Papatya Bilim Yayınevi

Yeni bir bilim alanı olarak kabul edilebilecek Robotik bugün bir çok üniversite ve yüksek okulun eğitim programlarına girmiş ve robotlar bilim kurgu yazılarına konu olma evresinden çıkmış endüstri ve başka alanlarda yaygın olarak kullanılma evresine varmıştır. Bugünün bilim kurgu yazıları ile ele alınan robotların birtakım özelliklerinin de yarının robotlarında kullanılacağı beklenmektedir. Gene aynı şekilde, robotların yeni kullanım alanları bulacağı, yaygınlıklarının artacağı, kullanımlarının kolaylaşacağı ve etkinliklerinin daha fazla olacağı düşünülmektedir.
Bu kitapta, robot teorisi yanında, daha çok endüstride kullanılan robotların mekanik yapıları, güç kaynakları, kontrol sistemi ve yapı elemanları ele alınmıştır. Endüstri robotları bugün, esnek otomatik üretim sistemlerinin ana elemanlarından biridir. Bu nedenle de, robotla donatılmış ileri üretim sistemleri projelerinde dikkate alınması gereken unsurlar ile güvenlik sistemleri ve güvenlik elemanlarına vurgu yapılmıştır.
Robotların gelişiminin önünü açan, veya bunları kolaylaştıran, gelişmeler bilgisayar tekniği, güç elektroniği, yazılım, algılayıcı tekniği, güç sistemleri vb konularda hızlı gelişmeler yaşanmaktadır. Ayrıca, bu alanlardaki ürünlerinin fiyatlarının da görece olarak düşmesi ve çalışma güvenilirliklerinin artması önemli aşamalar olarak algılanmaktadır. Robotların emekleme devresi ile kısa bir zaman öncesine kadar bilgisayarların kapasitelerinin düşüklüğünün doğurduğu güçlükler dikkate alındığında, bu tür gelişmeler ve ürünlerin robotların daha da mükemmelleşmesine önemli katkılar yapacağı açıktır.

Türkiye'nin İnternet kitapçısı; mühendislik kitapları ---> www.tdk.com.tr şimdi satın al

Önsözden. (...) 1940’lı yıllarda ortaya çıkan birtakım teknik gelişmelerden başlayarak, Isaac Asimov’un, düşünsel planda, robotları insanlara benzeten ama duygulardan yoksun ve ‘positronic’ beyinle güdülen makinalar olarak ele alan çalışmaları ile Joseph Engelberger gibi girişimcilerin endüstriyel çalışmaları da dikkate alınarak, 1970’li yıllara kadar olan süre robotların emekleme devresi olarak alınabilir. Bu süre zarfında, robot gelişmesine önemli katkılar yapan, önemli patent başvuruları yapılmış, patentler alınmış ve robotlar üretecek bir çok firma kuruluşu gerçekleşmiş, bilgisayar tekniğinde önemli adımlar atılmış ve birbirine ekli uzuvlardan oluşmuş mekanik yapıların kinematik çözümlemelerine olanak veren modeller geliştirilmiştir.

1970’li yılarda, adı daha sonra Amerikan Robot Endüstrileri Birliği olarak değiştirilen, Amerikan Robot Enstitüsü (Robot Institute of America) kurulmuş, robotları endüstriyel olarak üretecek yeni firmalar ortaya çıkmış ve Amerikan Robot Endüstrileri Birliği, robotların kullanımı alanında önemli başarılar gösterenlere verilmek üzere, Joseph F. Engelberger ödülünü tesis etmiştir. Sözü edilen yıllardan sonra robot üreticiliği yapan firma sayısında çok büyük sıçramalar olmuştur. Günümüzün önemli robot üreticilerinde biri olan ABB Robotics, robot geliştirme projesine 1972 yılında başlamış ve 1973 yılında teşhir edilen ilk robotu IRB 6 ile bir dizi yeniliği de beraberinde getirmiştir. Intel 8008 mikrobilgisayar kontrollü ve insan koluna benzeyen IRB 6 robotunun eklemlerinin tümü elektrik gücü ile harekete geçiriliyordu. Kontrol programı ise sadece 8 kb’lık idi ve ilk üç eklemde devir düşürücü olarak ‘Harmonic Drive’ kullanılıyordu.

Robot endüstrisinin gelişmesine otomobil endüstrisinin katkısı önemlidir. Daha 1960’lı yılların ortalarında Ford ve General Motors ilk önemli robot siparişleri veren firmalar olarak ortaya çıkmıştır. Bugün bile, endüstri robotları için otomobil endüstrisi en önemli pazarlardan birini teşkil etmektedir. Bu bağ öylesine belirgindir ki, otomobil endüstrisinin dar boğazlara girdiği zamanlarda, hemen her zaman, robot üreticileri de kapasite kullanımı sorunları ile boğuşmak durumunda kalırmaktadırlar.

Buna karşın endüstri robotlarının kullanım alanları hem büyük ölçüde çeşitlenmekte hem de robotların bu yeni alanlara yayılma hızı artmaktadır. Günlük gazete okuyucuları bile bugün robotların üretim endüstrisi yanında hizmet sektöründe, uzay çalışmalarında, derin denizlerde, ameliyatlarda, güvenlik ve başka alanlarda kullanılmakta olduğunu okuyabilmektedirler. Film endüstrisi ise robotları, çoğu zaman robotlarım günümüzde sahip olmadıkları birtakım özelliklerle donatılmış insana benzer veya farklı şekillerde makinalar olarak sık sık kullanmaktadır. Bu tür filmlerde robotlar, hem kedilerine özgü birtakım hassaları olan ve hem de çevreye göre davranışlarını belirleyebilen özelliklerle donatılmaktadırlar. Yani robotlar, bu tür uygulamalarda, ileri düzeyde algılayıcı teknolojisini kullanıp çevreyi anlayabilen ve ileri düzeyde kontrol sistemi kapasitesi ile bu algılara göre davranış belirleyebilen ve yapan makinalar olarak görülmektedir.

Robotlar alanında günümüzdeki gelişmelerin birkaç alanda yoğunlaştığı görülmektedir. Bu alanları robotların çalışma güvenilirliği, ölçme aletleri olarak da kullanılmalarına olanak sağlayabilecek daha yüksek hassasiyet, yapay zeka ve makine görmesi olarak sıralanabilir. Robot kullanmanın üretkenliği arttırmak, ürün kalitesini yükseltmek, tehlikeli işlerin görülmesi gibi, önemli katkılar sağladığı endüstriyel uygulamalardan biri otomatik üretim sistemleridir. Yüzlerce robotun kullanıldığı ve özellikle bunların yaptıkları iş açısından seri olarak bağlı kabul edilebilecekleri bu tür üretim sistemlerinde, herhangi bir robotun hata yapması ve durması tüm üretim hattını durdurabilmekte ve büyük ekonomik kayıplara neden olabilmektedir. Bu kapsamda, robotun, hem işleme güvenilirliliğinin yüksek olması ve hem de arıza durumunda kolaylıkla onarılabilmesi ve tekrar ayarlama yapılmasına gerek duyulmadan işe koşulabilmesi çok arzu edilen bir durumdur.

Yapay zekalı robotlarda arzulanan önemli bir özelliktir. Yolu üzerinde bir çok şey ve engel bulunan bir robotun hareketini mümkün kılan yapay zekanın uygulamada da kolaylıkla kullanılabilmesi çok arzu edilen bir durumdur. Geçmişi oldukça uzun bir zamana yayılan bu tür çalışmaların gelecekte robot kullanımında yaygınlaşacağı beklenmektedir. Makina görmesinin daha etkin olarak kullanılabilmesi robotlarda pek çok kullanım alanı bulacağı beklenmektedir. Herhangi bir yerin fotoğrafının çekilip bunun robot kontrol birimine aktarılması günümüzde zor bir işlem değildir. Bunun yanında, bu görüntünün algılanıp var olan nesnelerin yer ve konum olarak doğru saptanması büyük zorluklar arz etmektedir. Yapay zeka ve makine görmesi daha büyük yoğunlukta algılayıcı kullanılmasını gerekli kılmaktadır. Bu tür algılayıcılar sadece görmeye özgü olmayacak, dokunma, kuvvet algılama ve mesafe ölçme gibi işlemlerde de kullanılacaktır. Bu tür uygulamalarda sadece algılayıcıların verdiği bilgilerin yorumlanması değil, bu bilgilerde çelişkili ifadeler varsa bile bunların da doğru yorumlanması gerekmektedir.

Bu tür kapasiteler ile donatılmış robotlar alanına çoğu zaman İleri Robotik denmektedir. Bu tür robotlar için örnek kullanım alanları ameliyatlar, insanlara takılan ve el veya bacak yerine kullanılabilecek düzenekler ve koyun kırpma makinaları verilebilir. Bunların yanında böceklere benzeyen ve duvarlara tırmanan robotlar, altı eklemden fazla eklemi olan robotlar, bacaklı robotlar ve başka örnekler de verilebilir.

İleride beklenebilecek önemli gelişmelerden biri de çok parmaklı robotlar olacağı beklenmektedir. Bugüne kadar insan eline benzeyen robot elleri, özellikle kontrol edilmelerinin karmaşıklığı nedeni ile, yaygınlık kazanamamıştır.

Bölüm 1. Robotlar ve Robotik
1.1 ROBOT SÖZCÜĞÜNÜN ORTAYA ÇIKIŞI
1.1.1 Robotik
1.1.2 Kronolojik Gelişmeler
1.2 ROBOTLARIN GÜNÜMÜZDE KULLANIMI
1.2.1 Yeni Robotlar ve Yeni Kullanım Alanları
1.3 ÖZET
1.4 SORULAR

Bölüm 2. Robot Kinematiği
2.1 KOORDİNAT ÇERÇEVELERİ VE HAREKETLERİ
2.1.1 Vektörlerin Değişik Koordinat Çerçevelerinde Gösterilmesi
2.1.2 Öteleme Dönüşmesi
2.1.3 Dönme Dönüşmesi
2.1.4 Öteleme ve Dönme Hareketlerinin Birleştirilmesi
2.1.5 Koordinat Çerçeveleri Dönüşmeleri
2.2 ROBOT KİNEMATİĞİ VE DEĞİŞKENLERİN BULUNMASI
2.2.1 Silindirik Bir Robotta Dönüşmeler
2.2.2 Üç Döner Eklemli Bir Robotta Dönüşmeler
2.2.3 Kartezyen Bir Robotta Dönüşmeler
2.2.4 Küresel Bir Robotta Dönüşmeler
2.3 ROBOTLARDA EL KİNEMATİĞİ VE DEĞİŞKENLERİNİN BULUNMASI
2.3.1 Robot Elinin Konumu
2.3.2 Euler Açıları İle Elin Konum Alışı
2.3.3 Yalpa, Meyil, Sapma Açıları ile Elin Konum Alışı
2.3.4 Kuaterniyonlar
2.3.5 Cincinnati Milacron Robotunda Homojen Dönüşmeler
2.3.6 PUMA 550 Robotunda Dönüşmeler
2.4 TERS KİNEMATİK DÖNÜŞMELER
2.4.1 Robot Değişkenlerinin Bulunması
2.4.1.1 PUMA-560 Robotunda Değişkenlerinin Bulunması
2.5 KİNEMATİK HESAPLAMASINDA KARŞILAŞILAN SORUNLAR
2.5.1 Bozulma
2.5.2 Tekillik
2.6 ROBOT UYGULAMALARINDA KOORDİNAT ÇERÇEVELERİ
2.7 DİFERANSİYEL HAREKETLER
2.7.1 Diferansiyel Öteleme ve Dönme
2.8 JAKOBİYEN
2.8.1 Ters Kinematik Çözümün Türevi
2.9 ÖZET
2.10 SORULAR

Bölüm 3. Robot Güç Sistemleri ve Yardımcı Elemaları
3.1 ELEKTRİKLİ GÜÇ SİSTEMLERİ
3.1.1 Senkron Motorlar
3.1.2 Uygulamada Dikkate Alınacak Hususlar
3.1.2.1 Motor ve Aksamı Montajında Dikkate Alınacak Hususlar
3.1.2.1.1 Somun Sıkıştırma Momenti ve Motor Montaj Yüzeyi Basıncı
3.1.2.1.2 Motor Yataklarına Aktarılan Kuvvetlerin Dikkate Alınması
3.1.2.1.3 Pinyonun Montajı
3.1.2.1.4 Yatak Gresinin Akması
3.1.2.1.5 Motorların Yarattığı Isı Enerjisi
3.1.2.1.6 Frenler
3.2 HAREKET AKTARMA ELEMANLARI
3.2.1 Vites Kutuları
3.2.1.1 Geleneksel Vites Kutuları
3.2.1.2 'Harmonic Drive'
3.2.2 Bilyeli Miller
3.3 ALGILAYICILAR
3.3.1 Potansiyometreler
3.3.2 Resolverler
3.3.2.1 Resolver Montajında Dikkate Alınacak Hususlar
3.3.3 Elgonlar
3.3.4 İnduktosyn
3.3.5 Kod Çemberleri ve Kod Cetvelleri
3.3.5.1 Adımsal Kod Çemberleri
3.3.5.2 Mutlak Kod Çemberleri
3.3.5.3 Kod Cetvelleri
3.3.6 Alarm Vericiler
3.3.7 Hız Vericiler
3.3.7.1 Doğrusal Endüktif Hız Vericisi
3.3.7.2 Takometre Jeneratörleri
3.4 DÖNME SAYILARININ SAYISAL ÖLÇÜLMESİ İÇİN VERİCİLER
3.4.1 Optik Pals Vericileri
3.4.1.1 Yansıtma Detektörü
3.4.1.2 Okuma Çatalı
3.4.1.3 Adım Vericisi
3.4.1.4 Endüktif Pals Vericisi
3.4.1.5 Hall Etkisi Vericisi
3.5 ÖZET
3.6 SORULAR

Bölüm 4. Robot Dinamiği
4.1 ROBOTUN DİNAMİK MODELİNİN ELDE EDİLMESİ
4.1.1 Genelleştirilmiş Koordinatlar
4.1.2 Bağlar
4.1.3 Bağlar ve Serbestlik Derecesi
4.1.3.1 Aile Numarası ve Serbestlik Derecesi
4.1.4 Lagrange Denklemleri
4.1.5 Genelleştirilmiş Kuvvetler
4.1.5.1 Uygulamaya Örnek
4.1.6 Kane Denklemleri
4.2 ÖZET
4.3 SORULAR

Bölüm 5. Eklem Kontrolü
5.1 EKLEM KONTROLÜ
5.1.1 Motor Dinamiği
5.1.1.1 Motorun Geçiş Fonksiyonu
5.1.1.2 Bir Yüke Vites Kutusu ile Bağlı Motorun İncelenmesi
5.1.2 Çıkış Değerinin Düzeltilmesi
5.1.2.1 PID Regülatörü
5.1.2.2 PD Filtresi
5.1.3 Regülatörler Kullanıldığında Çıkış Değerleri
5.1.3.1 PD Filtreli Uygulamaya Örnek
5.2 ÖZET
5.3 SORULAR

Bölüm 6. Kontrol Birimi ve Yörünge Polinomları
6.1 KONTROL BİRİMİNİN FİZİKSEL YAPISI
6.1.1 Bilgisayar Sistemi ve Bağlı Birimler
6.1.1.1 S4Cplus Kontrol Birimi ve Çevre Elemanları
6.2 ROBOT HAREKETİNİN KONTROLÜ
6.3 YÖRÜNGE POLİNOMLARI
6.3.1 Çevrim Dışı Yörünge Kontrolü
6.3.2 Çevrim İçi Yörünge Kontrolü
6.3.3 Üçüncü Dereceden Denklemlerle Yörünge Kontrolü
6.3.4 Dördüncü Dereceden Denklemlerle Yörünge Kontrolü
6.4 ÖZET
6.5 SORULAR
Bölüm 7. Robot Takım ve İş Aletleri
7.1 TUTUCULAR
7.1.1 Mekanik Tutucular
7.1.1.1 Tutma Kuvvetleri
7.1.1.2 Kremayer ve Kam Tipli Tutucular
7.1.1.3 Vida Tipli Tutucular
7.1.1.4 Eklemli Esnek Tutucular
7.1.2 Vantuzlu Tutucular
7.1.2.1 Vantuzların Çalışma İlkesi
7.1.2.1.1 Emmenin Elde Edilmesi
7.1.2.1.2 Gerekli Emme Basıncı
7.1.3 Mıknatıslı Tutucular
7.2 TAKIM DEĞİŞTİRİCİLER
7.2.1 Takım Tezgâhları Takımlarını Değiştiren Takımlar
7.2.2 İş Parçası Yükleyen veya Boşaltan Takımlar
7.3 İŞ TAKIMLARI
7.3.1 İş Parçası İşleyen İş Takımları
7.3.2 Montaj İş Takımları
7.3.3 Kaynak İş Takımları
7.3.4 Algılayıcılı Takımlar
7.4 ROBOT EL DEĞİŞTİRİCİLERİ
7.5 ÖZET
7.6 SORULAR

Bölüm 8. Robotlu Sistem Projeleri
8.1 AMAÇLAR VE ŞARTNAMELER
8.1.1 Robotlu Sistem Projelerinin Ayırıcı Bazı Özellikleri
8.2 ÖN ÇALIŞMA
8.2.1 Taslak Çözüm
8.2.2 Teknik ve Ekonomik Yaklaşımlar
8.3 SİSTEMİNİN ÇALIŞTIRILMASI
8.4 EKONOMİK YAKLAŞIMLAR
8.5 ROBOT SİSTEMLERİNİN ALT ELEMANLARI
8.5.1 Besleyiciler
8.5.2 Kontrol ve Gözetleme Örgüsü
8.6 DONATIM VE TEDARİKÇİ SEÇİMİ
8.7 ÖZET
8.8 SORULAR

Bölüm 9. Robot Sistemlerinde Güvenlik
9.1 TEHLİKELER
9.2 KAZA TİPLERİ VE NEDENLERİ
9.2.1 Sistem Çalışma Alanındaki Tehlikeler
9.3 ÇALIŞMA ALANINDAN VE ROBOTTAN GÜVENLİK BEKLENTİLERİ
9.3.1 Güvenlik Sistemi Yapı Elemanları
9.3.1.1 Sınır Koyucu Kesiciler
9.3.1.2 Işık Algılayıcılı Güvenlik Elemanları
9.3.1.2.1 Işıklı Güvenlik Sistemlerinin Devre Dışı Bırakılması
9.3.1.2.2 Işık Perdesi Kullanan Makinalarda Güvenlik Mesafesi
9.3.1.2.3 Basınca Duyarlı Güvenlik Halıları
9.3.1.3 Çit ve Güvenlik Ayırıcıları
9.4 GÜVENLİK SİSTEMİNİN BAĞLANMASI
9.5 ÖZET
9.6 SORULAR

Bölüm 10. Robot Programalama
10.1 ÇEVRİMİÇİ PROGRAMLAMA
10.2 ÇEVRİMDIŞI PROGRAMLAMA
10.3 ROBOT DİLİNİN SOYUTLAMA DERECESİ
10.3.1 Robota Yönelik Diller
10.3.2 Nesneye Yönelik Diller
10.3.3 Sürece Yönelik Diller
10.4 ÖZET
10.5 SORULAR