Endüstriyel Robotlar

CiwCiw · #1 25.11.07, 15:26

Endüstriyel Robotlar

Bekir ÇENGELC
İ, Hasan ÇİMEN

Afyon Kocatepe Üniversitesi, Teknik E
ğitim Fakültesi, Elektrik Eğitimi Bölümü, Afyonkarahisar

1-Giri
ş

Teknolojinin çok h

ızlı 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

de

ğişik 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].

İ

nsanlar 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 yak

ın 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 edilmi

ştir. 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 yayg

ındır [2].
Bu çalışmada; dünyada hızla gelişmekte olan robot kullanımını yaygınlaştırmak ve bu konuda araştırma
yapan, araştırmacılara yardımcı olmak için endüstriyel robot kollar tanıtılmıştır.

CiwCiw · #2 25.11.07, 15:27

2. ENDÜSTRİYEL ROBOT

ISO 8373 taraf

ından 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. Bo

şa geçen bakım ve onarım zamanları[2].
Endüstride kullanılan robotları değişik şekillerde sınıflandırmak mümkündür. Biz burada robot kolları

hareket kabiliyetlerine göre bir s

ınıflama yaptık.

CiwCiw · #3 25.11.07, 15:31

3. ENDÜSTR
İYEL ROBOT KOLLAR
3.1 Kartezyen Robot

Sadece tutma ve ta

şıma 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.

CiwCiw · #4 25.11.07, 15:33

3.2 Silindirik Robot Kollar
ı

Silindirik robot kollar da kendi etraf

ında 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

programlanmas

ı kolaydır.

Robot kolun çal

ışma 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.

CiwCiw · #5 25.11.07, 15:37

3.3 Küresel Robot Kollar
ı

Bel, omuz ve dirsek mafsallar

ından oluşan bir yapıya sahiptirler. Bel ve omuz mafsalı kendi etrafında
dönme hareketi yapabilirken, dirsek mafsalı kola uzama ve kısalma hareketi yaptırmaktadır. Hareket alanı

ş

ekil 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.

CiwCiw · #6 25.11.07, 15:41

3.4 Scara Robot Kol

İ

ki 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

CiwCiw · #7 25.11.07, 15:43

3.5 Mafsall
ı Robot Kollar

İ

nsan 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

sa

ğlamaktadır.
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.

CiwCiw · #8 25.11.07, 15:44

4. ROBOT TAHR
İK SİSTEMLERİ

Günümüzdeki modern yap

ıya 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 kullan

ılmakta 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

İ

lk zamanlarda çok kullanılan bir tahrik sistemi olmasına rağmen baz