ olarak model tabanlÕ veri kontrolü. Doktora tezi. Sakarya: Sakarya Üniversitesi.

Mikkelsen, J. (1998). A machine vision system controlling a lynxarm robot along a path. South Africa: University of Cape Town

Özsoy, Ö. (25 Mart 2012). Robot & Elektronik, “YakÕn tarihte robotik biliminin geliúimi”. 10 Nisan 2012, http://www.endtas.com/

Robot nedir, robot tarihi, (b.t). 10 ùubat 2012, http://teknolojivebilim.com/robot/52-robot-nrdirrobot-tarihi-.aspx

102

RobotlarÕn sÕQÕflandÕUÕlmasÕ, (b.t). 10 Mart 2012, http://www.makinateknik.org/robotik

Robotlarda tutucular, (b.t). 12 Mart 2012, http://www.makinateknik.org/robotik/tutucular

RobotlarÕn Uygulama AlanlarÕ, (b.t). 13 Mart 2012, http://www.muhendisforum.net/index.php?topic=164.0

Tiryaki, A. ve Kazan, R. (2005). Scara robot dinami÷inin yapay sinir a÷larÕ kullanarak modellenmesi. Mühendis ve Makine, 46 (550).

Tokel, Ç. (2009). Dört eksenli rc servo motor tahrikli bir robot manipulatörü tasarÕPÕ ve uygulamasÕ. Yüksek lisans tezi, øzmir: Dokuz Eylül Üniversitesi.

Tonbul, T. ve SarÕtaú M. (2003). Beú eksenli bir edubot robot kolunda ters kinematik hesaplamalar ve yörünge planlamasÕ. Gazi Üniversitesi Mühendislik MimarlÕk Fakültesi Dergisi, 18 (1), 145-167.

Ya÷OÕ, O. (2005). Labirent robotu tasarÕPÕ ve gerçekleútirilmesi. Yüksek lisans tezi. Sakarya: Sakarya Üniversitesi.

YarÕm, M. A. (2004). Robot control over internet using tcp/ip protocol. Yüksek lisans tezi. øzmir: Dokuz Eylül Üniversitesi.

YazÕFÕ, ù., KÕOÕvan, M. Ertunç, H. ve Erol M. (2003). Bilgisayar Kontrollü Kartezyen Robot TasarÕPÕ. Elektrik - Elektronik -Bilgisayar Mühendisli÷i 10. Ulusal kongresi.

<Õlmaz, S. (2006). Bir robot kolu mekanizmasÕnda adÕm motorlar vasÕtasÕyla verilen koordinatlara, hareketin gerçekleúmesi. Yüksek lisans tezi. Sakarya: Sakarya Üniversitesi.

103

Xia, Y. (2001). Continuous Sliding mode control of a cartesian pneumatic robot. Kingston, Ontario Canada: Queen's University.

104

EKLER 3Õc 12f675 data sheet’inden alÕnmÕúWÕr

105

MMA7361L Data sheet’inden alÕnmÕúWÕr.

+Õtec HS311 Servo motor

106

PIC Kontrol YazÕOÕPÕ

x Yazan: Orhan Efe ALP x Amaç : Program 3 eksenli robot kolunun ivme ölçer sensörlerden alÕnan komutlarla 4 ader PÕc12f675 in insanÕn el hareketlerini anlayarak gereken döndürme, öteleme, tut bÕrak iúlemlerini yaptÕrmak için servolarÕn kontrÕlünü sa÷lama iúidir.

------

@ DEVICE PIC12F67 ‘kullanÕlan mikrodenetleyici @ DEVICE PIC12F675, WDT_OFF @ DEVICE PIC12F675, PWRT_OFF @ DEVICE PIC12F675, PROTECT_ON @ DEVICE PIC12F675, BOD_OFF @ DEVICE PIC12F675, MCLR_OFF @ DEVICE PIC12F675, INTRC_OSC_NOCLKOUT

GPIO=%000010000

DEFINE ADC_BITS 10 '10 bit analog okuma çözünürlü÷ü DEFINE ADC_CLOCK 3 DEFINE ADC_SAMPLEUS 1200 'adc örnekleme zamanÕ ADCON0=%10001101'adc tanÕmlama ANSEL=1 CLEAR HIGHDELAY VAR WORD bank0 system 'de÷Lúkenler LOWDELAY VAR WORD bank0 system '

107

REAL VAR WORD bank0 system ' total var word bank0 system ' total1 var word bank0 system ' total2 var word bank0 system ' total3 var word bank0 system ' total4 var word bank0 system ' total5 var word bank0 system ' total6 var word bank0 system ' total7 var word bank0 system ' total8 var word bank0 system ' total9 var word bank0 system ' total10 var word bank0 system ' total11 var word bank0 system ' total12 var word bank0 system ' total13 var word bank0 system ' total14 var word bank0 system ' total15 var word bank0 system ' hasram var word bank0 system '

SYMBOL SERVO=GPIO.2 'servonun ba÷OÕ oldu÷u pin isimlendirildi.

CNTRL: 'cntrl döngüsü

ADCIN 3,REAL '3. analog baca÷Õndan veriyi oku ve real de÷Lúkenine yaz total = real + real 'real de÷Lúkeni ile real de÷Lúkenini oku ve total e yaz adcin 3,real '3. analog baca÷Õndan veriyi oku ve real de÷Lúkenine yaz total1 = total + real 'total de÷Lúkeni ile real de÷Lúkenini topla total1 de÷Lúkenine yaz adcin 3,real '3. analog baca÷Õndan veriyi oku ve real de÷Lúkenine yaz total2 = total1 + real 'tatal1 de÷Lúkeni ile real de÷Lúkenini topla tatol2 de÷Lúkenine yaz adcin 3,real '3. analog baca÷Õndan veriyi oku ve real de÷Lúkenine yaz total3 = total2 + real 'total2 de÷Lúkeni ile real de÷Lúkenini topla total3 de÷Lúkenine yaz adcin 3,real '3. analog baca÷Õndan veriyi oku ve real de÷Lúkenine yaz total4 = total3 + real ' adcin 3,real ' total5 = total4 + real ' adcin 3,real ' total6 = total5 + real ' adcin 3,real '

108

total7 = total6 + real ' adcin 3,real ' total8 = total7 + real ' adcin 3,real ' total9 = total8 + real ' adcin 3,real ' total10 = total9 + real ' adcin 3,real ' total11 = total10 + real ' adcin 3,real ' total12 = total11 + real ' adcin 3,real ' total13 = total12 + real ' adcin 3,real ' total14 = total13 + real ' adcin 3,real ' total15 = total14 + real '

hasram = total15 / 16 'total15 de÷Lúkenini 16 ya böl hasram de÷Lúkenine yaz HIGHDELAY = hasram * 4 'hasram de÷Lúkenini 4 ile çarp highdelay de÷Lúkenine yaz LOWDELAY = 20000 - HIGHDELAY '20000 den highdelay de÷Lúkenini çÕkar low delaya yaz

'giriú analog de÷erini çÕNÕú pwm sinyaline çevirmek için burada matematik iúlemi yapÕldÕ

HIGH servo 'servo pinini high'a çek PAUSEUS HIGHDELAY 'highdelay kadar bekle LOW servo 'servo pinini low'a çek PAUSEUS LOWDELAY 'lowdelay kadar bekle

IF highdelay>2500 THEN HiGHDELAY=2500 ' e÷er highdelay 2500 den büyükse 2500'e sabitle IF HiGHDELAY<500 THEN HiGHDELAY=500 ' e÷er lowdelay 500 den küçükse 500 e sabitle

GOTO CNTRL 'cntrl döngüsüne geri dön END 'program sonu