Seri ve Paralel Robotlar
SERİ VE PARALEL MANİPÜLATÖRLER
1-)Introduction
Hayatımızı kolaylaştıran robotların yanında bir de bunun öncesi olan iş yaşamımızı daima kolaylaştıran endüstriyel robotlar var. Endüstriyel robotların bir vida sıkımından kutuları istiflemeye kadar birçok alanda kullanımı hem zamandan, hem iş gücünden hem de maddi olarak kazanım sağlar. Endüstriye Robotları yazımızın birinci bölümünde hareket etme kabiliyetine göre sınıflandırdık.
Robotlar; Makine Mühendisliği, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği ve Bilgisayar Mühendisliği gibi birçok çok disiplinin ortak çalışma alanıdır. Bir yazılım aracılığı ile yönetilen, yararlı bir amaç ve insanlığın işini kolaylaştırıp, gereksiz güç kaybını önleyen, zamandan tasarruf ettiren karmaşık makinelerdir. Teknolojinin hızla geliştiği şu zaman diliminde robotlar sadece endüstriyel alanında dışına çıkıp hayatımıza adım adım girmektedirler. 1206 yılında robotiğin ilk adımlarını atan El-Cezeri’dir. Endüstriyel bir robot, üç ya da daha fazla eksende otomatik olarak kontrol edilen, yenidenprogramlanabilir, çok amaçlı manipülatör olarak tanımlanır. Robotik alanda ise daha pratik çalışma, tasarlama ve kullanım olarak tanımlanabilir.
Görüntü hepimizin aşina olduğu karelerden. Fotoğrafta görülen yapıda robotların yerine insanların olduğunu düşünürsek birçok yönden kazanım yerine kayıpa neden oluruz. Robotlar endüstriyel hayatı kolaylaştıran en önemli icatlardandır.
Robot deyince insanların aklına ilk karmaşık işler yapabilen cihazlar geliyor. Ama sadece bir robot büyük bir fabrikada sadece minik bir vidayı sıkmakla yükümlendirilmiş olabilir ya da büyük karışık malzemeleri boyutlarına göre ayıran bir robot varlığını da düşünebiliriz. Yani kısaca robot işimizi hangi boyutta olursa olsun kolaylaştıran bir tasarımdır.
2-)Seri Manipülatör
Seri manipülatörler en yaygın endüstriyel robotlardır.Bunlar, bir tabandan bir uç efekte kadar uzanan motorla çalıştırılan eklemler ile birbirine bağlanan bir dizi bağlantı olarak tasarlanmıştır.Çoğu zaman, bir “omuz”, “dirsek” ve “bilek” e sahip olarak nitelendirilen, antropomorfik(insan biçiminde) bir kol yapısına sahiptirler.Seri robotlara robot kolları denir. Çoğu endüstriyel robot seri haldedir.Bazıları paralel köşe bağlantıları içeriyor olsa da (örneğin robot paletleyiciler) hala seri robotlar olarak anılmaktadır.
Seri robotların altı ek yeri vardır, çünkü manipüle edilmiş bir nesneyi robotun çalışma alanındaki keyfi bir konuma ve yönlendirmeye yerleştirmek için en az altı derecelik bir serbestlik gerekir.
Günümüz endüstrisinde seri robotlar için popüler bir uygulama, dört serbestlik derecesine sahip bir SCARA robotu olarak adlandırılan seçme ve yerleştirme montaj robotudur.
2.1-)Seri Robotların Yapısı
En genel formunda seri robot, eklemlerle bağlantılı çok sayıda sert bağlantılardan oluşur.Üretim ve kontroldeki basitlik konuları, sadece devrimli veya prizmatik(prizma şeklinde) eklemler ve ortogonal, paralel ve / veya kesişen eklem eksenleri (keyfi olarak eklem ekseni yerine yerleştirilmiş) olan robotlara yol açtı.
Bir seri manipülatörün ana avantajı, robotun büyüklüğü ve kapladığı taban alanı bakımından büyük bir çalışma alanı oluşturmasıdır. Bu robotların temel dezavantajları:
Açık bir kinematik yapıya dayanan düşük sertlik,
Hatalar biriktirilir ve bağlantıdan bağlantıya yükseltilir,
Çoğu çalıştırıcıların büyük ağırlığını taşımak ve taşımak zorunda oldukları gerçeği ve
Manipüle edebilecekleri nispeten düşük etkin yük.
2.2-)Kinematics
Bir robotun bitiş efektörünün konumu ve yönü, robot kolunun geometrik bir modeli vasıtasıyla ortak konumlardan çıkarılır.Seri robotlar için, eklem pozisyonlarından uç efektör pozisyonuna geçiş kolay, ters haritalama daha zor.Bu nedenle, çoğu endüstriyel robot, ters haritalamanın karmaşıklığını azaltacak özel tasarımlara sahiptir.
2.2.1-)Çalışma Alanı
Bir robotun bitiş efektörünün erişilebilir çalışma alanı, erişilebilir çerçevelerin manifoldudur.
Elverişsiz çalışma alanı, robotun o noktada tam tanjant alanına yayılan hızları üretebildiği erişilebilir çalışma alanının noktalarından oluşur;Yani, manipüle edilmiş nesneyi üç serbestlik derecesine çevirebilir ve nesneyi üç derece dönme özgürlüğü ile döndürebilir.
3-)Paralel Manipülatör
Bir paralel robotda, uç-efektör, tabana bağlı zincirler vasıtasıyla birbirine bağlıdır.Başka bir deyişle, paralel bir robotun en az iki “bacak” (veya “kol”) vardır.Eklemlerinin çoğu harekete geçirilmez ve bu pasif eklemlerin birçoğu birkaç serbestlik derecesine (DOF) sahiptir (örneğin küresel, üniversal ve düzlemsel eklemler).En popüler paralel robotlardan ikisi, çoğu hareket simülasyon cihazında (sıklıkla “hareket platformları” olarak anılır) kullanılan teleskopik bacak altıgen ve genellikle hızlı toplama ve yerleştirme için kullanılan Delta robotudur.Paralel robotlar, kullanılan seri robotlardan daha az olsa da, paralel robot çeşitliliği daha büyüktür.
3.1-)Paralel Robotların Yakın Tarihçesi
Yaklaşık yirmi yıldır, paralel robotlar çok az dikkat çekti. Ancak, 1980’lerin başında, popülariteleri aniden büyümeye başladı ve hiç durmadı.Örneğin, Charles Stark Draper Laboratuvarı’ndan (ABD) Donald C. Flyer, 1985’te beş çubuklu bir mekanizmanın bir robot olarak kullanılması fikrini ortaya attı [11].Bu çift kollu robotun Prof. Hiroshi Makino tarafından 1979’da icat edilen SCARA robotuna daha iyi bir alternatif olduğunu iddia etti.
1980’lerin başlarından bu yana, yüzlerce yeni tasarım önerildi ve neredeyse birçok başvuru yapıldı. [12]Bu paralel mimarilerin çoğu gerçekten yenilikçi, ancak endüstriyel uygulama için en başarılı paralel robot olan Delta robotu oldu.
1985 yazında, EPFL’den İsviçre’de bulunan Prof. Reymond Clavel (şimdi emekli), yüksek hızlı pick-and-place işlemleri için 4-DOF paralel manipülatör oluşturmak için paralelogramları kullanma fikrini ortaya attı.
Bugün, Delta robot tasarımı artık korunmuyor ve düzinelerce şirket, FANUC, Motoman ve Kawasaki gibi kendi seçme ve yerleştirme sürümlerini sunuyor.
3.2-)Paralel robotlar için bu kadar özel olan nedir?
Genellikle paralel robotların seri robotlardan daha katı, daha hızlı ve daha doğru olduğu söylenir.Ancak, gerçekler çok daha karmaşıktır, zira paralel robotlar birbirinden oldukça farklıdır.Örneğin, Moog’un MB-EP-6DOF / 60 / 14000KG hareket tabanı 14.000 kg’a kadar çıkabilirken, KUKA’nın güçlü seri robotlardan biri olan KR 1000 1300 TITAN PA endüstriyel robotu sadece 1,300 kg kaldırabiliyor.Bu farklılığın nedeni, bir hexapodun bacaklarında bükülme veya bükme olmamasına rağmen, birçok paralel robot için bu geçerli değildir ve paralel bir robotdaki yükün çeşitli bacaklar tarafından desteklendiği her zaman doğru değildir.
Birçok paralel robottaki motorların tabanı sabitlendi ve hareketli kısmı nispeten hafif bıraktığı doğrudur.Bu Delta robotlarını yıllardır tasarlanmış en hızlı robotlara dönüştürdü.Bununla birlikte, motor teknolojisi ve kontrolündeki son gelişmeler son derece hızlı seri robotlar üretti.
Sonunda, çoğu çok eksenli hassas konumlandırma cihazlarının çoğunlukla altı köşeli ve üç köşeli paralel robotlara dayalı olduğunu söylemek doğrudur.Bununla birlikte, bunun nedeni bir seri robotun hatalarının birikmesi, paralel bir robotta ortalama olması ve hekzapodların ve tripodların katı olması gerçeği ile daha fazla ilgisi vardır [15].
Paralel robotların en büyük avantajı, her biri çok spesifik avantaj ve dezavantajlara sahip yüzlerce olası mimarinin olmasıdır.Bazı paralel robotlar işlemek için mükemmel (paralel kinematik makineler veya PKM’ler olarak adlandırılır) veya hareket simülasyonu için uygundur, çünkü serttirler.Diğerleri çekme ve yerleştirme işlemleri için harikadır, çünkü mobil kısımları hafiftir.Örneğin, kablo robotları, bir stadyum gibi çok geniş bir çalışma alanını kaplamak için idealdir.
Halen, operasyonda bir milyondan fazla endüstriyel robot var ve bunların büyük çoğunluğu seri.Aslında muhtemelen, 3 veya daha fazla DOF ile 50.000’den fazla paralel mekanizma yoktur.Ancak, bu durum muhtemelen değişecektir.
3.3-)Paralel robotları kim üretir ve hangi uygulamalar için?
Şu anda düzinelerce şirket paralel robotlar, çoğunlukla hexapod’lar ve Delta robotları sunuyor.Paralel robotlar için en popüler üç uygulamadan biri olan hareket simülasyonunda endüstri lideri 1.400’den fazla hareket tabanı satan Moog’dur.Hareket sistemlerinin bir diğer büyük tedarikçisi Bosch Rexroth’dur.InMotion Simülasyonu,Servolar ve Simülasyon gibi düzinelerce daha küçük kurucu vardır.
Paralel robotlar için ikinci en popüler uygulama pick-and-place işlemidir.Elbette, Delta robotları çoğunlukla bu amaçla kullanılır.Bunlar şimdi ABB, FANUC, Kawasaki, Motoman, Panasonic ve onlarca küçük üreticiden dünya çapında üretilmektedir.Bununla birlikte, Adept Technology inanılmaz derecede hızlı Quattro’yu ürettiğinde başlayan dört kollu 4-yönlü yer-içi yer değiştirme robotlarına yönelik yeni bir trend var.Penta Robotics’ten Veloce, bu tip başka bir robot.Son olarak, Codian Robotics ve VELTRU, standart ve çift kollu Delta robotları üretirken, Electro ABI asimetrik üç kollu Deltalar sunmaktadır.
Paralel robotlar için en popüler üçüncü uygulama hassas konumlandırma.Bu robotların çoğu teleskopik ayaklı hexapod’lara dayanıyor ancak sabit uzunlukta ayaklı tripodlar ve hexapodlar da kullanılmaktadır.Yüksek hassasiyetli hizalama için hexapod’ların başlıca üreticileri PI, Symétrie ve Newport’tur.Diğer üreticiler SmarAct ve ALIO Industries’dir.
Paralel mekanizmalara dayalı çeşitli takım tezgahları da bulunmaktadır.Çoğu PKM, Starrag Group, Metrom ve Exechon lisans sahipleri tarafından oluşturulmuştur.Son olarak, CMM’lerden (örneğin Renishaw) oyuncaklara (örneğin IXI-Play) paralel robotlara dayalı çeşitli ürünler sunan şirketler var.
