Endüstriyel Robotlar

ve

Fanuc R-J3iC Robot Deneyi

Arş.Gör. Yusuf ŞAHİN Arş.Gör. Abdullah ÇAKAN

1. Amaç

Bu deneyde Puma tipi Fanuc R-J3iC model 6+1 serbestliğe sahip robot incelenecektir.

Çalışmada robot çalışma prensibi, Robot kinematiği, programlama ve kontrol yöntemleri ele

alınacaktır.

2. Endüstriyel Robotlar

ISO TR 8373 tanımına göre endüstriyel robot, üç veya daha fazla programlanabilir ekseni

olan otomatik kontrollü, programlanabilir, çok amaçlı, bir yerde sabit duran veya tekerlekleri

olan endüstriyel uygulamalarda kullanılan manipülatördür. Amerikan Robot Enstitüsü ise

robot tanımını, "programlanabilir, çok fonksiyonlu, malzemeleri, parçaları, aletleri ve özel

aygıtları taşıyabilir ve çeşitli programlanmış fonksiyonları yaparak çeşitli görevleri yerine

getirir" şeklinde yapmaktadır.

Japonya'da ise robot, hafıza aygıtı takılmış, rutin işleri yaparak insanın yerini alabilen,

belirlenmiş hareketleri otomatik olarak yerine getirebilen, ekipmanı tamamen sağlanmış

makine olarak tanımlanmaktadır.

Robot kelimesi ilk olarak 1921 yılında Çekoslovak oyun yazarı Karel Capek tarafından

yazılan Rossum's Universal Robots adlı bilimsel oyunda kullanılmıştır. Robot kelimesi

Çekçe'de köle gibi çalışan anlamına gelen "robota" ve "robotnik" kelimelerinden türemiştir.

Robotun tarihçesine bakılacak olunursa; 3000 yıl önce robot fikri üzerine roman yazımı ile

başlayan gelişme, M.Ö. 1000'de abaküsün icadı, 1623'te dört fonksiyonlu hesap makinesi,

1801 'de otomatik dokuma tezgâhları, 1889 yılında Osmanlı İmparatorluğu'nda yapılan iki

bacaklı insansı bir robot olan Alâmet, 1938'de programlanabilir sprey boyama makinesi,

1939'da ilk elektronik bilgisayar, 1956'da ilk programlanabilir robot tasarımı, 1973'te ilk

minibilgisayar kontrollü endüstriyel robot olarak süregelmiş ve günümüzdeki yapay zekâlı

gelişmiş endüstriyel robotlara ulaşmıştır.

Yeniden programlanabilme yeteneği bir robotun en önemli özelliklerinden biridir. Böylelikle

belirli bir prosesin gerçekleştirilmesinin ardından bu prosesten çok farklı yeni bir prosesin

gerçekleştirilmesi için geçecek hazırlık zamanı ve maliyetler minimuma indirilmiş olur. Bu

adaptasyon işlemi, sabit otomasyonda oldukça büyük maliyetler getirebileceği gibi üretimin

de önemli ölçüde aksamasına yol açacaktır.

Endüstriyel robotlar bir yere sabitlenmiş bir koldan meydana gelir. Bu koldaki her uzuv

birbirine eklemler vasıtasıyla bağlanır. Robot kolundaki uzuvlar koordinat sistemine göre

değişiklik gösterir. Robot bileğine tutucu takılır. Tutuculara örnek olarak çok parmaklı

tutucular, vakum, manyetik aletler, görünüm ve dokunma kabiliyetli olarak insan eline benzer

tutucular gösterilebilir. Bu tutucular robota verilen göreve göre değişkenlik gösterir. Başka

deyişle robotlar, tutucu vasıtasıyla işe özelleşmiş olurlar. Bunlardan başka tutucu vasfında

olmasa da robot koluna bağlanan çeşitli aletler vardır. Robotun yapacağı işe göre takılan bu

aparatlar genelde sabit olup ayrıca işini yapabilmesi için gerekli malzemeyi dışarıdan ek

olarak alırlar. Bunlara örnek olarak su-jetli kesme ve kaynak torçları verilebilir. Su jeti ile

kesme işleminde gerekli olan basınçlı su bir boru vasıtasıyla ayrı bir sistemden sağlanır. Ark

kaynağı, punta kaynağı v.b. işlemleri yapmak için robotun ucuna takılan kaynak aparatları da

aynı şekilde dışarıdan beslenir.

Endüstriyel Robotlarda Kullanılan Bazı Terimler:

Tekrarlanabilirlik: Bir robota verilen aynı konum bilgisini her seferlerinde sağlayabilme

kabiliyeti olarak tanımlanabilir.

Çözünürlük: Robot ile yapılabilecek en küçük yer değiştirme miktarıdır.

Serbestlik Derecesi: Bir cismin veya sistemin sabit bir noktaya göre konumunu tam olarak

belirlemek için gerekli bağımsız değişken sayısıdır. Robotlarda serbestlik derecesi mafsal ve

eyleyiciler sayılarak rahatlıkla bulunabilir.

Manipülatör: Eklemlerle birbirine bağlanmış açık uçlu kinematik zincir oluşturan mekanik

sistemlerdir.

Servo Motor: İçerisinde hareket miktarını ölçen sensör, fren sistemi gibi donanımların

bulunduğu ayrıca motor konumunun hassas bir şekilde ayarlanabilmesi için özel dizayn

edilmiş motorlardır.

Çalışma hacmi: Robotun uç noktasının ulaşabileceği noktalar kümesidir.

Çalışma alanı: Robotun uç noktasının ulaşabileceği noktaların yatay düzleme iz düşümü ile

oluşan alandır.

2.1 Robotların Sınıflandırılması

Robotlar çeşitli özelliklerine göre sınıflandırılmaktadır. Koordinat sistemlerine göre, yetenek

düzeylerine göre, kontrol tipine göre, teknoloji seviyesine göre, enerji kaynaklarına göre,

yaptıkları işe göre ve Lert tarzı sınıflandırma en sık kullanılanlarıdır.

2.1.1 Koordinat Sistemine Göre Sınıflandırma

Şekil 2.1 Koordinat sistemi

Robotlar, koordinat sistemine göre; kartezyen koordinatlı, silindirik koordinatlı, SCARA,

küresel koordinatlı ve eklemli kol olarak sınıflandırılırlar.

Kartezyen koordinat sisteminde çalışan bir robot kolunun çeşitli uzuvları birbirine göre dik

kalmak üzere yer değiştirirler. Robot, farklı uzuvların boyutlarıyla sıralanmış hacmin

herhangi bir bölümüne rahatlıkla ulaşabilir. Basit geometrisinden dolayı tutucunun hareketi

kolaydır. Uzuvlarının sadece birinin hareket etmesi gerektiğinden diğer çeşitlere göre dikey

hareketi çok kolaydır. Bir yere ulaşması için hesaplanacak yol çok basit olarak bulunabilir. Bu

tip robotlar, genellikle yüksek yükleme kapasitesinin ihtiyaç olduğu ağır işlerde kullanılırlar.

Ulaşabildiği alan içerisinde çok yetenekli robotlardır.

Silindirik koordinatlı robotlar, bir temel yatağı etrafında dönebilen ve diğer iki uzvu taşıyan

ana bir desteğe sahip robotlardır. Bu uzuvlardan biri düşeyde, diğeri radyal doğrultuda hareket

etmektedir. Silindirik koordinatlı robotlar, kaynağın ve hedefin aynı doğrultuda olmadığı

montaj işlerinde çoğunlukla kullanılırlar. Robotun dönüş kabiliyeti çok yüksek olduğundan

belirli bir doğrultuda olmayan işlerde kartezyen koordinatlı robotlara göre çok hızlıdırlar.

SCARA robotlar, silindirik koordinatlı robotların özel bir tipi olarak kabul edilebilir. Bu tip

robotta, temel yatağı etrafında dönen temele paralel kolunun ucunda aynı şekilde temele

paralel dönen ikinci bir uzuv vardır. SCARA robotlar, genelde hafif ve orta elektronik

mekanik montajında, parça test etmekte, malzeme taşımada, makine yüklenmesi ve

boşaltılmasında kullanılmaktadır. Maksimum 20 kg. taşıma kapasitesine sahip olmasına

karşın dikey, çok hızlı hareketi, çalışma hacmi içerisinde istediği yere çok çabuk

ulaşılabilmesini sağladığından özellikle montaj işlerinde çok popülerdir.

Küresel koordinatlı robotlarda, kola ait uzuvlardan biri doğrusal hareket yapabilecek, bunu

destekleyen diğer uzuvlardan biri temele dik olan eksen etrafında, diğeri de bu eksene dik ve

temele paralel bir eksen etrafında dönmektedir. Dikey hareket kolun açısal hareketiyle

tutucunun aşağı ve yukarıya çıkabileceği kadardır. Bu tip robotlar, cilalama, transfer

işlemlerinde, test ve kontrolde ağırlıklı olarak kullanılmaktadır.

Eklemli kol tipi, başka deyişle döner koordinatlı robotlar, ulaşılabilir çalışma alanı ve ulaşma

şekli göz önüne alındığında küresel koordinatlı robot olarak değerlendirilebilir. Robot kolunda

dört ve bileğindeki iki serbestlik derecesi ile bu tip robotlar, ulaşılabilirlik olarak maksimum

dereceye ulaşmışlardır. Ancak kontrol işlemindeki zorluklar nedeniyle bu koordinat sistemi

robot tekniğinde geç uygulama alanı bulabilmiştir.

Bir kg.'lık yükleme kapasitesine sahip olanları genelde paketleme, parça ekleme ve montaj,

test etme ve kontrol işlerinde, dört kg.'Iık yükleme kapasitesine sahip olanları su-jetli ve lazer

kesme işlemlerinde, paketleme ve malzeme taşıma işlerinde, on ile yirmi kg. arası yükleme

kapasitesine sahip olanları ise ark kaynağı, makine yükleme ve boşaltma, sırlama, çapak alma,

zımpara ve polisaj işlemlerinde kullanılmaktadır. Pek çok işte bu tip robotların

kullanılmasının nedeni, hedefe istenilen şekilde ulaşabilir olmalarıdır.

2.1.2 Yetenek Düzeyine Göre Sınıflandırma

Bu başlık altında endüstriyel robotlar; sıra kontrollü, öğrenebilen, kontrollü yörünge, adaptif

ve zeki robotlar olarak sınıflandırılırlar.

Sıra kontrollü robotlar, başlangıç komutlarına bağlı olarak belirli bir işlem dizisini sırasıyla

gerçekleştirirler. Çeşitli zamanlarda farklı sıralarla işlem yapmak üzere ayarlanabilirler, fakat

ayarlamadan sonra yeni bir ayarlamaya kadar aynı işlem sırasını takip etmeleri söz konusudur.

Öğrenebilen robotlara bir seri hareketi icra etmesi öğretilebilir. Manyetik disk, manyetik bant,

ram türü bir kayıt aracı pozisyon sensörlerinden gelen koordinat bilgilerinin kaydedilmesi için

kullanılır. Her noktada üç eksene ait koordinat bilgileri kaydedilir. Tüm yol aynı şekilde

işlendikten sonra robotun aynı yolu tekrarlaması istenir. Öğretme işlemi bir insan tarafından

gerçekleştirilir ve yol boyunca izlenecek yörünge ve hareketler öğretici tarafından tespit

edilir.

Kontrollü yörünge robotları, öğrenebilen robotlar ile adaptif robotlar arasında kalır. Bir

dereceye kadar nümerik kontrollü takım tezgâhlarına benzediklerinden nümerik kontrollü

robotlar olarak da adlandırılırlar.

Adaptif robotlar, çevrelerine reaksiyon verecek şekilde bilgisayar kontrolüne ve sensör geri

beslemesine sahiptirler. Bu robotların çoğu kontrollü yörünge özelliğine sahip olmakla

birlikte bir operasyonun gerçekleştirilmesi esnasında yörünge ve hareketleri değiştirebilme

yeteneğine de sahiptirler. Örneğin, bir kaynak robotu bir görme sensöründen alınan bilgiler

vasıtasıyla tanımlanan yörünge yanlış olsa bile doğru kaynak dikişini gerçekleştirebilir.

Zeki robotlar, çevrelerini sezme hareketlerini değiştirme yeteneğine sahiptirler. Bu nedenle

çevreye ait bir model ve bilgi tabanına sahip olmaları gereklidir. Yapay zekâ araştırmalarına

göre robotlarda zekilik, çeşitli amaçlı sensörler topluluğuna, büyük bir hafıza kapasitesine ve

çevreyi modelleme yeteneğine sahip olmak anlamına gelmektedir.

2.1.3. Kontrol Tipine Göre Sınıflandırma

Robotlar, noktadan noktaya, sürekli yörünge, kontrollü yörünge, servo ve servo olmayan

robotlar olarak sınıflandırılabilir.

Noktadan noktaya robotlar, en ucuz ve en basit robotlardır. Bu robotlar, belirli bir noktadan

başka belirli bir noktaya hareket ederken bu iki nokta arasında, önceden belirtilmiş noktalarda

durma yeteneğine sahip değildirler.

Durma noktaları pek çok uygulamada mekanik olarak belirlenmiştir ve her yeni operasyon

için yeniden ayarlanmaları gerekir. Bu noktaların tespitinde genellikle potansiyometreler ve

encoder ile kontrol edilen servo-motorlar kullanılır.

Sürekli yörünge robotları ise, belirli bir yörünge boyunca tanımlanmış her noktada

durabilirler. Böylece robotun belirli bir doğruyu ya da eğriyi takip etmesi sağlanabilir. Durma

noktalarının hafızada yer alması gereklidir.

Kontrollü yörünge robotları, kontrol donanımları sayesinde doğrusal ve dairesel

interpolasyonla elde edilen eğrisel yörüngeleri yüksek doğrulukla takip edebilirler.

Bu tip robotların bazılarında yörünge geometrik olarak veya denklemlerle tanımlanabilir.

Kontrol için başlangıç ve bitiş koordinatları ile yol tanımlamasının verilmesi yeterlidir.

Servo robotlar, pozisyonlarını ve hızlarını ölçerek kontrol devresini geri besleyecek sensörlere

sahiptirler. Böylelikle robotun belirli bir yörüngeyi takip etmesi sağlanır. Servo olmayan

robotlar ise istenen noktaya ulaştıklarının farkında olmazlar.

Servo ve servo olmayan robotlar, sırasıyla kapalı ve açık çevrimli robotlar olarak

adlandırılırlar.

Kontrollü robotların tümü, servo özelliklerine sahiptirler ve yol hatalarını sürekli olarak

düzelterek istenen noktaya ulaşırlar.

2.1.4. Yaptıkları İşlere Göre Sınıflandırma

Robotları görevlerine göre sınıflandırmada temel problem, yaptıkları işin değişebilmesidir.

Kollarına takılı aletin ve programlarının değişmesiyle görevleri değişmiş olur. Özellikle bazı

işler için robotun işini değiştirmek çok kolay olmayabilir.

Örneğin, bir kaynak robotunu nokta kaynağı yapabilen duruma getirmek için tüm

ekipmanının ve çalışma sisteminin değiştirilmesi gerekecektir. Yaptıkları işlere göre robotlar

boyacı, kaynakçı, montajcı ve malzeme taşıyıcısı gibi isimler alırlar.

2.1.5. Lert Tarzı Adlandırma

Lert tarzı adlandırma, robotun her bir ekseni için sınıflandırmayı esas alır. Bu sınıflandırma,

hareket yönüne ve şekline göre belirlenir. Doğrusal hareket, uzama hareketi, dönme hareketi

ve burulma hareketi olarak dört temel hareket tarzı bulunmaktadır.

L (linear) Doğrusal hareket

E (Extensional) Uzama

R (Rotational) Dönme

T (Twisting) Burulma

Tablo 2.1.1 Hareket çeşitleri ve isimleri

Örnek robot ve sınıflandırılmaları aşağıda görülmektedir.

Şekil 2.2 RTT Kartezyen Robot

Şekil 2.3 RRT Scara Robotu

Şekil 2.4 RRT Polar Robot

2.2. Robot Kullanım Nedenleri

Günümüzde robot, değişen iş şartlarına göre insanlar tarafından tekrardan programlanabilen

hareketler yardımıyla az bir maliyetle kendisini yeni şartlara uydurabilen çok fonksiyonlu bir

cihaz anlamına gelmektedir. Endüstriyel, askeri, sağlık, eğitim, araştırma alanlarında, ayrıca

şov veya promosyon, kişisel ve hobi amaçlı olarak robotların kullanımı mümkün olmaktadır.

Robot, genelde bir insanın yapacağı işleri yapmak için programlanır. Isaac Asimov'a göre bir

robot;

* İnsana zarar veremez ya da sonuçta insanın zarar görmesine sebebiyet verecek bir hareket

içerisine giremez.

* Birinci koşula uymak şartıyla mutlaka insan emrini yerine getirir.

* Bu iki koşula uymak kaydıyla kendisini, meydana gelebilecek bir zarara karşı korur.

Günümüzde endüstriyel alandaki robotlar, insan işçilerin sıkıcı, kötü, tehlikeli veya çok ince

görülmesi gereken işlerde yerini almak üzere tasarımlanmaktadırlar. Yaptıkları hareketlerde

insan hareketlerini taklit etmektedirler, fakat insanın düşünce ve hareket tarzını

kopyalayamazlar. Bazen insanların sahip olmadıkları metotlar ve özellikler yardımıyla bir

insanın gösterebileceği performansın üzerine çıkarlar. Örneğin bir robot kızılötesi ve

ultrasonik sensörler kullanabilir ve görüşü insandan daha iyi düzeyde olabilir. Göz olarak

kullandığı sensörleri insandakinden farklı yerlerde, örneğin parmağında olabilir, böylelikle

insanın göremediği şeyleri görebilir ve daha titiz bir çalışma yapabilir. İnsanların

çalışamadıkları koşullar altında elektromanyetik özelliklere, özel tutma-kavrama cihazlarına

ve değinilen tüm diğer özelliklere sahip bir robot rahatlıkla çalışabilir, çoğu zaman da daha

ucuza daha iyi performans gösterebilir.

O halde üretim alanlarında birbiriyle bütünleşik üç olgu vardır: insan, robot ve otomasyon. Ne

zaman bir işi yapmak üzere bir insanı veya bir robotu görevlendirmeli ya da otomasyon

kullanılmalıdır? Bu sorunun cevabı bir kaç noktada gizlidir: Yapılacak iş pis, tehlikeli, zor

veya ağır, kasvetli bir iş midir? Eğer öyleyse insan işçi bu işi uzunca bir süre aynı

performansta yapamayacaktır. Bu durumda işi otomasyona veya robot işgücüne devretmek

daha kazançlı olacaktır.

Bir diğer önemli soru; bu işi insanların yapmaya gönüllü olup olmadıklarıdır. Çünkü insan bir

çeşit en esnek makinedir. Çok değişik koşullara uyum sağlama becerisi vardır. Eğer bir iş

insan tarafından yapılabilecekse, insan tarafından yapılması daha iyidir, fakat eğer iş zor ve

çok tekrarlı bir işse insanlar bu işi yapmaya gönüllü olmayacaklardır ve işi robot işgücü

yardımıyla halletmek daha mantıklı olacaktır.

Aşağıda verilenler robotun insan yerine tercih edilme sebeplerinden bazılarına gösterge

olmaktadır.

* Emek maliyetlerinin yüksek olduğu ülkelerde robot sayısının artmasındaki en önemli

unsurlardan biri üretim maliyetlerinin robot kullanımıyla düşürülmesidir. Sosyal, sağlık ve

emeklilik gibi yardımların da göz önüne alınmasıyla ortaya çıkan maliyet robot için harcanan

paranın 3-4 katını bulabilmektedir. Ancak, emeğin ucuz olduğu ülkelerde tam tersi bir durum

ortaya çıkmaktadır.

* İşçilerin görevde olduğu sürecin % 15-20'lik bir bölümü ortaya çıkan yorgunluğun

giderilmesi ve diğer ihtiyaçların karşılanması için geçer. Bu süre robotlarda % 2'yi

geçmemektedir.

* Robotlarda yorgunluk ve dikkat kaybı söz konusu olmadığından hatalı imalat sayısı insanın

neden olduğu hatalı imalat sayısına göre neredeyse 0'dır. Böylece hatalı imalatın üretim

maliyetindeki payı çok düşük kalır.

* Robotun insanlar gibi haftalık 40 saat çalışma süresi kısıtı yoktur. Tüm hafta gece gündüz

çalışabilir. Dolayısıyla insanlar bir işte vardiyalar halinde çalışıp sürekli değişim olurken o

işte aynı robot devamlı çalışmaktadır. Bu yönüyle de birim üretim maliyeti çok düşmektedir.

* Robotlar bazı işlerde insanlara kıyasla çok daha hızlı çalışırlar. Örneğin bir ark kaynağı

robotu dakikada 75 cm. kaynak yapabilirken ortalama bir kaynak ustası dakikada ancak 25

cm. kaynak yapabilir. Hacimlerin ve ekipmanların daha etkin kullanımı ile belirli bir program

dâhilinde üretkenlik artmaktadır.

* Robotların pozisyonlama yeteneği insana göre daha yüksektir. Robot ile gerçekleştirilen bir

kaynak dikişi genellikle taşlanmaya ihtiyaç duymaz ve robot ile üretilen parçalar insanın

ürettiklerinden daha iyi toleranslara sahiptirler. Bazen operasyon hızının yüksek olması

kaliteyi artırabilir. Örneğin ince parçaların kaynağının hızlı yapılması ısı yayılımını önleyerek

parçalardaki çarpılmaların azalmasını sağlayacaktır. Ayrıca hızın kontrol edilmesiyle homojen

bir kaynak dikişi elde edilecektir.

* Sıcak dövme preslerinde tezgâh yüklenmesi ve boşaltılması robotların ilk uygulama

alanlarından biri olmuştur. Yüksek sıcaklıktaki dövme esnasında parça belirli bir konumda

tutulmalıdır. Önceleri bu işi, iki kişi uzun maşalar vasıtasıyla yaparken robot uygulanmasıyla

tutma işi tutucu yardımıyla robot tarafından yapılmaya başlanmıştır. Böylece daha büyük

hızlara ulaşılırken çalışanlar da sıcak parça ve kıvılcım sıçrama tehlikesinden uzaklaştırılmış

olurlar. Daha iyi bir konumlamayla da ürün kalitesi artırılmış olur.

* Bazı boyama işlerinde asit boyalar kullanılır ve bu boyalar da boyama görevlisinin sağlığı

açısından çok tehlikelidir. Personelin sızdırmaz giysileri ve başlıklarla çalışmaları gerekir.

Takılan başlıklara sürekli hava beslemesi gerekir. Bu koşullar altında çalışmak verimsiz ve

yorucudur. Oysa aynı iş ortamında bulunan ve daha önceden programlanmış hareketleri yapan

bir robot vasıtasıyla daha hızlı olarak daha yüksek kalitede gerçekleştirilebilir.

* Her idarecinin birbirleriyle sürekli rekabet eden ve her söyleneni yapan çalışanları tercih

edeceği aşikârdır. Aslında böyle bir durum her idarecinin hayalidir. Bazıları bir robot sistemi

oluşturarak ve diğer ekipmanları da bu sisteme uydurarak bu hayali gerçekleştirmeye

başlamışlardır. Yapılacak işlemler çok hassas biçimde programlanabilir ve malzemeler robot

iş hücrelerine bilgisayar kontrolü altında ulaştırılabilir.

* Robotlar, önceden programlanmış hareketleri büyük bir doğrulukla gerçekleştirdikleri gibi

ne yapıldığını da büyük bir doğrulukla kaydedebilirler. Bu kayıtlar programlama, planlama ve

kontrol işlemlerinin iyileştirilmesinde önemli bilgileri teşkil eder.

* Robotlar, yeniden programlanma hatalarının düzeltilmesi işleminin basitliği dolayısıyla

değişik işlere adaptasyonda önemli güçlük doğurmazlar ve işlemler uzun süreli üretim

durmasına neden olmaz. Oysa sabit otomasyonda değişiklik yapmak, uzun süreli üretim

aksamalarına neden olmaktadır.

* Çeşitli uygulama durumlarında yeniden programlanabilme yeteneği, tutucunun

değiştirilebilme özelliği, sistem ömrünü uzatır. Sabit otomasyon sistemlerinde değişiklik

yapmak önemli bir harcamayı gerektirir ki bu harcama zaman zaman sistemin yeniden

oluşturulma maliyetine yakın olabilir.

Robot işgücü ve insan arasında tercih yapılırken maliyetler de mutlak olarak göz önünde

bulundurulmalıdır. Sonuçta robotlarında makineden bir farkı yoktur. Çalışma alanının

maksimum kullanımı, robot parkını kurmak için gerekli yatırım, diğer maliyetler işletme

açısından hayati önem taşırlar. Yatırımın geri dönüş süresi de göz ardı edilmemesi gereken bir

konudur.

3. Puma Tipi Endüstriyel Robotun İncelemesi

Deney için kullanılacak olan Puma tipi Fanuc R-J3iC model 6+1 serbestliğe sahip robot şekil

3.5 de verilmiştir.

3.1 Robotun Bölümleri

Endüstriyel robotlar ileri mekanik ve elektronik donanımlarla donatılmışlardır. Robot genel

olarak mekanik kısmı oluşturan manipülatör ve kontrol ünitesinden oluşmaktadır. Mekanik

kısımda uzuvlar, mafsallar, tutucular, servo motorlar ve hareket aktarma organları

bulunmaktadır. Bunun yanında yardımcı birçok donanım içermektedir. Şekil 3.5 de mafsal

hareketleri görülmektedir. Burada J1,J2 ve J3 ana eksenlerdir. J4,J5 ve J6 ise bilek hareket

eksenlerini oluşturmaktadır.

Robot kontrolcüsü; güç ünitesi, kullanıcı arabirim devresi, hareket kontrol devresi, hafıza

ünitesi, ve giriş-çıkış birimlerinden oluşmaktadır. Kullanıcı Teach pendant ve kontrolcü

üzerindeki butonlarla robota hareket verebilmektedir.

Hareket kontrol devresi içerisinde ana CPU kartı ki bu kontrolcünün kalbini oluşturmaktadır

ve servo motor sürücüleri bulunmaktadır. Ana bilgisayar giriş çıkış portları ve programın

işletildiği birimdir. Robotta çalışma şu sıra ile gerçekleşmektedir. Öncelikle kullanıcı

tarafından istenen konum bilgisi, hız bilgisi ve diğer gerekli bilgileri programlanır ve

kaydedilir. Bu program kontrolcü tarafından hareket gerçekleşmeden önce analiz edilerek

gerekli motor açıları ve hızları belirlenir. Belirlenen mafsal bilgileri mafsal motor

sürücülerine iletilerek motorlar için gerekli güç aktarılır. Ayrıca motor konumları

sensörlerden her an geri beslenir.

Şekil 3.1. Robot Kontrol Panosu

3.1. Robotun Çalıştırılması ve Emniyet Tedbirleri

Endüstriyel robotlar hızlı, güçlü ve yetenekli otomatik makinelerdir. Bu yüzden çalışma

sırasında tedbirli ve dikkatli davranılmalıdır.

Dikkat Robot kol ve bileği çalışma alanı içerisinde her konuma ulaşabilmektedir. Çalışma

sırasında çalışma alanı içersinde bulunmayınız.

Dikkat Tehlikeli bir durum oluştuğunda ACİL STOP (Emergency Stop Button) düğmesine

basılmalıdır.

Şekil 3.2. Robot Acil Durum Butonları

Robotu çalıştırmak için öncelikle kontrol panosu üzerindeki ana şartel ON konumuna

getirilmelidir. Bundan sonra Teach pendant (TP) ekranı yüklenene kadar beklenmelidir. Artık

robot çalışmaya hazırdır. Robota hareket vermek için öncelikle teach pendant enable switch

açılmalı ve Deadman güvenlik butonu basılı olmalıdır. Ayrıca kontrol panosu ve teach

pendant üzerindeki güvenlik butonları basılı olmamalıdır. Bu şartlar robotun kontrolünü

zorlaştırsa da çalışma güvenliği için gereklidir. El ile konumlandırma esnasında deadman

switch’i bırakıldığında hareket ani olarak durdurulur. Bu durum robotta titreşim meydana

getirmektedir. Robota hareket verilmeden önce hangi koordinatlarda çalışılacağı teach

pendant üzerinden seçilmeli ve ona göre hareket verilmelidir. Robot koordinat sisteminin

Teach Pendant üzerinden seçimi şekil 3.4 te gösterilmiştir.

Şekil 3.3. Robot güvenlik Butonları

Şekil 3.4. Takım Koordinat Sisteminin Seçimi

3.2. Robot Kinematiği ve Koordinatlar

Robotta hareket servo motorlar tarafından sağlanmaktadır. Eklemlerin hareketi ile robot uç

noktası (takım) konumlandırılması kinematik denklemler ile sağlanmaktadır. Kinematik

denklemler ile:

1. Bir manipülatör için mafsallara ait açılar vektörü q(t)= (q1(t), q2(t), ....., qn(t)) ve

geometrik kol parametreleri verilir ve uç noktanın sabit eksen takımlarına göre

pozisyonu ve yönlenmesi nedir sorusunun cevabı aranır.

2. Uç noktanın istenilen pozisyonu ve yönlenmesi sabit eksen takımlarına göre kol

parametreleriyle birlikte verilerek, manipülatör bu noktaya ulaşabilir mi? Ulaşabilirse

kaç çeşit robot kol konfigürasyonu bu şartları sağlar? Sorularının cevabı aranır.

Yukarıda bahsedilen birinci durum direkt kinematik problemi ve ikincisi ters kinematik

problemi olarak bilinir.

Robotun kontrolünde kullanılacak koordinat sistemleri aşağıda verilmiştir.

3.1.1. Mafsal Koordinat Sistemi:

Robot yönlendirilmesinde mafsallar ayrı ayrı kontrol edilerek uç noktanın konumlandırılması

sağlanmaktadır.

Şekil 3.5. Mafsal Koordinat Sistemi

3.1.2. Kartezyen Koordinat Sistemi

Kartezyen koordinatlarda hareket, kinematik denklemler kullanılarak mevcut konumu

sağlayacak mafsal koordinatlarının elde edilmesi ile sağlanır. Kinematik denklemlerin

çözümü sonucunda iki değere ulaşılabilir veya tanımsız durumlar meydana gelebilir. Robot bu

durumda hareketsiz kalarak alarm durumuna geçer. Bu durumda ya noktalar değiştirilmeli

yada hareket stratejisi değiştirilmelidir.

Şekil 3.6. Kartezyen Koordinat Sistemi

3.1.3. Takım Koordinat Sistemi

Takım koordinat sisteminde, uç noktanın koordinat ekseni takım çalışma düzlemine göre

yerleştirilmiştir.

Şekil 3.7. Takım Koordinat Sistemi

Şekil 3.8. Teach Pendant ekranı üzerindeki simgelerin anlamları

4. Robot Programlama

Aşağıda üzerinde çalışacağımız endüstriyel robot için yazılmış örnek bir kod ve ekran

açıklamaları görülmektedir.

Şekil 4.1. Program ekranı ve üzerindeki simgelerin anlamları

Örnek program satırında her bir harfin açıklaması aşağıda ayrıca görülmektedir.

Örnek program satırı yukarıda görülmektedir.

PAUSE

D

SAMPLE1

SAMPLE1

1: J P[1] 100% FINE

2: J P[2] 70% CNT50

3: L P[3] 1000cm/min CNT30

4: L P[4] 500mm/sec FINE

5: J P[1] 100% FINE

[END]

Enter value of press ENTER

[CHOICE] POSITION

FBD

PAUSED

JOINT 30%

1/6

Yürütülen

program

Düzenlenen program

Satır numarası

Program sonu

sembolü

Mesaj satırı

Mesaj satırı seçilen ekran ve imlecin konumuna

bağlı olarak değişir.

İmlecin bulunduğu satır ve

toplam satır miktarı

Maksimum hız

Robotun çıkabileceği

maksimum hız değeri.

Çalışma durumu

Bu kısım ABORTED, PAUSE, RUNNING

gibi değerler alır.

TP ileri/geri devre dışı

FBD teach pendant

etkin olduğunda

görüntülenir .

JOG tipi

Etkin olan hareket

koordinat sistemini

gösterir.

Etkin satır numarası

Programın

çalıştırılması

sırasında hangi satırın

işletildiğini gösterir

LINE 1

4.1. Hareket şeklinin belirlenmesi

J (joint): Mafsal değişkenleri ile hareket

L (lineer): Noktalar arası lineer yörünge ile hareket (Kartezyen koordinatlarda hareket)

C(circular): Verilen üç noktadan geçen daire yörüngesi ile hareket

Hareket şeklinin değişmesi ile oluşan yörüngeler ve örnek kodları aşağıda görülmektedir.

4.2. Konum Bilgisi

P[1,2..n] : Konum vektörü

Vektörün içeriği aşağıda verilmiştir.

Programlamada register kullanımının amacı değişken konum verilerinin program içerisine

dahil edilmesidir.

Programın herhangi bir anında kesme uygulamak ve farklı bir konuma yönlenmek için skip

komutu işletilmelidir. Örnek uygulama ve gösterimi aşağıda verilmiştir.

Referanslar

Türkiye'de Endüstriyel Robot Kullanımı,Doç. Dr. Semra Durmuşoğlu, İşl. Müh. M. Sefa KÖKER

Fanuc R-J3iC HandlingTool Operator Manual