ENDÜSTRİYEL ROBOTLAR   Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2005 (2) 69-78 TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR Teknik Not Endüstriyel Robotlar Bekir ÇENGELCİ, Hasan ÇİMEN Afyon Kocatepe Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Elektrik Eğitimi Bölümü, Afyonkarahisar ÖZET Ekonomik olarak gelişmiş olan ülkelerin üretim sistemleri incelendiğinde otomasyon teknolojilerinin etkin bir şekilde kullanıldığı görülmektedir. Otomasyon sisteminin önemli bir parçası olan endüstriyel robot kolların önemi her geçen gün artmaktadır. Üretim sistemlerini robot teknolojisi ile donatan ülkeler diğer ülkelere rekabet şansı tanımamaktadırlar. Ekonomik rekabet gücümüzü artırabilmek için, üretim sistemlerimizi dünyada gelişmekte olan teknoloji ile donatmamız gerekmektedir. Üretim sistemlerinde son zamanlarda yaygınlaşmaya başlayan robotların tanıtılıp ülkemizdeki üretim sistemlerine adapte edilmesi gerekir. Bu amaçla bu yazıda endüstriyel robotlar hakkında genel bilgi verilmiştir. Anahtar kelimeler: Robot Kolu, Endüstriyel Otomasyon 1-Giriş Teknolojinin çok hızlı bir şekilde gelişme kaydettiği günümüzde, teknolojinin getirmiş olduğu bu yenilikler insan hayatının bir parçası olmuştur. Bu yeniliklerden insanları haberdar etme ve yenilikleri insanlara sunma bir zorunluluk haline gelmiştir. Globalleşen dünya da iletişimin çok artması insanları değişik dünya pazarlarına yöneltmiştir. Artık kaliteli ürünü daha ucuza imal etmek rekabet piyasasında bir zorunluluk olmuştur. Bu da ancak otomasyon teknolojisini kullanarak üretim yapmakla mümkün olmaktadır [6]. İnsanlar fiziksel yapılarından dolayı bedensel olarak bütün işleri yapma imkânına sahip olmadıkları için, gücünün yetmediği yerlerde kullanmak üzere değişik makineler geliştirmiştir. İlk çağlarda ilkel ve fonksiyonel olmayan bu makineler, teknolojinin gelişme süreci içerisinde insanlar tarafından geliştirilmiş ve insan meziyetlerine yakın meziyetlere sahip olan makineler üretilmiştir. İlk önceleri insan yardımı ile çalışan bu makineler, zamanla geliştirilerek ve çeşitli çevre birimlerini de beraberinde kullanarak insana ihtiyaç duymadan otomatik olarak çalışır hale getirilmiştir. Sanayide kullanılmak için tasarlanmış birçok robot bulunmaktadır. Robotlar genellikle, üretim maliyetini düşürmek ve daha kaliteli üretim yapmak için kullanılmaktadır. Ayrıca insan sağlığının zarar görme riskinin olduğu işlerde (kimyasal enerji, nükleer enerji, çok yüksek ısı, titreşim, yüksek ses v.b) ve insan elinin ulaşamayacağı yerlerde robotlar kullanılmaktadır. 18. YY. da tekstil endüstrisinde otomatik makinelerin kullanılmaya başlaması, robotlar bakımından teknoloji alanında atılan ilk adımdır. Jacquard’ın dokuma tezgâhını kontrolde kullandığı delikli kart ilk adım olarak bilinmektedir. 20.YY. da ise kendi kendini kontrol eden ve ölçebilen programlanabilir makineler icad edilmiştir. 1950 lerde otomasyonun, elektroniğin ve haberleşmenin gelişmesi ile birlikte Robot teknolojisinde büyük gelişmeler yaşanmıştır. Bunlardan ilk üretilen robot “Sammıe” dir. Bu robot insanın değişik ortamlara nasıl uyum sağladığını anlamak amacıyla tasarlanmıştır. Robotları endüstride ilk olarak kullanan ülke Japonya’dır. İlk robot kullanma fikrinin ortaya atılması ile birlikte, işsizlik oluşturacağı endişesi ile büyük tepkiler almıştır. Ama kullanılmaya başlandıktan sonra kaygıların yersiz olduğu anlaşılmıştır. Robot kullanımı ile birlikte birçok iş kolu türemiş ve işsizlik daha çok azalmıştır[4]. Bu gün robot kullanımı hayatımızın birçok alanına girmiş olup, özellikle insan sağlığını aşırı derecede tehdit eden iş kollarında, yüksek ısı, titreşim, kimyasal ve nükleer enerji ile çalışılan yerler vb. kullanımı çok daha yaygındır [2]. Bu çalışmada; dünyada hızla gelişmekte olan robot kullanımını yaygınlaştırmak ve bu konuda araştırma yapan, araştırmacılara yardımcı olmak için endüstriyel robot kollar tanıtılmıştır. 2. ENDÜSTRİYEL ROBOT ISO 8373 tarafından verilen sanayi robotu tanımı: Üç veya daha fazla programlanabilir ekseni olan, otomatik kontrollü, programlanabilir, çok amaçlı, bir yerde sabit duran veya tekerlekleri olan endüstriyel uygulamalarda kullanılan manipülatör dür [1]. Bir robot, çeşitli işleri yerine getirmek üzere, malzeme, parça veya özel aletleri değişken programlanabilir hareketlerle taşımak üzere tasarlanmış, yeniden programlanabilir, çok fonksiyonlu bir aygıttır. Robot uygulamaları başlıca otomotiv, elektrik, elektronik ve mekanik olmak üzere endüstrinin hemen her alanında görülebilir[3]. Endüstride robot kullanımının başlıca nedenleri aşağıda görülebilir 1. İşçilik maliyetini azaltmak 2. Tehlikeli ve riskli yerlerde çalışanların yerini almak 3. Daha esnek bir üretim sistemi sağlamak 4. Daha tutarlı bir kalite kontrol sağlamak 5. Çıktı miktarını artırmak 6. Vasıflı işçilik sıkıntısını karşılayabilmek 7. Üç vardiya boyunca aralıksız çalışma kabiliyeti, 8. İnsana göre daha fazla yük kaldırma kabiliyeti, 9. İnsana göre daha çabuk sonuca ulaşma kabiliyeti, 10. Usandırıcı ve tekrarlı işlerde yeterlilik, 11. Tehlikeli ortamlarda çalışabilme kabiliyeti, 12. İnsan hatalarını elimine etme, 13. Kalite kontrol hatalarını minimuma indirme, 14. Kendini hızla amorti etme, 15. Yüksek hareket esnekliği, 16. Yüksek kar eldesi. Yukarıdaki birçok faydalarının yanında şu sakıncaları robotlar için söyleyebiliriz; 1. Düşünemez, 2. Vision System, ile yalnızca kendisine öğretilen cisimleri görebilir, 3. Programlanmadan çalışamaz, 4. Kendisine öğretilenleri yapabildiğinden hareketleri kısıtlıdır, 5. Yüksek yatırım maliyeti, 6. Boşa geçen bakım ve onarım zamanları[2]. Endüstride kullanılan robotları değişik şekillerde sınıflandırmak mümkündür. Biz burada robot kolları hareket kabiliyetlerine göre bir sınıflama yaptık. 3. ENDÜSTRİYEL ROBOT KOLLAR 3.1 Kartezyen Robot Sadece tutma ve taşıma yeteneği olan bu robot tipi X,Y,Z, eksenlerinde doğrusal olarak hareket etme yeteneğine sahiptirler. Basit bir yapıya sahip oldukları için hareketlerin planlanması çok kolaydır. Bu tür robotlarda; pozisyon hesaplamaları, robot uç elemanının bulunduğu pozisyon, mafsalların o anda olduğu yerde bulunduğundan çok kolaydır. Çalışma alanları şekil1. de görüldüğü gibi robotun yapısından daha küçüktür. Eğilme ve bükülme işlemlerini gerçekleştiremez. Çalışma alanları kare veya dikdörtgen pirizma şeklinde dir. Yük taşıma kapasitesi diğer robot türlerine göre daha büyüktür. İnsan gücünün taşıma kapasitesini aşan yüklerin taşınmasında kullanılır. Bu nedenle genellikle yük araçlarına, yükleme ve boşaltma işlerinde, fabrikalar da ağır yükleri taşımak amacı ile fabrikaların tavanlarına monta edilerek kullanımı yaygındır. Islak, nemli, rutubetli çalışma ortamlarında kullanılabilir. Küçük güçte olanları pnömatik olarak tahrik sistemine sahiptir. Büyük güç gereken yerlerde hidrolik tahrikli olan kartezyen robotlar kullanılır. Bunların yağ sızdırma problemleri olduğu için temizliğin önem arz ettiği ortamlarda pnömatik tahrikli olanlar tercih edilir. Hava tahrikli olan robot tipinde basınçlı hava ve havanın kontrolüne ihtiyaç olduğu için yatırım maliyetleri daha ucuz olup işletim maliyetleri de düşüktür. Büyük güçte yapılan kartezyen robotların tahrik sistemleri elektrik motorları veya hidrolik tahrik sistemleri ile sağlanmaktadır. 3.2 Silindirik Robot Kolları Silindirik robot kollar da kendi etrafında dönebilen bir mafsal ve bunun üzerinde bulunan X,Y,Z düzleminde doğrusal hareket edebilen kollardan oluşmaktadır. Şekil 2. de görüldüğü gibi esnek olmayan silindirik bir koordinat sistemine sahiptirler. Kartezyen robot kola göre hareket serbestiyesi daha geniştir. Çalışma alanı içindeki noktalara ulaşımı çok iyidir. Hareket kabiliyetinin az olmasından dolayı programlanması kolaydır. Robot kolun çalışma alanı silindirik koordinat sisteminde hareket eden kolların uzunluğuna bağlı olarak değişmektedir. Robotun kullanım alanı ve yük taşıma kapasitesine göre hidrolik, pnömatik veya elektrik tahrikli olarak kullanılmaktadır. Silindirik robot kollar nemli, rutubetli ve tozlu ortamlarda, deniz altı, uzay gözlem araçlarında ve nokta kaynağı işlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. 3.3 Küresel Robot Kolları Bel, omuz ve dirsek mafsallarından oluşan bir yapıya sahiptirler. Bel ve omuz mafsalı kendi etrafında dönme hareketi yapabilirken, dirsek mafsalı kola uzama ve kısalma hareketi yaptırmaktadır. Hareket alanı şekil 3 de görüldüğü gibi silindirik bir koordinat sistemine sahiptir. Kol yapılarından dolayı eklemli robot kollarına benzemektedirler. Kinematik yapıları kartezyen ve silindirik robot kollara göre daha karmaşıktır. Çalışma şeklinin zihinde canlandırılması zor olduğu için programlama ve kontrolü de zordur. Çalışma alanının büyüklüğü kolların büyüklüğüne bağlıdır. Hidrolik tahrik sistemine sahip olan küresel robot kollar eğme, bükme işlerinde, kameralı izleme işlerinde kullanılmaktadır. Ayrıca sarkaç robot olarak ta küçük bir moment ile hareketlerini devam ettiren bu robotlar kaynak ve zamklama işlemlerinde kullanılırlar. 3.4 Scara Robot Kol İki eklem yerinde elektrik motoru ve aşağı yukarı hareket edebilen pnömatik koldan oluşmuştur. Eklemlerdeki elektrik motorları eksenlerin kendi etrafında dönmesini sağlamaktadır. Tutucu ağzın bulunduğu kol pnömatik tahrikli olup Z ekseninde hareket etme kabiliyetine sahiptir. Buda robot kola esnek hareket imkânı sağlamaktadır. Hız ve konum performansı çok iyi olduğundan dolayı bu robot kol en çok elektronik sanayinde, elektronik kartlara malzemelerin montajını gerçekleştirmek için kullanılmaktadır. Tutma ve taşıma işlerinde maliyetinin ucuz olmasından ve programlanmasının kolay olmasından dolayı şu anda sanayide en çok kullanılan robot olmuştur. Bu robot kol şekil 4. den çalışma alanı görüldüğü gibi, kolun altında bulunan parçaların taşınmasında kullanılır. 3.5 Mafsallı Robot Kollar İnsan kolunun hareketlerini taklit etmeye en yakın robot kol dur. Üretim sistemlerinde diğer kolların hareket kabiliyetlerinin sınırlı olmasından dolayı mafsal sayısı genellikle 5 veya 6 adet olan robot kollara ihtiyaç duyulmuştur. Bu tip robot kollarda her mafsal ayrı ayrı kontrol edilebilen servo motorlardan oluşmaktadır. Mafsallarda bulunan motorlar 12–24 V. gerilim ile beslenmektedir. Hareket esneklikleri en yüksek olan robot kollardır. Kol üzerinde bulunan her eklem yeri şekil 5. de görüldüğü gibi X,Y,Z eksenlerinde üç boyutlu hareket yapabilmektedir. Çalışma alanı içerisinde tanımlanan bir noktaya en kısa yoldan ve kısa zamanda ulaşım imkânı tanımaktadır. Robotun hedef pozisyonlara yaklaşımı mafsal hareketi veya doğrusal X,Y,Z, koordinatları doğrultusunda hareket ederek gerçekleşmektedir. Diğer robot türlerine göre karmaşık bir yapıya sahip olup, programlanması da diğerlerine göre zordur. Her mafsal şekil 6. da görüldüğü gibi program içersinden sınırlandırılan belirlenmiş bir alan içersinde hareket edebilmektedir. Bu da robotun güvenli bir çalışma ortamı ve alan içerisinde bulunan diğer parçalara çarparak zarar vermesini önlemekte ve hedef noktaya, robotun daha kısa zamanda ulaşmasını sağlamaktadır. Yapılacak uygulamanın niteliğine göre robot kolun eksen sayısı tercihi yapılmalıdır. Daha basit işlemlerin uygulanmasında 3 eksenli robot kol yeterli gelmekte iken daha karmaşık ve çok fonksiyonlu bir uygulama işleminde 3 eksenli robot kol yeterli olmamaktadır. Uygulanan işlemler karmaşıklaştıkça mafsal sayısının artması gerekmektedir. Mafsal sayısının artması robotun hareket serbestîye sini artırmaktadır. 4. ROBOT TAHRİK SİSTEMLERİ Günümüzdeki modern yapıya ulaşmış robotlarda tahrik sistemi olarak genellikle AC. servo motorlar kullanılırken, sanayide kullanılan birçok robot kolda, farklı tahrik sistemleri kullanılmaktadır[5]. 4.1 Pnömatik Birçok endüstriyel robotta tahrik sistemi olarak kullanılmakta olup, maliyetleri oldukça düşüktür. Ancak kontrolleri oldukça karmaşıktır. Basit yapılı robotlarda eksen hareketlerinin tahrikinde kullanılırken, gelişmiş robotların tutucu kısımlarının tahrik edilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Hemen hemen bütün fabrikalarda basınçlı havanın bulunması kullanımını yaygınlaştırmaktadır. 4.2 Hidrolik İlk zamanlarda çok kullanılan bir tahrik sistemi olmasına rağmen bazı vazgeçilemeyen alanlar dışında yerini diğer tahrik yöntemlerine bırakmaktadır. Büyük güçlü robotlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Çünkü hidrolik olarak elde edilen tahrik gücünü diğerlerinde elde etmemiz mümkün değildir. Dez avantajları yavaş çalışmaları ve bulundukları ortamı yağ sızdırmalarından dolayı kirletmeleridir. 4.3 Elektrik DC Servo Motorlar: Pozisyon ve hız kontrolünün geniş ölçülerde ve kolay yapılabildiği motorlar olduğu için kullanılmaktadırlar. Bakım masrafları ve kurulum masrafı diğerlerine göre çok daha fazladır. Bu sakıncalardan dolayı yerini giderek diğer elektrik motorlarına bırakmaktadır. AC Servo Motor: Elektronik kontrol ün gelişmesi ile birlikte bu motorlarda hız ve konum kontrolünde büyük ilerlemeler kaydedilmesi sonucu dc servo motorların yerini almaktadırlar. Dc Servo motorlara göre daha ucuzdurlar, bakıma az ihtiyaç duyarlar ve sessiz çalışma özellikleri vardır. Step Motor: Diğer motorlara göre sürücü ünitelerinin ucuz olmasından dolayı tercih edilirler. Diğer motorlara göre konum kontrolünde daha hassas kontrol sağlama olanağı vardır. Daha çok robot tutucularında kullanımı yaygındır. 5. ÇEVRE BİRİMLERİ 5.1 Tutucular Bir parçayı tutmak amacıyla değişik büyüklük ve yapılarda tasarlanmış tutucular bulunmaktadır. Tutma işlemi robotun yapacağı işe bağlı olarak pnömatik tutucuyla veya bir elektrik motorlu tutucuyla gerçekleştirilebilir. Bazen ise robot kolun ucuna iş makinesi direk olarak bağlanmıştır. Örneğin kaynak makinesi veya vida sıkma aparatı gibi. Tutucuların sıkma kuvvetlerinin kontrolünde pnömatik basınç valfleri veya sensörler kullanılmaktadır. Şekil 8. de pnömatik bir tutucunun şekil 7. de elektrikli bir tutucunun resmi görülmektedir.   5.2 Kontrol Paneli Robotların kontrolünde PLC (programlanabilir Lojik Kontrol Ünitesi), PIC veya üretici firmaların kendilerine ait robotları kontrol etmek için imal ettikleri kontrol üniteleri kullanılmaktadır. PLC’ lerde sinyal giriş- çıkışının sınırlı olmasından dolayı basit yapılı robotlarda kullanılabilir ama karmaşık yapılı robotlarda plc yeterli gelmemekte ve robot üreten firma şekil 9. de görüldüğü gibi kendi kontrol ünitesini de beraberinde üretmektedir. Robot ile bilgisayar seri veya paralel portlar vasıtası ile haberleşme sağlayarak, program seçme, program durdurma, başlatma resetleme, hareket hızı ayarı gibi kontrol imkânları sağlamaktadır. 6. ROBOT PROGRAMLAMA Robotların programlanmasında iki yöntem kullanılmaktadır. Bunlar öğretim yöntemi ve bir ara yüz programı ile programlamaktır. Basit yapılı robotların programlanması ara yüz programı ile yapılırken gelişmiş robotlar da uygulanabilen öğretim yöntemi programcıya büyük kolaylık sağlamaktadır. 6.1 Öğretim Yöntemi Şekil 10. da görülen öğretim kutusu sayesinde robot istenilen noktaya hareket ettirilip bu pozisyonlar hafızaya alınabilir. Ayrıca öğretim kutusu üzerindeki menüler kullanılarak robot programlana bilir bilgisayarın bulunmadığı yerlerde robotun programlanması ve bütün işlevleri öğretim kutusu kontrolü ile sağlanır. Özellikle pozisyonların belirlenmesi işleminde büyük kolaylık sağlamaktadır. Parça hangi pozisyondan alınacak veya bırakılacak ise bu pozisyonlara gelip pozisyonun koordinatları direk olarak hafızaya alınır ve program içersinde kullanılabilir. Ayrıca robot kola ait bütün set değerleri öğretim kutusu üzerinden yapılmaktadır. Robot ile kullanıcı arasındaki iletişimi sağlayarak kontrolü kolaylaştırmaktadır. 6.2 Ara Yüz Programı İle Programlama Robotun kendine ait olan bir ara yüz programı ile robotun gerçekleştireceği işlem bilgisayar vasıtası ile programlanır ve robota yüklenir. Her firmanın geliştirmiş olduğu bir ara yüz programı bulunmaktadır. Bu programlarda kullanılan komutlar her marka robot için farklı olmaktadır. Robotun çalışma alanı içindeki hareket şekli, hızı, pozisyon belirleme işlemleri ara yüz programından gerçekleştirilebilir. Genel olarak bir robotun programlanması için izlenecek akış diyagramı aşağıda verilmiştir. 7. SONUÇ Endüstriyel otomasyon sistemleri hızla gelişmekte olup, birçok iş sahasında insan gücünün yerini almaktadır. Dünyada hızlı bir gelişme sağlayan otomasyon sistemleri, sağladıkları faydalardan dolayı endüstrinin birçok alanında kullanımı yaygınlaşmıştır. Ülkemiz, otomasyon sistemlerini ve robot teknolojisini kullanma konusunda dünyada ki gelişmiş ülkelerin oldukça gerisin de kalmıştır. Robot, kullanılan sistemlerde üretim kalitesini artırmakla kalmayıp bunun yanında verimliliği de artırmaktadır. Üretim sektörünün rekabet ortamında vazgeçilmez iki unsur, kaliteli ve ucuza imalat yapmaktır. Bu sağlandığı takdirde diğer üreticilerle rekabet etme imkânı bulunmaktadır. Robotlu üretim sistemleri; üretimde insan kaynaklı hataları ortadan kaldırdığı ve kuruluş maliyetinin yüksek olması yanı sıra sonradan kendini amorti edip karlılık sağlayan bir sistem olduğu için üretim sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Türkiye de robotlu sistemler çok pahalı olarak algılandığı ve bilinmediği için yaygınlaşamamıştır. Robotlu üretim sistemlerinin geliştirilmesi için; bu sistemlerin hızla tanıtımının yapılıp, gerekli olan eğitimlerin yaygın bir şekilde verilmesi gerekmektedir. 8. KAYNAKLAR 1. Altınay Robotik ve Otomasyon A.Ş., “Dünya Robot Nüfusu-1997”, Makina Magazin Dergisi., Sayı: 23, Mart 1998, s. 89-94 2. De Silva, D.,“Reactions to Robots, Engineering”. April, 1987, s. 227-230 3. Browne et al.1998 Browne, I.W.A., et al. 1998 MNRAS 293, 257 Interferometer phase calibration sources - II 4. Peşkircioğlu, N., “Otomasyon ve Entegre Kalite Kontrolu”, Verimlilik Dergisi, Sayı 15, Mayıs, s. 19– 40 5. Shımon Y.”Endustrial Robotics” 605 Thirt Avenue,New York,N.Y. 10158–0012, 1999 6. Sosyal Planlama Genel Müdürlüğü “Sanayide Robot Teknolojisi, Uygulaması Ve Önemi”Aralık 1991. 7. Nakamura,Y. “Advanced Robotics Redundancy and Optimization” Mitsubishi Industrial Robot,“Standart Specifications Manual”(Mitsubishi Electrıc Corporation), Nagoya, Japan. 8. http://bruce.cs.cf.ac.uk/bruce/LVM/Methods%20040-049/LA%20 Method%20041/ LA%20041(b).jpg 10 Haziran 2006 Cumartesi 14:02:40  Okunma : 7232 Yazarı : Bekir ÇENGELCİ, Hasan ÇİMEN Kaynak : Www.teknolojikarastirmalar.org...