ENDÜSTRİYEL ROBOTLAR

Endüstriyel Robotun Tanımı

Amerikan Robot Enstitüsü, robot kavramını şu şekilde ifade etmektedir: “Robot, çeşitli görevlerin gerçekleştirilmesi için, malzeme, parça, takım ya da değişken programlanmış hareketler aracılığıyla, özel parçaları hareket ettirmek amaçlı tasarlanmış, çok fonksiyonlu, yeniden programlanabilir manipülatördür.”

Sanayi robotunun en kapsamlı tanımı ve robot tiplerinin sınıflandırması ISO 8373 standardında belirlenmiştir. Bu standarda göre bir robot şöyle tanımlanır: “Endüstriyel uygulamalarda kullanılan, sabit veya hareketli olabilen, üç veya daha fazla programlanabilir eksene sahip, otomatik kontrollü, yeniden programlanabilir çok amaçlı manipülatördür.”

Endüstriyel robot, genel amaçlı, insana benzer özelliklere sahip programlanabilir bir makinedir. Bir robotun insana benzeyen en önemli özelliği onun koludur. Tutma ve yerleştirme işlemlerinde robot kolu kullanılır. Robot kolu, başka bir makineyle birleştirilerek, malzemenin yüklenmesi ve takım değiştirme işlemini yapmaktadır. Kesme, şekil verme, yüzey kaplama, silindirik ve düzlem yüzey taşlama gibi imalat işlemlerini gerçekleştirir. Montaj ve kontrol uygulamalarında kullanılmaktadır.

Tanımdaki terimlerin detaylı olarak açıklamaları aşağıdaki gibidir:

• Manipülatör: Robotun hareketli kısımlarına denir.
• Yeniden programlanabilir: Fiziksel değişiklikler olmadan programlanmış hareketleri veya yardımcı fonksiyonları değiştirilebilen.
• Çok amaçlı: Fiziksel değişikliklerle farklı bir uygulamaya adapte edilebilme yeteneği.
• Fiziksel değişiklikler: Programlama kasetleri, ROM’lar vb. gibi değişiklikler hariç mekanik yapının veya kontrol sisteminin değiştirilmesi.
• Eksen: Lineer veya dönel (rotasyonel) modda robot hareketini belirtmek için kullanılan yön.
• Tamlık: Tamlık, çalışma hacmi içinde istenen bir noktaya, robotun bilek sonunu götürebilme yeteneğidir. Uzaysal çözülüm, robotun çalışma hacmini bölebileceği en küçük hareket artışıdır. Robotun tamlığı uzaysal çözülüm cinsinden ifade edilebilir çünkü hedef bir noktaya ulaşabilme yeteneği her eklem hareketi için robotun kontrol artımlarını ne derece tanımlayabildiğine bağlıdır. Tamlık, verilen bir hedef noktaya erişebilmek için robotun programlanabilme kapasitesiyle ilişkilidir.
• Tekrarlanabilirlik: Tekrarlanabilirlik, uzayda robota önceden öğretilen bir noktaya robotun, bileğini veya bileğine eklenen end efektörünü götürebilme yeteneğidir. Robotun öğretilen bir noktaya göre tekrarlanan hareketlerinin sonucunda, robot uç noktası ile öğretilen nokta arasında oluşabilecek maksimum hata miktarıdır. Genel amaçlı robotlarda tekrarlanabilirlik değerinin 0,1 mm ila 0,2 mm olması yeterli olabilmektedir. Özel olarak ark kaynağı uygulaması düşünülürse tekrarlanabilirlik değerinin kaynakta kullanılacak tel çapının yarısından küçük olması istenir.
• Yük taşıma kabiliyeti ve hız: Maksimum yük taşıma kapasitesi, robotun minimum hızında tekrarlanabilirlik değerini koruyarak taşıyabileceği maksimum yük değeridir. Nominal yük taşıma kapasitesi de robotun maksimum hızda tekrarlanabilirlik değerini koruyarak taşıyabileceği maksimum yük miktarıdır. Bu yük taşıma kapasitesi değerleri taşınan malzemenin boyut ve şekline bağlıdır.

Robotların Kullanım Alanları

Paketleme; Robotların kullanım alanlarından biri de paketlemedir. Endüstride üretim sonrasında elde edilen mamuller robotlarca kutulanıp istiflenmektedir.

Yapıştırma; Sanayide yapıştırma işlemini dev robotlara yaptırmak mümkündür. Resim 1.2’de bir robot otomobil camının kenarlarına yapıştırıcı contasını sürmektedir. Yine aynı robot yapıştırıcısı sürülmüş bu camı daha sonra otomobil üzerindeki yerine monte edecektir. Otomotiv sektöründe bu işlemi robota yaptırmaktaki amaç işlemin kalitesini en yüksek seviyede gerçekleştirmektir. Özellikle cam montajında güvenlik standartları da bunu gerektirmektedir.

Kaynak Yapma; Endüstride özellikle metal birleştirme alanında robotlar günümüzde sıkça kullanılmaktadır. Robotlar gerek punto (nokta) gerekse ark kaynağı yapabilmektedir.

Resim 1.3-4’de görüleceği gibi otomotiv sektöründe robotlar etkin olarak kaynak işleminde kullanılmaktadır. Burada birkaç robot aynı anda kullanılmaktadır. Her robot kendi görev alanında çalışarak otomasyon zincirinde bir halka oluşturmaktadır.

Kaynak robotları, algılama elemanları ile birlikte kullanılmakta olup kaynak programlarına uygun biçimde hareket etmektedirler. Otomotiv sektöründe kaynak robotları hem süratli bir üretim hem de yüksek kalitede üretim gerçekleştirdiğinden dolayı tercih edilmektedir. Robotlar hem kaynak yapmakta hem de algılayıcıları ile kaynak kalitesini kontrol etmektedir. Bu da aynı anda hem üretim hem de kontrolün gerçekleştirilmesi anlamına gelir.

Montaj; Robotlar üretim hatlarında makine, otomotiv, plastik, elektrik, elektronik sektörlerinde imalat sonrası montaj hatlarında sıkça kullanılır. Montaj aşaması yapıştırma, lehimleme, kaynak, vidalama işlemleri ile uyum içerisinde gerçekleşir. Şekil 1.4’te ve şekil 1.5’te görüleceği gibi montaj hatları üzerinde birleştirme ve bütünleme gerçekleştirilir.

Robot Tip ve Çeşitleri

Şekil 1.6’da fiziksel konfigürasyonun, çalışma hacminin şekli üzerindeki etkisi gösterilmiştir. Kartezyen koordinat robotunun çalışma hacmi dikdörtgen prizma, kutupsal koordinat robotunun ve eklemli-kol (jointed arm) robotunun çalışma hacmi ise yaklaşık küreseldir, silindirik koordinat robotunun (scara) ise silindiriktir. Her çalışma hacmi şeklinin büyüklüğü, kol komponentleri ve eklem hareketlerinin sınırları tarafından belirlenir.

Robot seçimi, en uygun çalışma hacmi için yapılmalıdır. Çünkü robot çalışma hacminin büyümesi, robot uzuv boyutlarının artması dolayısıyla ataleti, gerekli motor gücü, enerji tüketim miktarı ve robot fiyatının artmasıyla sonuçlanır.

Robotlar kapsama alanlarına göre kartezyen, kutupsal ve silindirik olarak isimlendirilirler.

Kartezyen Robotlar

Bu konfigürasyon en kısıtlı hareket serbestine sahip robot tasarım şeklidir(Şekil 1.7). Bazı parçaların montajı için gerekli işlemler kartezyen konfigürasyonlu robotlar tarafından yapılır. Özellikle mermer, cam, ahşap işlemede kullanılır. Bu robot şekli birbirine dik üç eksende hareket eden kısımlara sahiptir.

Hareketli kısımlar X, Y ve Z kartezyen koordinat sistemi eksenlerine paralel hareket eder. Robot, üç boyutlu dikdörtgen prizması hacmi içindeki noktalara kolunu hareket ettirebilir. Robotun yapısal, sembolik, çalışma alanı ve dış görünüşü şekil 1.7’de detaylı olarak görülebilir.

Jointed Arm Robotlar

Bağlantı parçalarından oluşan robot kol konfigürasyonu genellikle antropomorfik veya mafsallı robot diye adlandırılır(Şekil 1.8). Yaygın bir şekilde kullanılır, çünkü otomotiv endüstrisindeki nokta kaynağı ve boyama işlemlerinde olduğu gibi maharetli hareketleri yapabilecek kabiliyete sahiptirler.

Mafsallı kol konfigürasyonu, insan kolunun yapısına benzer şekilde tasarlanmıştır. Robotun, insan omuzu, dirsek ve bilek mafsallarını yaptığı hareketlere benzer hareketleri yapabilmesi için hareketli parçaları mafsallarla birleştirilmiştir. Robot kol bir tabana bağlıdır. Bu taban kendi ekseni etrafında dönebilir. Sembolik gösterimi Şekil 1.8’dedir. Çalışma alanı ise küresel bir yapıdadır. Şekil 1.8’de jointed arm (mafsallı kol) robotuna bir örnek görülebilir.

SCARA Robotlar

Silindirik kol tasarımı, çalışma bölgesinde engellerin olmadığı uygulamalarda kullanılır(Şekil 1.9). Diğer yandan mafsallı bir robot engellerden kaçınmak için programlanabilir. Silindir konfigürasyonunun tipik işi nesneleri bir yerden başka bir yere taşımaktır (Al ve yerleştir). Bu konfigürasyonda, robot gövdesi düşey eksen etrafında dönebilen düşey bir kolondur.

Kol kısmının bir kaç hareketli kısmı vardır. Bu hareketli kısımlar kolu yukarı-aşağı ve içeri-dışarı hareket ettirir ve bilek kısmının dönmesini sağlar. Sembolik gösterimi Şekil 1.9’dadır. Çalışma alanı ise yine aynı şekilde görüldüğü gibidir. Şekil 1.9’da scara robotuna bir örnek görülebilir.

Paralel Robotlar

Paralel Robotlar endüstride özel amaçlı kullanılan robotlardır (Şekil 1.10). Çalışma alanları yarım küre biçimindedir. Paralel robotların en önemli kullanım alanları simülatörlerdir. Hava taşıtlarının (uçak, uzay mekiği, helikopter v.b) uçuş öncesi eğitimlerinde sıklıkla kullanılır.

Askeri alanda elektronik harp simülasyonunda da her tip askeri araç için geliştirilmiş simülatörlerde kullanılabilir. Bu robotun sembolik gösterimi Şekil 1.10’da görülebilir. Aynı şekilde endüstride kullanılan bir çeşidi görülebilir.

Robotların Yapısal Şekilleri

Robotların yapısal şekillerini çalıştıkları alanlar belirler. Bu yüzdende robot tercihi yapılırken öncelik, kullanım alanıdır. Resim 1.5’te görülen robotlar çalışma alanlarına göre tasarlanmış ama temelde çalışma şekli olarak birbirlerine yakın özelliklere sahip robotlardır. Bu robotları bir birinden farklı kılan çalıştıkları bölgelerdir.

Taşıma Kollu Robot

Şekil 1.6’daki robot yapısı incelendiğinde robotun kartezyen koordinat sisteminde hareket eden taşıma koluna sahip bir robot olduğu görülebilir. Bu kol sonundaki tutucu (gripper) cisimleri kavramakta, kolun hareketi ile de malzemenin bir noktadan diğer bir noktaya ulaştırılması sağlanmaktadır.

Dönme İtme Kollu Robot

Şekil 1.7’deki robot silindirik hareket gerçekleştirebilen bir robottur. Bu robotun kolunun özelliği ise hem ileri geri gidebilmesi hem de dönebilmesidir. Bu robot çok uzun mesafelerde malzeme taşıma ve işleme yeteneğine sahiptir.

Çizgi Tipi Portal Robot

Şekil 1.8’de çizgi tipi portal robot görülebilir. Bu robotun yapısal özelliği düzlemsel bir hat biçiminde olmasıdır.

Yüzey Tipi Portal Robot

Şekil 1.11’de ise yüzey tipi portal robotlar görülebilir. Bu robotların yapısal özellikleri işlenecek yüzeyi kaplamasıdır.

Kırma Kollu Robot

Resim 1.9’daki robotun yapısal özelliği ise kolunun iki parçadan oluşup kırılabilmesidir. Bu özellik bu robota kısa mesafede aşağı yukarı rahat hareket özelliği kazandırmıştır.