İki Serbestlik Dereceli Düzlemsel Bir Çizim Robotunun Tasarımı, İmalatı Ve Kontrolü

Kategoriler:

GİRİŞ

1. Robotlar

Günümüzde robot sistemlerin çok geniş kullanım alanları olduğundan dolayı tanımlanmalarında bazı ufak ayrıntılar önem kazanmıştır. Robot sistemlerin en yaygın kullanım alanlarından biri endüstri sahalarıdır. İngiliz Robot Birliği (BRA) ve Japon Endüstriyel Robot Birliği (JIRA) gibi ulusal robotik birliklerinin yayınladığı resmi robot tanımları, çoğunlukla endüstriyel robotların tanımıdır. Robot sistemlerin endüstri alanlarında kullanılmalarıyla ilgili olarak robot tanımı, Amerikan Robot Enstitüsü (RIA) tarafından şu şekilde yapılmıştır. "Robot, çeşitli görevleri yapmak maksadıyla değişik şekillerde programlanmış hareketlerle; nesnelerin, gereçlerin, gereçlerin ya da özel düzeneklerin taşınması için tasarlanmış çok işlevli bir manipülatördür." [1]

Robot sistemler, uygun şekilde bir araya getirilen mekanik ve elektronik alt sistemlerin amaca uygun olarak kumanda edilmesi İle çalışır. Bir robot sistemin tasarımında, istenilen hareketlerin kusursuz biçimde elde edilmesi için, kontrol ünitelerinin ve programlama şekillerinin doğru seçilmeleri gerekir. Kontrol birimindeki özel bir kabin içerisine yerleştirilen bilgisayar sayesinde, kontrol bağlantıları yapılan bütün alt sistemlerin yönetimi yapılabilir.

Robot sistemlerin kontrollerinde ya da programlarında meydana gelebilecek yanlışlıklar, ilgili alt sistemlerin çalışmasında büyük hatalara sebep olabilir. Bu nedenle, robot sistemler içerisinde kullanılan bütün sürücüler ve alt sistemlerin en hassas biçimde kontrolleri sağlanmalıdır. Zamanla sistemdeki mekanik aşınmalar ve sürücü hatalarından meydana gelecek aksaklıklar, robot sistemin pozisyonunu kontrol eden denetleyicilerle, konum hatası sınır toleransları içerisinde tutulmalıdır.

Robotu Oluşturan Parçalar

Bir robot dört ana kısımdan meydana gelir:

1. Bir mekanik yapı ya da eklemlerle birbirine bağlanmış sıralı rijid cisimlerden (uzuvlardan) oluşan manipülatör; manipülatör, serbestliği sağlayan bir koldan, el becerisi sağlayan bir bilekten ve robotun yapması gereken görevi tamamlayan sonlandırıcıdan oluşmaktadır.

2. Eklemlerin hareketlenmesiyle manipülatörün hareketini sağlayan elektronik aksam yani hareketlendiriciler

3. Manipülatörün veya çevrenin durumunu gözleyen algılayıcılar

4. Manipülatör hareketini kontrol eden ve yöneten bir kontrol sistemi

1.1 Manipülatörler ve Manipülatörlerin Sınıflandırılması

Manipülatörler çalışma uzaylarına göre sınıflandırılırlar. Aşağıda manipülatör yapıları ve bunların çalışma uzayları görülmektedir.

1. Kartezyen Manipülatör: Bu tip bir manipülatör üç tane kayar tip eklem ile elde edilir. Mekanik yönden çok sağlamdır fakat çalışma uzayındaki hareket yeteneği bakımından zayıftır. Bu tip manipülatörler çok büyük boyutlarda ve ağırlıklarda nesneleri hareket ettirmek ve taşımak için idealdir. Kartezyen manipülatörlerde eklemleri hareket ettiren motorlar çoğunlukla elektrik bazen de pnömatik motorlardır.

Şekil 1.1: Kartezyen manipülatör

2. Silindirik Manipülatör: Bu tip bir manipülatör bir tane döner ve iki tane kayar tip eklem ile elde edilir. Bu tip manipülatörler de mekanik yönden sağlamdır fakat bilek konum doğruluğu yatay harekete bağlı olarak azalır. Benzer şekilde büyük boyutlu nesnelerin taşınmasında kullanılırlar. Bu tip manipülatörlerde hidrolik motorları tercih edilir.

Şekil 1.2: Silindirik manipülatör

3. Küresel Manipülatör: Bu tip bir manipülatör iki tane döner ve bir tane kayar tip eklem ile elde edilir. Bu tip manipülatörler mekanik yönden diğer iki tipten daha zayıf, mekanik yapı yönünden daha karmaşıktır. Çoğunlukla makine montajlarında kullanılırlar. Bu tip manipülatörlerde elektrik motorları tercih edilir.

Şekil 1.3: Küresel manipülatör

4. Eklemli ve ya İnsan Kolu Manipülatör: İnsan kol yapısı esas alındığı için bu isim verilmiştir. Bu tip manipülatörler tüm eklemleri döner olduğundan çalışma uzaylarında en yetenekli manipülatörlerdir. Endüstriyel uygulamalarda geniş kullanım alanına sahiptirler.(Boyama, kaynak yapma, montaj, yüzey temizleme vb.) Bu tip manipülatörlerde elektrik motorları tercih edilir.

Şekil 1.4: Eklemli-İnsan kolu manipülatör

1.2 Robotik Sistemlerde Temel Hesaplama Yöntemleri
1. Dönüşümler:
a) Dönme Matrisi
b) Öteleme Vektörü
c) Homojen Dönüşüm
2. Düz Kinematikler
a) Denavit - Hartenberg(DH) Dönüşümü
3. Ters Kinematikler
4. Hız Kinematikleri
a) Jakobyen
b) Tekillikler
5. Dinamikler
a) Lagrange Denklemleri
b) Newton-Euler(NE) Denklemleri

BÖLÜM 2

2. Robotun Tasarımı ve Konstrüksiyonu

Bir robotun mekanik kısmı; mekanik yapı ya da eklemlerle birbirine bağlanmış sıralı rijid cisimlerden (uzuvlardan) oluşan manipülatör; manipülatör ise, serbestliği sağlayan bir koldan, el becerisi sağlayan bir bilekten ve robotun yapması gereken görevi tamamlayan sonlandırıcıdan oluşmaktadır.

Bu projede yapılması planlanan robot, iki boyutlu düzlemde çizim yapacağından öncelikle bir çalışma düzlemi belirlemek gerekir. Robot, 900 lik açıyı tarayabilecek şekilde düşünüldüğünden manipülatörün çalışma düzleminin köşesine yerleştirilmesi uygun görülmüştür. Sistemin hareketi ise step motorlar ile sağlanmıştır. Robotun amacı iki boyutta çizim yapabilmek olduğundan manipülatör için doğrusal hareket edebilen bir sistem yeterlidir.

Şekil 2.1: Robotun çalışma düzlemi ve manipülatör

Şekil 2.2: Sistemin mekanik kısmı

2.1. Doğrusal Hareket Elemanları

Bu projede tasarlanan robotun çizici ucunun doğrusal hareketi için farklı bir çok sistem kullanılabilir. Aşağıda tasarım aşamasında düşünülen sistemlerin temel işleyiş prensipleri, avantajları ve dezavantajları anlatılmıştır.

2.1.1. Vidalı Hareket İletim Elemanları

Hareketi doğrusal olarak iletebilmek için kullanılan farklı birçok iletim elemanı vardır. Bunlar; vida mekanizması, dişli çarklar, dişli kayış, kasnak mekanizması, kaplin veya kavrama gibi elemanlardır. Bu elemanların konstrüksiyonunda yüksek rijitlik, minimum boşluk, düşük sürtünme ve yüksek verim gibi faktörler dikkate alınmalıdır. İletim elemanlarının en önemlisi vida mekanizmasıdır.

2.1.2 Yataklar ve Kızaklar

Vidalı hareket elemanlarının dışında kızaklı sistemlerde günümüzde sıklıkla kullanılmaktadır. Kızak yolları ve yataklar tezgâhın hareketli elemanlarını desteklerken aynı zamanda bunların belirli bir doğrultuda hareket etmelerini de sağlarlar. Yatak ve kızaklarda meydana gelen en önemli olay sürtünmedir. Sürtünme bu elemanlarda; aşınmaya, enerji kaybına ve sıcaklığının yükselmesine neden olur. Bu bakımdan; sürtünmeyi ve neden olduğu zararı azaltmak amacı ile yatak ve kızaklar yağlanır.

Yağlama bakımından yatak ve kızaklar kuru, sınır, hidrodinamik, hidrostatik sıvı, hidrostatik hava olabilirler. Yüzeylerin arasında yağ bulunmayan sürtünme hali olarak açıklanan kuru sürtünme, büyük konum hataları, dinamik karasızlık, enerji kaybı ve aşınmaya sebebiyet verir. Bu nedenle sistemlerde kuru sürtünme halinde çalışan yatak ve kızaklar kullanılmaz. Sınır sürtünmesi, yüzeylerin arasında yağ bulunmasına rağmen sıvı sürtünmenin meydana gelmediği sürtünme halidir; burada önemli olan yağın yapışma kabiliyetidir. Sıvı sürtünmesi yüzeylerin tamamen bir yağ tabakası tarafından ayrıldığı ve sürtünmenin yağ molekülleri arasında meydana geldiği sürtünme halidir. Sıvı sürtünme hidrodinamik ve hidrostatik olmak üzere iki gruba ayrılır. Hidrodinamik sıvı sürtünmede yüzeyleri ayıran yağ tabakası, yüzeyler arasında kama şeklinde bir boşluk olduğu durumda, belirli bir izafi hızda kendiliğinden oluşur. Mil yatağa göre eksantrik bir konum alır. Hidrostatik sıvı sürtünmesinde yağ tabakası, sistemin dışında bulunan yüksek basınçlı bir yağ pompası ile oluşturulur.

2.1.3 Kayış Kasnak Mekanizmaları

Endüstride yaygın bir kullanım alanına sahip olan kayış kasnak mekanizmalarında hareket, döndüren kasnaklara sarılan ve oldukça esnek olan kayışlar vasıtasıyla sağlanmaktadır. Kayış kasnak mekanizmalarındaki hareketin iletilmesinde kayış ile kasnak arasındaki sürtünme önemli bir rol oynamaktadır.

2.1.3.1 Kayış Kasnak Mekanizmalarının Çeşitleri

Kayış kasnak mekanizmaları, kayışın kesitine bağlı olarak; düz kayış mekanizmaları, Vkayış mekanizmaları ve dişli kayış ( zaman kayışı ) mekanizmaları olmak üzere üç grupta incelenebilir.

1. Düz Kayış Mekanizmaları: Silindirik kasnaklar üzerinde çalışmak için tasarlanmış ince ve düz bant şeklindeki kayışlardır. Büyük kuvvetlerin iletilmesinde, eksenler arası mesafenin büyük olması durumunda, yüksek kayış hızlarında düz kayış kasnak mekanizmaları kullanılır. Düz kayışlar geniş bir hız ve moment bölgesinde kullanılırlar. Çevre hızının 45 m/s' den ve iletilen gücün 400 kW' tan büyük olması durumunda düz kayış kasnak mekanizmaları kullanılabilmektedir. Düz kayış kasnak mekanizmalarında meydana gelen ön gerilme kuvvetindeki değişmeler, V kayış kasnak mekanizmalarına göre daha hassastır. Düz kayışların, düşük maliyeti ve esnekliği diğer kayış tiplerine göre avantajlı yönleridir. Düz kayış mekanizmalarında kösele kayışlar, kauçuklu düz kayışlar, balata düz kayışlar, naylon takviyeli kayışlar kullanılabilir.

2. V Kayış Mekanizmaları: V-kayış mekanizmaları ise üzerine iki veya daha çok “V” yivi açılmış kasnağa sarılan trapez kesitli, esnek ve sonsuz kayışların birleşimidir. V kayış ile kasnak arasındaki sürtünme bağı kayışın yan yüzeylerindeki kama etkisi ile elde edilir. Kayışa küçük bir ön gerilme verilmesi durumunda büyük bir normal kuvvet Fn ve böylece iyi bir sürtünme bağı elde edilebilir. V-kayış mekanizmaları kendi içlerinde de sınıflara ayrılır.

- Bantlı V kayışları, çoğu mekanizmalar için güvenilir ve sorunsuz bir kullanıma sahiptir. Bununla beraber sürekli veya darbeli yükler etkiyen bazı makineler üzerinde, V kayışları yanlamasına, birbirine çarpma, hatta makaralar üzerinden fırlama ve hızlı yıpranmaya neden olan dönme etkisi ve belli bir açı altında kasnağa girme nedeniyle güvenli değildirler.

- Sonsuz V Kayışları, belirli uzunluklarda uçsuz olarak kalıplanır ve imal edilirler. Bunlardan birini çekici diğerini ise kasnak yüzeyine oturucu diye iki kısma ayırabiliriz. Yükü karşılayan çekici kısım kayış profilinin üst kısmında bulunan kord ismi verilen iplerdir. Alt taraftaki kauçuklu tabaka V kayışına elastikiyet verir. Sonsuz V Kayışlarının kullanıldığı yerlerde eksen aralığı ayarlanabilmektedir. Böylece V kayışını aşırı zorlamadan dolayı yerine takmak ve iyi bir gergi ayarı yapmak mümkün olur. İlk kullanılma devresinde yüzde 3' e kadar bir uzama meydana geldiğinden gergi ayarının yapılabilmesi çok önemlidir.

- Dar V Kayışları, zamanla normal V kayışlarına alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Çünkü normal V kayışlarının kesitlerinin ufak bir kısmı ile bütün yükü taşıdıkları anlaşılmış ve bu kısımlar alınarak daha ufak kesitli dar V kayışları meydana getirilmiştir. Birden fazla konik çalıştırılan mekanizmalarda kuvvetin eşit olarak bütün kayışlara dağıtılması gereklidir. Bu nedenle uzunluk farklarının belirli bir sınırın içinde kalması gereklidir. Bu nedenle kayış boyları hassas olarak aynı şartlar altında ölçülmelidir. Dar V kayışları aynı kapasitedeki normal kayışlardan daha küçük kesit alanına sahip oldukları için daha az yer kaplarlar. Daha hafif oldukları için merkezkaç kuvvetler daha azdır. Dolayısıyla daha yüksek hızlarda çalışabilirler. Kesit alanlarına oranla daha büyük dış yüzeye sahiptirler. Böylece daha iyi ısı vererek normal V kayışlara oranla daha az ısınırlar. Sahip oldukları yüksek bükülme kabiliyetlerinden dolayı, daha yüksek bükülme frekansına dayanıklıdırlar.

- Ekli V Kayışları, uzun kolonlar şeklinde imal edilirler ve piyasada kangal şeklinde bulunurlar. Bunların uçlarını bağlama için atölyelerde delikler açılırken kayışlar birçok kez zedelendikleri için imalatçılar bunu genellikle delikli yaparlar. Bu delikler yüzünden kayışların kesitleri zayıfladıkları için ekli V kayışların bütün kesiti daha kuvvetli yapılmalıdır. Kıvrılarak sarılmış bir bez şerit kauçuğun içinde vulkanize edilerek ekli V kayışları meydana getirilir. Bu yüzden bu kayışlar daha serttir ve çalışmada sonsuz V kayışları kadar küçük kasnaklarda çalışamazlar.

- Geniş V Kayışları, kademesiz hız ayar mekanizmalarıyla güç iletiminde kullanılırlar. Bu kayışlar normal ve dişli olmak üzere iki ayrı şekilde imal edilirler. Kanal açıları standartlaştırılmamıştır.

- Çok Profilli V Kayışları ise düz bir kayışın altına V şeklindeki profiller bağlanarak elde edilen kayış mekanizmalarıdır. Bu kayışların normal V kayışlara göre bazı üstünlükleri vardır. Kayışın üst kısmındaki çekici ipler bir düz kayışın yüksek çeki kuvvetini, alttaki V şeklindeki kaburgalar ise bir konik kayışın özelliğini verirler. Bu kayış sayesinde 40:1' e kadar varan yüksek çevrim oranları iletilebilir. Bu kayışların imal edildikleri temel malzeme neoprene olup yüksek çeki direncine ve yağlara karşı dayanıklılığa sahiptir. Neoprenenin bu özelliğinden faydalanılarak birkaç V kayışının üzerine bir neoprene şeridini kaynatmak ve kayışları yağdan korumak mümkündür. Kaynak edilmiş olan neoprene şeridi kayışların çeki mukavemetini arttırmaz. Ancak bunları yağdan korur ve yuvalarında yan dönmeleri önler.

3. Dişli Kayış Mekanizmaları: Bu sistemde güç iletimi şekil bağı ile sağlanır. Dişli kayış ile kasnak arasında kayma yoktur. Bu dişlilere bir nevi elastik malzemeden yapılmış zincir mekanizması da denebilir. Dişli zincirlere yakın güç kapasitesi ile düz kayışların yüksek hız karakteristiklerine sahip bir kayış türüdür.

2.1.3.2 Kayış Kasnak Mekanizmalarının Avantajları

Kayış kasnak mekanizmaları diğer güç iletim mekanizmalarına göre aşağıda belirtilen üstünlüklere sahiptir.

- Basit olmaları nedeniyle, diğer mekanizmalara göre oldukça ucuz bir konstrüksiyon oluşturur.
- Yüksek verime (max. %95…%98) sahiptir.
- Sessiz çalışır.
- Birbirinden belli bir uzaklıkta bulunan iki mil arasında güç ve hareket iletimini sağlayabilir.
- Kayış, elastik bir malzemeden yapılmış olduğundan darbeyi karşılama ve sönümleme kabiliyeti büyüktür.
- Ani yük büyümelerini iletemez; bu nedenle bir emniyet elemanı olarak çalışır.
- Kademeli kasnaklar kullanılarak çevrim oranı kolayca değiştirilebilir. Yağlamaya ihtiyaç duymamakta ve bakımı kolay olarak yapılmaktadır. Kayışın kasnak üzerinde kayma sınırının, tümden nakledilecek gücün sınırını belirlemesi; böylelikle sistemin aşırı yükten korunması sağlanmaktadır.

2.1.3.3 Kayış Kasnak Mekanizmalarının Dezavantajları

Yukarıda üstünlükleri belirtilen kayış kasnak mekanizmalarının kusurları ise şu şekilde sıralanabilir.

- Kayış ile kasnak arasındaki kısmi kaymalardan dolayı tam ve sabit bir çevrim oranı sağlanamaz.
- Hareket iletimi için kayışın kasnak üzerine bastırılması gerekir, yani bir basma kuvvetine ihtiyaç gösterir. Bu basma kuvvetinin etkisi altında miller ve yataklar dişli çark ve zincir mekanizmalarındakine göre daha büyük zorlamalara maruz kalırlar.
- Kayışta zamanla bir gevşeme meydana geldiğinden, mekanizmanın bir gerdirme tertibatı ile donatılması gerekir. Kayış cinsine göre kullanım sıcaklığı -50ºC ~ +60ºC (+80ºC) arasında sınırlıdır. +140ºC' de kayışta bozulmalar başlar. Sıcaklık, nem, yağ, toz gibi çevre şartları küçük oranda da olsa kayışın uzamasına neden olabilir ve sürtünme katsayısını değiştirebilir. Sürtünme nedeniyle statik elektriklenme meydana gelebilir.

2.1.3.4 Kayış Kasnak Mekanizmalarında Oluşabilecek Kayıplar

Kayışların cinsine, şekline, malzemesine ve birleştirilmesine dikkat edilmemesi veya bakımlarının öngörülen periyotlarla yapılmaması gibi sebeplerden dolayı kayışta kopma, zedelenme, yırtılma, vb. gibi hasarlar ortaya çıkabilir. Bu durumda mekanizmadaki kuvvet aktarımında kayıplar ve azalmalar meydana gelir. Kayışların bakımsız olması veya yanlış bakım yapılması kayışın zedelenmesine ve kolayca kopmasına neden olabilir. Örnek olarak kösele kayışların elastik kalmalarını sağlamak için bu kayışlara imalatları sırasında ağırlıklarının yüzde 15' i kadar yağ emdirilir. Yağlama iyi yapılırsa yüksek kaliteli, kötü yapılırsa düşük kaliteli bir kayış elde edilir. İşletme şartlarına bağlı olarak kayışların en az senede 2 veya 3 defa temizlenerek tekrar yağlanmaları gerekmektedir. Ama kösele kayışlar mutlaka hayvansal yağlar ile yağlanmalıdır. Eğer bu durum göz ardı edilirse ve kayış bitkisel veya madeni yağlar ile yağlanırsa kayış bozulur ve özelliğini yitirir. Kayışların birleştirilmesi de oluşabilecek kayıplar için önemli bir etkendir. Çünkü kayışlar birbirinden ayrılmasalar bile iyi yapılmayan birleştirmeler yüzünden gevşeyen kayışlardaki kuvvet iletimi oldukça azalabilir.

Sürtünmeden dolayı olabilecek kayıplarda ise kayışın υ hızının etkisi vardır. Hız artıkça μ'de artar. Bu nedenle mekanizmadaki devir sayılarının iyi kontrol edilmesi gerekmektedir. Eski ve iyice yağlı bir kayışın sürtünmesi yeni ve yağsız bir kayışın sürtünmesinin birkaç katıdır. Yani kayışların bakımı yeterli sürelerde ve doğru bir şekilde yapılmalıdır. Kasnağın yüzey yapısı da önemlidir. Yüzeyi pürüzsüz ve parlak olan bir kasnaktaki sürtünmeden dolayı oluşacak kayıp daha da azalmıştır. Kayışı kasnağın üzerine basan yüzey basıncının artmasıyla da sürtünme azalabilir.

Kayışlarda sıcaklık artıkça kayışlarda genleşmeler olabilir ve bu nedenle kayışta uzamalar meydana gelir. Yine soğuk bir ortam da çalışan mekanizmada ise soğuktan dolayı kayış çeker ve kayışın kopmasına neden olabilir. Aşırı sıcaklıkta yine kayışın malzeme yapısında da deformasyon meydana gelebilir. Böyle bir durumda kayış özelliğini kaybedeceği için yine mekanizma veriminde bir kayıp meydana gelebilir.

Şekil 2.5: Sistemde kullanılan kayış kasnak mekanizması

Bu projedeki sistemde çizici ucun doğrusal hareketini sağlamak için dişli kayış kasnak mekanizması kullanılmıştır. Yukarıda, kayış kasnak mekanizmalarının avantajlarında belirtildiği üzere; basit olmaları nedeniyle, diğer mekanizmalara göre oldukça ucuz bir konstrüksiyon oluşturmaları, yüksek verime (max. %95…%98) sahip olmaları, sessiz çalışmaları, kayış, elastik bir malzemeden yapılmış olduğundan darbeyi karşılama ve sönümleme kabiliyetinin büyük olaması bu sistemin tercih edilmesindeki en önemli nedenlerdir.

2.2 Dişli Çarklar

Bir milin dönme hareketini diğer mile dönme kaybı olmadan nakletmek için kullanılan mekanizmalardır. Bir dişli çark mekanizması biri döndüren diğeri döndürülen olmak üzere en az iki çarktan oluşmaktadır. Dişli çark mekanizmaları düzgün ve değişen hızlı olmak üzere iki şekilde olabilir.

- Eksenleri aynı düzlemde paralel olan miller arasında güç ve hareket ileten mekanizmalar: Silindirik dişli çarklar
- Eksenleri aynı düzlemde kesişen miller arasında güç ve hareket ileten mekanizmalar: Düz konik dişli çarklar, helisel konik dişli çarklar, eğrisel konik dişli çarklar
- Eksenleri aynı düzlemde olmayan miller arasında güç ve hareket ileten mekanizmalar: hipoid konik dişliler, spiral dişli çarklar, sonsuz vida mekanizması

Dişli çarkların da yapılarına göre bazı avantajları ve dezavantajları vardır. Örneğin düz dişli çarklar helisel dişli çarklara göre;

- Eksenel kuvvet oluşturup yatakları ek bir kuvvet ile zorlanmamaları
- Verimlerinin daha yüksek olması

özellikleri ile üstündürler. Ancak;

- Büyük devir sayılarında çok gürültülü çalışmaları
- Aynı boyutlu helisel dişliye göre moment taşıma kabiliyetlerinin az olması
- Dişli formlarındaki hatalara karşı hassas olmaları kötü özellikleridir.

2.2.1 Helisel Dişli Çark Ana Boyutları

Diş profili bir silindirin üzerine helis eğrisi boyunca sarılmıştır. Küçük ve orta devir sayılarında uygundur. Sessiz çalışırlar. Bu dişli çarklara ait boyut ve faktörler tarif edilirken dişli eksenine dik alın kesit ve diş doğrultusuna dik normal kesit olmak üzere iki kesitin göz önüne alınması gerekir. Helisel dişli çarklarda normal kesite ait faktörler standarttır.

Normal modül

mn=0.6

d0=58 mm (çark için)

d0= 12 mm (pinyon için)

Teorik diş sayısı

2.2.2 Diş kuvvetleri

- Teğetsel kuvvet: Döndüren çarkta ( pinyonda ) dönüş yönüne ters; döndürülen çarkta dönü yönü ile aynı yönde

- Radyal kuvvet: İki dişlinin temas noktasından dişlilerin merkezine doğru

- Eksenel kuvvet: Pinyon sağ helis ise sağ elin parmakları dönüş yönünü gösterecek şekilde pinyonun alın yüzeyine konduğunda baş parmak pinyona gelen eksenel kuvvetin yönünü gösterir. Sol helis pinyon için aynı işlem sol el ile yapılır. Çarka gelen kuvvetler pinyonun tersidir.

2.3 Miller

Miller taşıyıcı olmakla beraber esas olarak güç ileten elemanlardır; bundan dolayı ana zorlanma olarak burulmaya, taşıyıcı eleman olduklarından da eğilmeye çalışmaktadırlar. Miller dönen elemanlar olduklarından daima değişken zorlanmanın etkisi altındadırlar. Bir mil şekillendirilirken gerilme dağılımını eşitlemeye çalışmak, milin hafifletilmesini sağlayacağı için tercih edilir. Eş gerilme dağılımlı mil şekli pek kullanışlı olmadığı için eş gerilme dağılımına olabildiğince yaklaşabilmek amacıyla kademeli miller yapılmaktadır. Kademeli şekillendirme, milin üzerinde taşıdığı elemanların kolayca monte edilmesine de olanak sağlamaktadır. Miller daima tam değişken eğilme gerilme yığılmasına zorlandıklarından gerilme yığılmasına sebep olacak etkenlerden kaçınmak gerekir. Ancak gerilmenin değerine bağlı olarak (eş gerilme dağılımı sağlamak amacıyla) kademeli çap yapımı, moment aktarımı için kullanılacak mil-göbek bağlantılarının kanallarının açılması, üzerinde taşıdıkları elemanları eksenel doğrultuda tespit edebilmek için kanal açma, delik açma, vida çekme veya sıkı geçme yapma gibi zorunluluklar kendiliğinden gerilme yığılması oluştururlar. Milleri şekillendirirken dikkat edilecek diğer bir noktada üzerlerinde taşıdıkları elemanların (kasnak, dişli, sızdırmazlık elemanı vb.)kolay takılıp sökülmesine izin veren bir şekle (kademeli çap, pah kırma vb.) ve uygun toleranslara sahip olmalarıdır. Mil malzemesi olarak genel imalat çelikleri ( St 50, St 60, St 70 ) kullanılmaktadır. Yüksek zorlamalarda, 40Mn4, 34Cr4; taşıt konstrüksiyonlarında ise 16MnCr 5 ve ya 20 MnCr5 tercih edilmektedir. Korozyon ve benzeri etkilerden uzakta kalmanın istendiği ortamlarda da paslanmaz çelik seçilebilir. Çapları 150 mm’ ye kadar olan düz miller; tornalama, soğuk veya sıcak çekme metoduyla yuvarlak çeliklerden üretilirler. Millerin yatak içinde kalan kısımlarına ( muylu ) tornalama ve taşlama işlemleri uygulanır. 150 mm’ den büyük çapta olan miller ise dövme usulü ile yaklaşık olarak istenilen boyutlara getirilip daha sonra tornalama işlemi ile hassas boyutlarda elde edilebilir.

Şekil 2.6: Sistemde kullanılan mil

2.4 Sistemin Mukavemet Analizi

2.4.1 Deformasyon hesabı

Tasarlanan çizim robotu için gerekli olan mukavemet hesapları Solidworks programında CosmosWorks ile gerçekleştirilmiştir. Sistemdeki olası deformasyonlar ve gerilme zorlanmaları için statik analiz, ayrıca titreşim analizi yapılmıştır. Şekil 2.7’ de sisteme analiz için uygulanan yükler ve sınır şartları görülmektedir. Şekilde görülen mile, motorun sağladığı tork uygulanmış ve tüm ötelemeleri sınırlandırılarak sadece dönmesine izin verilmiştir. Milin içerisine sıkı olarak geçirildiği, çizici kolun dönme hareketini sağlamak için çalışan parça ise rijid olarak bağlanmıştır. Sistemde çizici kolda var olan ve analize dahil edilmesi gereken step motor ve çizici uç ise sistemi basite indirgemek adına analize eklenmemiş; onların yerine kütleleri ölçüsünde kuvvetler uygulanmıştır. Tablo 1’de ise sistemin analizi için kullanılan malzeme listesi incelenebilir.

Şekil2.7: Sistemin mukavemet analizleri için uygulanan yükler ve sınır şartları

Tablo 2.1: Sistemde mukavemet analizi yapılan parçalar için malzeme listesi

No. Parça Adı Malzeme Kütle Hacim
1 Kademeli mil - 1 AISI 1045 Steel, cold drawn 0.132979 kg 1.694e-005 m^3
2 uzak mil yatağı -1 AISI 1020 Steel, Cold Rolled 0.0120441 kg 1.53039e- 006 m^3
3 yakın mil yatağı 2 -1 AISI 1020 Steel, Cold Rolled 0.033453 kg 4.25074e- 006 m^3
4 yeni mil parçası -1 Delrin 2700 NC010, Low Viscosity Acetal Copolymer (SS) 0.00274089 kg 1.94389e- 005 m^3
5 Yeni mil -1 AISI 1045 Steel, cold drawn 0.183482 kg 2.33734e- 005 m^3


- Eğilme deformasyonu
Mukavemet bakımından kırılma olasılığından uzakta bulunulmasına rağmen aşırı deformasyon millerin görev yapmasını engelleyebilmektedir. Millerde eğilme sebebiyle meydana gelen şekil değiştirmeler çökme ( δ ) ve eğim açısı ( fi ) dır. Deformasyon bakımından uygun çalışma şartları elde etmek için; δ ≤ δ em ve fi ≤ fi em olmalıdır.

Şekil 2.8: Sistemin gerilme analizi sonuçları

Şekil 2.9: Sistemin yer değiştirme analizi

Şekil 2.10: Sistemin zorlanma analizi

Tablo 2.2: Sistemin deformasyon analizi sonuçları

AD TİP MİN YER MAX YER
Gerilme VON: von Mises stress 10.1357 N/m^2
Node: 14875		 -436.108 mm
2.70772 mm
-31.0691mm		 2.01591e+007 N/m^2
Node: 11693		 -405.60 mm
-12.318 mm
2.18086 mm
Yer değiştirme URES: Resultant displacement 0 m
Node: 1		 -437.751 mm,
-1.34253 mm,
-31.0691 mm)		 0.00079945m
Node: 4345		 10.3918 mm,
18.5314 mm,
-2.3705 mm
Zorlanma ESTRN: Equivalent strain 7.87968e- 010
Element: 5473		 -413.343 mm
-21.4934 mm
0.680862 mm
 0.000143816
Element: 8435		 -421.48 mm
-4.7573 mm
-9.2432 mm

Yukarıda bulunan tablo 2’deki sonuçlar incelendiğinde maksimum gerilmenin yaklaşık 20 Mpa olduğu görülmektedir. Bu değer malzemenin akma gerilmesinden çok düşüktür; o halde sistem fazlasıyla emniyetlidir. Maksimum yer değiştirme ise yukarıdaki tablodan görülebileceği gibi yaklaşık 0.8 mm’ dir. Bulunan değer bu sistem için bir sorun oluşturmayacağından; sistem, bu şekliyle uygun bulunmuş, analizi yapılan ölçülerde ve malzemelerde üretilmiştir.

2.4.2 Titreşim hesabı:

0<ω<ω0 milin çökmesi ω ‘ nin artması ile büyür ancak ω = ω0 değerine eriştiği anda teorik olarak y = ∞ olduğundan mil kırılma tehlikesi geçirir. ω = ω0 olması durumu rezonans diye isimlendirilir. ω>ω0 olduğu takdirde ise ω‘ nın büyümesi ile milin çökmesi azalır. Teorik olarak ω = ∞ için y = - e değerini alır.
Yalnız ω0 değeri değil, bu değere çok yakın bölgelerde çalışma bakımından bir tehlike oluştururlar. Pratikte emniyetle çalışılabilecek bölgeler;
( 1,2.....1,3 ) ω0 ≤ ω ≤ ( 0,7.....0,8 ) ω0
( 1,2.....1,3 ) ω0 ≤ n ≤ ( 0,7.....0,8 ) ω0

Şekil 2.11: Sistemin titreşim analizi sonuçları

Tablo 2.3: Sistemin titreşim analizi sonuçları

Frekans no Hertz Saniye
1 27.119 0.036874
2 27.186 0.036783
3 174.54 0.0057295
4 175.03 0.0057133

Gerek tek serbestlik dereceli sistemlerde, gerekse çok serbestlik dereceli sistemlerde doğal frekans formülasyonu;

ωn = ( k / m )1/2 (rad/sn) dir. Ayrıca ω = 2π f ile doğal frekans Hertz cinsinden de hesaplanabilir. Formülde k, ele alınan yapının direngenliğini, m ise kütlesini ifade etmektedir. Doğal frekans direngenlik ile doğru, kütle ile ters orantılıdır. Doğal frekans analizi, bir yapının direngenliğinin en düşük olduğu bölgelerin tesbiti için de kullanılmaktadır.

3.Sistemin Elektrik ve Elektronik Donanımı

Her robotik sistemde eklemlerin hareketlenmesiyle manipülatörün hareketini sağlayan elektronik aksam yani hareketlendiriciler bulunur. Tasarlanan sistemde çizici kolun dönme ve doğrusal hareketini sağlamak için iki adet step motor kullanılmıştır. Sistem için ayrıca motor sürücü devreleri ve güç devresi yapılmıştır.

3.1 Step Motorlar

Açısal konumu adımlar halinde değiştiren, çok hassas sinyallerle sürülen bu motorlara adım motorları denir. Adım motorlar, ortada mıknatıs veya metalden oluşan rotor ile rotoru çevreleyen ve üzerinde elektromanyetik alan etkisi yaratarak gerilim indüklemesi meydana getiren bobinlerden oluşur. Bobin uçlarına belli bir sıraya göre gerilim uygulanarak motorun adım hareketi sağlanır. Herhangi bir uyarımda, motorun yapacağı hareketin ne kadar olacağı, motorun adım açısına bağlıdır. Adım açısı motorun yapısına bağlı olarak 90° , 45° , 18° , 7.5° , 1.8° veya daha değişik açılarda olabilir. Motora uygulanacak sinyallerin frekansı değiştirilerek motorun hızı kontrol edilebilir. Adım motorlarının dönüş yönü uygulanan sinyallerin sırası değiştirilerek saat ibresi yönü (CW) veya saat ibresinin tersi yönünde (CCW) olabilir. Adım motorlarının hangi yöne doğru döneceği, devir sayısı, dönüş hızı gibi değerler mikroişlemci veya bilgisayar yardımı ile kontrol edilebilir. Sonuç olarak adım motorlarının hızı, dönüş yönü ve konumu her zaman bilinmektedir. Bu özelliklerinden dolayı adım motorları hassas konum kontrolü istenen yerlerde tercih edilirler. Adım motorlarının kullanıldıkları yerlere örnek olarak; endüstriyel kontrol teknolojisi içerisinde bulunan bazı sistemler, robot sistemleri, takım tezgâhlarının ayarlama ve ölçmeleri verilebilir. Adım motorlar rotorlarının yapıldığı malzemeye göre; sabit mıknatıslı (PM- Permanent Magnet), değişken redüktanslı (VR – Variable Reluctance) , hibrit ve lineer adım motorlar olmak üzere temel dört sınıfa ayrılır. Bunların dışında da değişik yapı ve özelliğe sahip step motorlar bulunur.

3.1.1 Unipolar ve Bipolar Adım Motorlar

Endüstri uygulamalarında genellikle unipolar (çok kutuplu) ve bipolar (tek kutuplu) olmak üzere iki çeşit adım motor kullanılır. Çok hassas çalışmalarda ise daha fazla kutup sayısına sahip adım motorlar tercih edilir.

Unipolar adım motorlarda genellikle 5 veya 6 uçlu motorlar kullanılır. 5 uçlu unipolar adım motorların 6 uçlu adım motorlardan farkı, 5 uçlu adım motorda ortak uç tek iken, 6 uçlu adım motorlarda ayrı ayrı olmasıdır.

Bununla birlikte her iki motorun da çalışma prensibi aynıdır. Tüm ünipolar adım motorlar ortak uca göre diğer bobin uçlarına uygun sıralamada pulslar uygulanarak çalıştırılırlar. Bipolar adım motorlarda ise ortak uç bulunmaz. Bu tip motorlarda ortak uç bulunmadığından her bobin ucuna “1” veya “0” mantığından oluşan “on-off” pulsu uygun sırada direkt olarak verilir.

3.1.2 Unipolar Adım Motorlarda Uçların Bulunması

Unipolar adım motorlarda kaynağın pozitif (+) kutbuna bağlanacak ortak uçları ölçü aletinin “ohm” kademesini kullanarak bulmak mümkündür. Ölçü aleti “ohm” kademesinde iken step motorun bobin uçlarına bağlı kablolar arasındaki direnç ölçülür. Adım motorlar ister 5, ister 6 kablolu olsun tüm uçlar arasında eşit dirence sahip olan uç ortak uçtur. Altı kablolu adım motorlarda kablolar üçerli olarak iki grup halindedir. Her gruptaki bir kablo ortak ucu temsil eder. Ölçüm yapılırken her iki gurup kendi aralarında ölçülerek ortak uç tespit edilir. Bu işlem için ölçü aleti “ohm” kademesinde iken ilk guruba ait üç kablo ayrı ayrı kendi aralarında ölçülür. Tüm uçlar arasında eşit direnç gösteren uç, ortak uçtur. Aynı işlem ikinci grup içinde tekrarlanır. Ölçüm sonucunda her iki ortak uca göre iki grupta da eşit direnç değerleri elde edilir. Bu dirençlerin değerleri her step motor için farklı olabilir.

Tablo 3.1 ve Tablo 3.2’ de sisteme hareket sağlayan step motorlar için ortak uca göre bobin uçları arasındaki direnç değerleri verilmiştir. İkinci motor için hazırlanan tabloda, “Sarı – Koyu Kahve” arasında karşılıklı olarak 61.5 Ohm ölçülmüştür. Aynı şekilde “Mavi– Koyu Kahve” arasında da karşılıklı olarak 61.5 Ohm ölçülmüştür. Buna göre Koyu Kahve ortak uç olarak tespit edilir. Aynı ölçümler ikinci grup uçlar için tekrarlanırsa bu grubun da ortak ucunun Açık Kahve olduğu görülür. Sarı ve Mavi renkli kabloların kendi aralarındaki ölçüm değerleri ise ortak uca göre iki kat yüksektir. Bunun nedeni sarı ve mavi renkli kabloların step motor bobininin iki dış ucuna bağlı olmasıdır. Tablo 3.2 ise birinci motor için hazırlanmıştır. Aynı şekilde tablo incelenirse ortak ucun birinci grup için siyah ikinci grup için ise beyaz olduğu görülecektir.

Tablo 3.1: Birinci motor için kablo uçlarını belirleme

1.MOTOR Sarı siyah kırmızı turuncu beyaz mavi
SARI ▬ 3 5 ▬ ▬ ▬
SİYAH 3 ▬ 5 ▬ ▬ ▬
KIRMIZI 5 3 ▬ ▬ ▬ ▬
TURUNCU ▬ ▬ ▬ ▬ 3 5
BEYAZ ▬ ▬ ▬ 3 ▬ 5
MAVİ ▬ ▬ ▬ 5 3 ▬

Tablo 3.2: İkinci motor için kablo uçlarını belirleme

2.MOTOR Sarı koyu kahve Mavi BEYAZ AÇIK KAHVE KIRMIZI
SARI ▬ 61.5 120 ▬ ▬ ▬
KOYU KAHVE 61.5 ▬ 61.5 ▬ ▬ ▬
MAVİ 120 61.5 ▬ ▬ ▬ ▬
BEYAZ ▬ ▬ ▬ ▬ 60 120
AÇIK KAHVE ▬ ▬ ▬ 60 ▬ 60
KIRMIZI ▬ ▬ ▬ 120 60 ▬

Bir devre üzerinde step motoru düzgün çalıştırmak için kabloları doğru sıralamada bağlamak gerekir. Ortak uç dışında kullanılan diğer dört ucun kendi arasında bir sırası vardır. Kablo sıralaması bobin uçlarına enerji uygulanarak deneme yanılma şeklinde tespit edilebilir. Eğer kablo bağlantısı yanlış yapılırsa step motorda bir titreme oluşur ve motor dönmez.

Motora adım attırmak için ortak uca motorun cinsine göre pozitif (+) 5V ile 12V arası sabit gerilim uygulanır. Diğer dört uca ise belirli sırada şase (-) uygulanır. Eğer şase potansiyeli bobin uçlarına uygun sıralamada uygulanırsa step motorda dönme hareketi başlar. Bobin uçlarının uygun sıralaması aşağıdaki gibi tespit edilir.

- Ortak uçlara ait kablolar kaynağın pozitif (+) kutbuna bağlanır.
- Step motorun diğer herhangi bir ucu seçilerek şase uygulanır. Örneğin 1 numaralı bobin ucuna şase uygulanarak sabit bırakılır.
- Başka bir bobin ucu seçilerek şase potansiyeli uygulanır. Eğer step motor saat yönünde bir adım atıyor ise bu 2 numaralı kablodur.
- Motor saat yönünün tersinde bir adım atıyorsa bu 4 numaralı kablodur.
- Motor hiç hareket etmiyor ise bu 3 numaralı kablodur.

Sonuç olarak adım motoru saat yönünde döndürmek için ortak uca pozitif (+); 1, 2, 3 ve 4 numaralı kabloların bağlı olduğu bobinlere sırasıyla şase (-) potansiyeli uygulanmalıdır. Step motoru saat yönünün tersine hareket ettirmek için ise bobinlere 4, 3, 2 ve 1 sıralamasında enerji uygulanmalıdır.

3.1.3 Adım Motorların Avantajları ve Dezavantajları

Adım motorlarının bu kadar çok kullanılma alanı bulmasının nedeni bu motorların bazı avantajlara sahip olmasıdır. Bu avantajlar aşağıdaki gibi sıralanabilir.

- Geri beslemeye ihtiyaç göstermezler. Açık döngülü olarak kontrol edilebilirler. Motorun hareketlerinde konum hatası yoktur.
- Sayısal olarak kontrol edilebildiklerinden bilgisayar veya mikroişlemci gibi elemanlarla kontrol edilebilirler.
- Mekanik yapısı basit olduğundan bakım gerektirmezler.
- Herhangi bir hasara yol açmadan defalarca çalıştırılabilirler.

Adım motorlarının bu avantajları yanında bazı dezavantajları da aşağıdaki şekilde sıralanabilir.

- Adım açıları sabit olduğundan hareketleri sürekli değil darbelidir.
- Sürtünme kaynaklı yükler, açık döngülü kontrolda konum hatası meydana getirirler.
- Elde edilebilecek güç ve moment sınırlıdır.

3.1.4 Adım Motorlarının Denetimi

3.1.4.1 Açık döngü denetim

Adım motorların açık döngü denetiminde sayısal kontrol sinyalleri denetleyici tarafından üretilir ve sürücü devre tarafından yükseltilip adım motorunun sargılarına uygulanır. Eğer denetleyici olarak mikroişlemci veya bilgisayar kullanılırsa bu elemanların getirdiği esnekliklerden dolayı aynı denetleyici ile farklı adım motorları kontrol edilebilir.

Kontrol edilecek adım motorları 3, 4 veya daha farklı faz sayısına sahip olabilir. Ayrıca kullanılacak uyarım metodu için tek-fazlı, iki-fazlı veya yarım adım uyarımlarından herhangi biri seçilebilir.

Denetleyici tasarlanırken motorun cinsi ve yükün durumu göz önünde bulundurulmalıdır. Bu sırada meydana gelen sınırlamalar kalıcı veya geçici durum sınırlamaları olabilir. Açık döngülü denetimde motorun konumu bilinmediğinden dolayı motorun gönderilen bütün adım komutlarını yerine getirdiği varsayılmaktadır. Eğer uyarım hızı çok yüksek ise, motor adım komutlarından bir kısmını yerine getiremeyebilir. Bu durumda kalıcı bir hata meydana gelir. Bu tür hataların meydana gelmemesi için motor yükünün en büyük olduğu durum göz önüne alınarak hata yapılmayan en yüksek hız belirlenip, bu hızın üzerindeki hızlarda uyarım yapılmamalıdır.

Sistemde kullanılan ve çizici kolun dönme hareketini sağlayan kol için 50 ms de bir puls gönderimi idealdir. Buradan gerekli hesaplamalar yapıldığında maksimum hızın saniyede 360 olduğu görülür. Aynı şekilde çizici uç için de hesaplamalar yapılırsa maksimum hız 10,42 mm/s olarak bulunur.

Şekil 3.1: Açık döngülü denetim

3.1.4.2 Kapalı Döngü Denetim

Kapalı döngü sistemlerde ani rotor konumu sezilerek denetim birimine iletilir. Her adım komutu için bir önceki komutun gerçekleştirildiği adım bilgisi alınarak uygulanır. Bu nedenle motor ile denetleyici arasında herhangi bir adım kaybı olmaz. İlk olarak geri sayıcıya hedef konum yüklenir. Daha sonra başla komutu verilerek adım komutlarının sıralayıcıya uygulanması sağlanır. Adım komutlarına bağlı olarak motor adım hareketi yapmaya başlar. İlk adım tamamlanınca, konum sezici geri sayıcıyı ve denetim birimlerini uyarır ve geri sayıcı değeri bir azalır. Eğer bu denetim açık döngülü yapılırsa, geri sayıcı adım komutlarının sayısını yine saklar fakat komutun uygulanıp uygulanmadığı bilinmez. Konum sezici, denetim birimine yeni adım komutu üretimi için sinyal gönderir.

Ağır yükler için adım komutları arası sürenin daha büyük olması nedeniyle adım komutlarının artarda gelmesi istenmez. Yüke göre hız ayarlaması yapılır ve motor hedef konuma gelene kadar bu olaylar tekrarlanır. Adım motoru hedef konuma gelince denetim birimi dur komutu ile uyarılarak yeni adım komutu üretilmesi engellenir. Kapalı döngü sistemi, adım motorunu yük durumunu da göz önüne alarak uyarım sürelerini ayarlar ve en uygun hız profilinde çalıştırır.

3.2 Adım Motor Sürücü Devreleri

Şekil 3.2: Sistemde kullanılan sürücü devresi

Yukarıdaki şekilde robot kolunun dönme hareketini sağlayan birinci adım motor ve çizim kolunun doğrusal hareketini sağlayan ikinci adım motor için sürücü devreleri görülmektedir. Her iki motor da PIC mikro işlemcisi ile kontrol edilmektedir. Ayrıca iki motor arasında iletişimi sağlayan üçüncü bir “main” PIC bulunmaktadır. Bu mikro işlemci ile çizilmesi istenen eğrinin verilerine göre motorlara gereken hareket komutları iletilmektedir. Aşağıda devrede kullanılan elemanlar görülmektedir.

- 3 adet PIC 16F628 mikro işlemci
- 8 adet BC337
- 4 adet BD247
- 470 Ω, 50 Ω, 10 kΩ’ luk dirençler
- 2 adet LED

3.2.1 Adım Motor Sürücü Devre Elemanları

Şekil 3.3: Adım motor sürücü devre şeması

- PIC 16F628 Mikro İşlemci

PIC Serisi mikroişlemciler MICROCHIP firması tarafından geliştirilmiştir. Bu mikro işlemciler çok fonksiyonlu logic uygulamalarının hızlı ve ucuz bir şekilde üretilebilmesini sağlamaktadır.PIC16F627/628 düşük fiyatlı 8-bit bir mikro denetleyicidir. FLASH belleğe sahip olduğu için elektriksel olarak kolayca yazılıp silinebilir. PIC16F628 mikro işlemcilerin önemli özelliklerinden biri de dahili RC osilatörlerinin bulunmasıdır. Bir RC devresi adından da anlaşılacağı gibi, bir direnç ve kondansatörden oluşur. Böylece ayrı bir kondansatör ve bir direnci kullanmadan daha sade devreler oluşturmayı sağlar.

Şekil 3.4: Motor sürücü devrelerinde kullanılan PIC mikro işlemcisi

Tablo 3.3: Motor sürücü devrelerinde kullanılan PIC mikro işlemcisi için pin girişleri

- Transistörler

Transistörler PNP ve NPN olmak üzere iki çeşittir. Emiter, kollektör ve base olmak üzere 3 adet bağlantı ucu vardır. En çok kullanılan yari iletken devre elemanıdır ve devrelerde bir anahtar görevi görür. PNP transistorlerde kollektör eksi (-), Emiter arti (+) ve base ucu da emitere göre eksi (-), kollektöre göre arti (+) polarize alir. NPN tipinde ise durum tam tersidir. Transistorler birbirlerini tetikleyecek şekilde bağlandığında akım kazancı elde edebilen devre elemanlarıdır.

3.2.2 Motor Sürücü Devresinin Temel İşleyişi

Devre bilgisayarın seri portundan motorları sürebilmek için gerekli olan verileri alır. Alınan her bir byte verinin son dört biti motorun yön ve adım bilgisini ifade eder. Bunlar sırasıyla motor -1 geri, motor–2 geri, motor–1 ileri, motor–2 ileri şeklindedir. Bu verilerin tümü alındıktan sonra ise ana PIC’in A portuna motorları sürebilmek amacıyla sırasıyla yazılırlar. Her motor için tahsis edilmiş ayrı bir işlemci bulunur. Bu işlemciler alınan 2 bitlik yön ve adım datalarını ana PIC ten ileri ve geri komutları şeklinde alır. Motor PIC leri ise adım motorları sürmek için gerekli olan sinyalleri gönderirler. Böylelikle sistemin hareketi sağlanmış olur.

3.3 Güç Devresi

Elektronik devrelerin birçoğunun çalışması için tek yönlü olarak dolaşan (DC) akıma gerek vardır. Uygulamada DC üreteçlerine, "doğrultmaç, doğrultucu, adaptör, güç kaynağı, redresör" gibi adlar verilmektedir. Doğru akım dinamo, akümülatör, pil, güneş pili gibi düzenekler tarafından üretilir. DC akım zamana göre yön ve şiddet değiştirmeden akar. Yani DC akımın frekansı yoktur.

Sistemde güç kaynağı için kullanılan trafo 16V çıkışlıdır. Trafodan alınan AC 16V akım köprü diyotta DC akıma çevrilir. Seçilen 1000 μf lık kondansatör ile akımının stabilitesi sağlanır. Akım kondansatörden sonra üç adet voltaj regülâtörüne dağılır. Bu regülâtörler sırasıyla LM7805 LM7812 ve LM338dir. LM7805 ve LM7812 voltaj regülâtörleri ile sabit 5 V ve 12 V’ luk gerilim elde edilir. LM338 ise ayarlı bir regülatör olduğu için 270Ω ve 1KΩluk dirençler kullanılarak sistemde kullanılan step motor için gerekli olan 6V sağlanır. Aşağıda devrede kullanılan elemanlar görülebilir.

- 1 adet 16 V tarafo
- 1 adet köprü diyod (Fagor B 80)
- 1 adet 1000 μf kondansatör
- 3 adet 1 μf kutupsuz kondansatör
- 1 adet 100 μf kondansatör
- 1 adet LM7805
- 1 adet LM7812
- 1 adet LM338
- 270 Ω ve 1 k Ω direnç

Şekil 3.5: sistemde kullanılan güç devresi şeması

Şekil 3.6: Sistemde kullanılan güç kaynağı

Şekil 3.7: Sistemde kullanılan güç kaynağı devresi

3.3.1 Güç Devresi Elemanları

- Transformatörler (Trafolar)

Alternatif (dalgalı) akımı, alçaltmaya ya da yükseltmeye yarayan aygıtlara trafo denir. Bu elemanlar gerilim dönüştürme işlemini yaparken frekansı değiştirmez. Yani girişe uygulanan gerilimin frekansı 50 Hz ise, çıkıştan alınan gerilimin frekansı da 50 Hz olur. Gerilimi düşürücü trafolarda 220 Volt'un uygulandığı kısım (primer, birincil sarım), ince kesitli telden çok sarımlı, düşük gerilimin alındığı kısım (sekonder, ikincil sarım) ise kalın kesitli telden az sipirli olarak sarılır. Transformatörler karşılıklı endüksiyon (indüksiyon) olayının genel bir uygulamasıdır. Primerde oluşan değişken manyetik alanı sekonder sargısına ulaştıran nüveler bir yüzü yalıtılmış, % 3-4 oranında silisyum katkısı yapılmış ince (0,35-0,5mm) çelik saclardan üretilir. Yüksek frekanslı devrelerde kullanılan trafoların nüvesi ise ferrit maddesindendir. Transformatörde primer ve sekonder sargıları arasında hiçbir fiziksel bağlantı yoktur.

Şekil 3.8: Trafoların yapısı

Trafonun nüvesi yetersiz geliyorsa, saclar küflü, bir yüzeyleri yalıtkansız, sarım işçiliği kötü ise primerde oluşan manyetik alanların bir bölümü devresini hava üzerinden tamamlar. Buna manyetik kaçak denir. İyi kalite trafolarda manyetik kaçak oranı çok az olup, verim yüksektir. Manyetik kaçağın çok olması trafonun yüksüz halde (boşta) çalışırken aşırı akım çekmesinden, fazla ısınmasından anlaşılabilir. Yüksek kaliteli devrelerin beslenmesinde manyetik kaçağı çok olan trafolar tercih edilmez. Transformatörler çektikleri enerjinin bir kısmını kendileri harcarlar. Harcanan enerjiye"kayıp" denir.

- Doğrultmaç

DC gerilim, pil, akü, dinamo gibi araçlardan başka doğrultmaçlarla da elde edilebilir. AC/DC dönüştürme işleminde tek yönlü olarak akım geçiren kristal diyotlar kullanılır. Diyotlar AC'yi DC'ye çevirebilirler. Ancak bu DC istenilen şekilde düzgün değildir. Filtre devreleri diyotların çıkışındaki salınımlı DC'yi filtre ederek düzgünleştirmeye yararlar. Uygulamada filtre devresi olarak kondansatör ve şok bobinleri kullanılır. Regüle devreleri kararlı ve düzgün bir DC gerilim oluşturur. Uygulamada kullanılan regüleli güç kaynaklarında regüle edici olarak zener diyotlu ya da regülatör entegreli devreler ile karşılaşılabilir. Bir diyotlu yarım dalga doğrultmaç devresi AC'yi DC'ye çeviren tek diyotlu devredir. Yarım dalga doğrultmaç devresinde çıkış sinyali tam düzgün olmaz. Şöyle ki, trafoların çıkışında zamana göre yönü ve şiddeti sürekli olarak değişen dalgalı bir akım vardır. Yani, AC sinyalin akış yönü saniyede 50 kez değişmektedir. Trafonun çıkışındaki değişken akım, "pozitif" ve "negatif" olmak üzere iki alternanstan meydana gelmiştir.

Diyotlar tek yönlü olarak akım geçirdiğinden trafonun çıkışındaki sinyalin sadece pozitif alternansları alıcıya ulaşabilmektedir. Yarım dalga doğrultmaçlarda, çıkıştan, trafonun verebileceği gerilimin yaklaşık yarısı kadar (Uçkş = 0,45.Ugrş) bir voltaj alınır. O nedenle bir diyotlu yarım dalga doğrultmaçlar küçük akımlı (50-250 mA) ve fazla hassas olmayan alıcıların beslenmesinde kullanılır. Yarım dalga doğrultmaç devrelerinde çıkıştan alınabilecek akımın değeri ise Içıkış = 0,636.Igiriş olmaktadır. Köprü tipi tam dalga doğrultmaçlar AC'yi en iyi şekilde DC'ye dönüştüren devrelerdir. Doğrultmaç devrelerinde trafonun çıkışına bağlanan diyotlarla iki yönlü olarak dolaşan akım tek yönlü hale getirilir. Ancak diyotlar akımı tam olarak doğrultamazlar. Yani, elde edilen DC dalgalıdır. Bu da alıcıların düzgün çalışmasını engeller. İşte, çıkışı tam doğru akım haline getirebilmek için kondansatör ya da bobinler kullanılarak süzgeç (filtre) devreleri yapılmıştır. Değişken doğru akım; Zamana göre yönü değişmeyen, ancak değeri değişen akıma denir. Yarım ve tam dalga doğrultmaçların filtresiz çıkış sinyallerine "ondülasyonlu DC" gibi adlar verilir

- Entegre (IC) Gerilim Regülatörleri

DC güç kaynağı devrelerinde montaj kolaylığı sağlamak için birçok elektronik devre elemanı (zener diyot, transistör, direnç vb.) bir gövde içinde birleştirilerek DC düzenleyici entegreleri yapılmıştır. Güç kaynaklarında, şebeke gerilimi transformatör ile düşürülür, diyotlarla doğrultulur, filtrelerle düzgünleştirilir. Daha sonra regülatör entegreleriyle sabitleştirilerek alıcılar beslenir. Entegre gerilim regülatör çeşitleri Pozitif (+) çıkışlı gerilim regülatörleri şaseye göre pozitif DC verirler. Ayarlı çıkış veren regülatör entegreli devrelerde ise çıkış gerilimi geniş bir sınır içinde ayarlanabilmektedir.

BÖLÜM 4

4.Sistemin Kontrolü

4.1 Kutupsal Koordinatlar

Matematikte kutupsal koordinat sistemi veya polar koordinat sistemi, noktaların birer açı ve kartezyen koordinat sistemindeki orijinin eşdeğeri olup "kutup" olarak bilinen bir merkez noktaya olan uzaklıklar ile tanımlandığı, iki boyutlu bir koordinat sistemidir. Kutupsal koordinat sistemi, matematik, fizik, mühendislik, denizcilik, robot teknolojisi gibi birçok alanda kullanılır. Bu sistem, iki nokta arasındaki ilişkinin açı ve uzaklık ile daha kolay ifade edilebildiği durumlar için özellikle kullanışlıdır. Kutupsal denklemler, çoğu eğri tipi için en kolay, bazıları içinse yegâne tanımlama yöntemidir.

Tüm iki boyutlu koordinat sistemlerinde olduğu gibi, kutupsal koordinat sisteminde de iki koordinat vardır: r ("radyal koordinat" ya da "ışınsal koordinat") ve θ ("açısal koordinat", "kutupsal açı" ya da "yatay açı" ; bazen φ veya t ile gösterilir). r koordinatı, kutuptan olan ışınsal uzaklığı; θ koordinatı ise noktanın üzerinde bulunduğu ışının, bazen "kutupsal eksen" de denilen 0° ışınından saat yönünün tersi yönündeki açısını ifade eder. 0° ışını, Kartezyen koordinat sisteminde "pozitif x ekseni" olarak bilinir.

Kutupsal koordinat sisteminin kartezyen koordinat sisteminde bulunmayan önemli bir özelliği, belli bir noktanın sonsuz sayıda farklı koordinat ile belirtilebilmesidir. Genel olarak, n herhangi bir tam sayı olmak üzere, herhangi bir (r, θ) noktası (r, θ ± n×360°) veya (−r, θ ± (2n + 1)180°) olarak gösterilebilir. Eğer bir noktanın r koordinatı 0 ise, o nokta θ koordinatından bağımsız olarak kutup üzerinde bulunur. Kutupsal sistemde açılar, genel olarak ya derece ya da radyan cinsinden ifade edilir ve bunun için de 2π rad = 360° dönüşümü kullanılır.

Kutupsal koordinatlar r ve θ, kartezyen koordinatlara şu şekilde dönüştürülebilir.

x = r cos Ө
y = r sin Ө

Bu iki formüle göre x ve y cinsinden elde edilen dönüşüm formülleri ise şöyledir:

r = ( x2 + y2 ) 1/2

θ = tan (x /y), x ≠ 0

Hareket edebilen çoğu robot, seyir için kutupsal koordinat sistemini ya da onun biraz değiştirilmiş hâlini kullanır. Bu, yapay zekâ için çok uygundur çünkü koordinat sisteminin merkezini (kutbunu) daima robotun o andaki konumu oluşturur. Dolayısıyla, robotun herhangi bir zamanda koordinat sisteminin neresinde olduğunu hesaplamasına gerek yoktur; tek gereken, hangi yönde ve ne kadar uzağa gideceğini belirlemesidir. Hâlbuki robotlar kartezyen koordinat sistemini kullanarak yol alsalardı, hareket için gerekli uzaklık ve açı hesaplamaları için cebir ve trigonometri kullanmak gerekirdi. Oysa kutupsal koordinat sistemindeki bir açı ile ifade edilen yön ile kat edilmesi gereken uzaklık bilgisi, robotun tam istenen yere gitmesini sağlamak için yeterlidir.

4.2 Kutupsal Denklemler

Kutupsal koordinatlar ile ifade edilmiş bir eğri denklemi "kutupsal denklem" olarak bilinir ve genellikle r, θ' nın bir fonksiyonu olarak yazılır. Kutupsal denklemler değişik simetri biçimleri gösterebilir. Bir eğri,

- eğer r(−θ) = r(θ) ise 0°/180° yatay ışınına göre,
- eğer r(π−θ) = r(θ) ise 90°/270° dikey ışınına göre ve
- eğer r(θ−α) = r(θ) ise saat yönünün tersinde, rotasyonel (dönel) olarak kutup noktasına göre α° kadar simetrik olacaktır

4.2.1 Sistemde Kullanılan Kutupsal Denklemler

- Kutupsal gül

Kutupsal gül, taç yapraklı bir çiçeği andıran ve sadece kutupsal bir denklem ile ifade edilebilen ünlü bir matematiksel eğridir. Şu denklemlerle tanımlanır:

r(θ) = a cos kθ
ve ya
r(θ) = a sin kθ
.
a değişkeninin gülün yapraklarının uzunluğunu ifade ettiği bu denklemlerde eğer k bir tamsayı ise, k tek sayı olduğunda bu denklemler ile k-yapraklı bir gül ve çift sayı olduğundaysa 2k-yapraklı bir gül elde edilir. Eğer k tam sayı değilse, yaprak sayısı da tamsayı olmayacağı için, bir daire şekli oluşur.

Dikkat edilmesi gereken nokta, bu denklemlerle 4'ün katlarının 2 fazlası (2, 6, 10, 14, ...) kadar sayıda taç yaprak elde etmenin mümkün olmadığıdır.

Aşağıdaki şekilde robot tarafından çizilmesi istenen kutupsal gül denkleminin Matlab programında çizilen grafiği görülmektedir. Bu grafik için;

Ө = 0 < Ө< 6π
r = 2 sin (4Ө) değerleri kullanılmıştır.

Şekil 4.1: Kutupsal Gül

- Arşimet spirali

Arşimet spirali, Arşimet tarafından keşfedilmiş ve gene yalnızca bir kutupsal denklem ile tanımlanabilen, ünlü bir spiraldir. Şu denklemle ifade edilir;

r(θ ) = a + bθ

a değişkeninin değişimi spirali döndürürken, b değişkeni spiralin kolları arasındaki daima sabit olan uzaklığı kontrol eder. Arşimet spirali, θ > 0 ve θ < 0 değerleri için iki kola sahiptir. İki kol kutup noktasında birbirine düzgün biçimde bağlanır. Kollardan birinin 90°/270° doğrusu üzerinden ayna simetrisi alınırsa, diğer kol elde edilir.

Şekil 4.2 de robot tarafından çizilmesi istenen Arşimet spiralinin Matlab programında çizilen grafiği görülmektedir. Bu grafik için;
Ө = 0 < Ө< 4π
r = a + bӨ
a=1 ve b=2 değerleri kullanılmıştır.

Şekil 4.2: Arşimet Spirali

- Limaçon Eğrisi

Kutupsal koordinat sisteminin dairesel özelliği, birçok eğrinin kartezyen biçimdense kutupsal bir denklemle çok daha kolay tanımlanmasını sağlar. Bu eğrilerin arasında lemniskatlar, ilmek eğrileri (limaçonlar) ve özel bir tip limaçon olan kardiyoidler vardır. Şekil 4.3 de robot tarafından çizilmesi istenen limaçon eğrisinin Matlab programında çizilen grafiği görülmektedir.

Bu grafik için;
Ө = 0 < Ө< 4π
r = 1 + cosӨ değerleri kullanılmıştır.

Şekil 4.3: Limaçon Eğrisi

4.3. Sistemin Genel İşleyişi

Bu bölümde iki serbestlik dereceli düzlemsel robotun istenen bir eğrinin çizimini yapabilmesi için izlenmesi gereken aşamalar sırası ile açıklanacaktır.

İlk olarak çizimi yapılacak olan eğrinin denklemi bulunur. Buradaki sistem gereği kutupsal koordinatlarda çalışma yapmak daha uygun görülmüştür. Bu amaçla kutupsal koordinatlarda çizici ucun alması gereken mesafeleri bulmak için eğri denklemi MATLAB programı kullanılarak çözdürülür. Şekil 4.4 ve Şekil 4.5’ de de Arşimet spirali adı verilen kutupsal denklemin Matlab programında çözülmesi ve grafiği görülebilir. Bu denklem için;

Ө = 0 < Ө< 4π
r = a + bӨ
a = 0 ve b = 1 değerleri kullanılmıştır.

Şekil 4.4: Arşimet spirali denkleminin Matlab programında çözdürülmesi

Şekil 4.5: Arşimet spirali denkleminin Matlab programında çizilen grafiği

İkinci adım olarak Matlab programı ile çözümü yapılan kutupsal denklemden elde edilen veriler yine aynı programda kartezyen koordinatlara çevrilerek bir Excel dosyasına kaydedilir. Buradaki koordinat dönüşümünün amacı elde edilen bu verilerin kullanılarak Solidworks programının içinde yer alan Cosmosworks seçeneği kullanılarak sistemin simülasyonun yapılacak olmasıdır.

Şekil 4.6: Kutupsal denklemin Matlab çözümünden elde edilen verilerin kartezyen koordinatlarda listelenmesi

Üçüncü adım olarak daha önce anlatıldığı şekilde Matlab programından elde edilen veriler Cosmosworks’ te çizici uç orijin kabul edilerek sabit zaman aralıkları için programa aktarılır.

Şekil 4.7: Cosmosworks’ te sistemin hareketi için girilen x değerleri

Şekil 4.7: Cosmosworks’ te sistemin hareketi için girilen y değerleri

İstenen eğrinin çizilebilmesi için Cosmosworks’ e girilen veriler yine Solidworks programında çizilen parçalardan oluşturulmuş montaj üzerinde simule edilir. Bu simulasyonun doğru sonuçlar verebilmesi için hareketli kısımlara atanan mafsallara dikkat edilmesi gerekir. Aşağıda Şekil 4.8’de verileri girilen Arşimet spiralinin çizimi görülmektedir.

Cosmosworks’ te bir sistemin simulasyonunu yapabilmek için iki yöntem vardır. Bunlardan birincisi motorlardan hareket verilerek sistemin yapacağı hareketi izlemek ve istenen verileri almak yani “düz kinematik” analizdir. İkinci yöntem ise sistemin yapması istenen hareketin verileri girilerek bu işlemin gerçekleşmesi için gerekli olan verileri elde etmek yani “ters kinematik analiz” dir. Bu sistemin için ters kinematik analiz kullanılmıştır.

Şekil 4.9’ da döner mafsalın yapması gereken hareketin sabit zaman aralıkları için çizilen grafiği görülmektedir. Şekil 4.10’ da ise ikinci hareketli kısım olan çizici uç için hesaplanan ilerleme değerleri okunabilir. Solidworks programı ile elde edilen bu veriler Excel dosyasına kaydedilerek motorların hareketi için kullanılacaktır.

Şekil 4.8: Verilen eğrinin Cosmosworks’ te çizimi

Şekil 4.9: İstenen eğrinin çizimi için gereken dönüş açıları

Şekil 4.10: İstenen eğrinin çizimi için çizici ucun ilerleme değerleri

Buraya kadar olan bölümde; özetlemek gerekirse, istenen bir eğrinin çizimi için mafsalların yapması gereken hareketin r ve Ө koordinatlarındaki verileri elde edilmiştir. Şimdi bu veriler kullanılarak motorların sürülmesi için gerekli olan PIC 16F628 mikro işlemcisi programlanacaktır. Fakat öncelikle elde edilen bu değerleri mikro işlemcinin anlayabileceği bir dile çevirmek gerekmektedir. Aşağıda bunun için yazılan Visual Basic programının ara yüzü görülmektedir.

Şekil 4.11: Visual Basic program arayüzü

Şekil 4.11 de görülen “veri oku” butonuna basıldığında ilk olarak Cosmosworks ile bulunan r ve Ө değerleri arasından maksimum yer değiştirme yani ΔӨmax ve Δrmax değerleri hesaplanır. Bu değerlerin hesaplanmasının nedeni iki motorun da senkronize bir şekilde hareket edebilmesini sağlamak için gerekli olan en uygun hızın bulunması zorunluluğudur. Burada kullanılan sistemde çizici kolun dönme hareketini sağlayan birinci motor için maksimum hız saniyede 360 dir. Çizici ucun öteleme hareketi için ise maksimum hız saniyede 10.42 mm dir. Yapılan hesaplara göre birinci motor saniyede 20 adım, ikinci motor ise 500 adım atabilmektedir. Aradaki bu farktan dolayı düzgün bir çizim için hız kontrolü gerekmektedir. İşte bunun için ΔӨmax ve Δrmax değerleri motorlarım maksimum hızlarına bölünerek Δt1 ve Δt2 değerleri bulunur. İki değer karşılaştırılarak büyük olan değere göre işlem yapılır.

İki motorun sinyal alma hızları karşılaştırıldığında ise yavaş olan motorun 50 ms de bir sinyal alabileceği görülür. (Hızlı olan motor 2 ms de bir sinyal alabilmektedir.) Bu yüzden veri alma hızı mutlaka 50 ms den büyük olmalıdır. Bu sistem için 100 ms lik bir değer uygun görülmüştür. Kullanılan mikro işlemci bir sette en fazla 126 adet veri alabildiğinden 100 ms lik veri alma hızı ile bir seti 12,6 saniyede bitirebilecektir. Veri alma hızı arttırılarak ve ya azaltılarak bir setin süresi de değiştirilebilir. Örneğin bu hız iki katına çıkarıldığında yani 50 ms de bir veri alındığında bir set yaklaşık 6 s sürecektir. Fakat bu durumda motor altı saniyede bir duracak demektir. Bu kadar kesik bir hareket ise tercih edilmemektedir. Veri alma hızını yarıya düşürdüğümüzde ise bir set yaklaşık 24 saniyede tamamlanacaktır. Fakat bu durumda da istenilen yumuşaklıkta bir çizim yapılamayacaktır. Kabul edilen 100 ms lik veri alma hızı ile saniyede on veri alınabilinecektir. Toplamda ise Δt*10 adet veri kaydedilebilinir. Her byte ın sekiz bitten oluştuğunu ve bu sistem için dört bitin motorları sürmek için kullanıldığını bölüm 3.2.2 motor sürücü devresinin temel işleyişinde anlatılmıştı. Motora yön ve adım bilgilerini veren bu bitlerin bulunması için doluluk ve sinyal sayısı hesapları yapılır. Bulunan değerlere göre 126 lık veri paketleri şeklinde hazırlanan setler ana mikro işlemciye gönderilir. Bir çizimin tamamlanması için gerektiği kadar bu setlerden gönderilir. Bu setleri ana mikro işlemciye göndermek için program ara yüzünde görülen “Pic’e yükle” butonu kullanılır. Ana işlemciye gelen bu veriler ise 0.1 saniye aralıklara motorları kontrol eden mikro işlemcilere gönderilir. Bu işlem için program ara yüzünde görülen “Pic çalıştır” butonu kullanılır. Motorları kontrol eden mikro işlemciler aldıkları verilere göre motorları hareket ettirirler. Böylece sistem çalışmış olur. Ekler kısmında PIC mikro işlemciler için yazılmış kodlara ve Visual Basic programında kullanılan kodlara ulaşılabilinir.

EKLER

EK – I

Ana mikro işlemci için yazılan kodlar

cmcon=7
trisa=%00000000
trisb=%00100001
portb=0
porta=0
veri_say var byte
veri_tmp var byte
i var byte
include "modedefs.bas"
high portb.3
pause 200
low portb.3
pause 200
high portb.3
pause 200
low portb.3
portb=0
portb.6=1
portb.7=1
baslat:
pause 200
serout portb.4,n9600,["St",13,10] 'Pic Hazır Olduğunu Belirtir
serin portb.5,n9600,5000,baslat,["s"],veri_tmp 'Yapıcağı İşlemin Belirtilmesini Bekler
serout portb.4,n9600,["s1",13,10] 'İşlemi Algıladığını Bildiriyor
select case veri_tmp 'işlem Seçimi
case "1" 'Pic İşlemleri Hafızasına Alıyor
goto data_al
case "2" 'Pic Aldığı Verilere Göre Motorları Senkronlu Çalışır
goto islem
case "3" 'Pic Hafızasındaki Verileri Gönderir
goto data_gonder
end select
data_al: 'data alma işlemi başlangıcı
serin portb.5,n9600,["b"],veri_say 'Gelecek veri serisinin uzunluğu okunur
write 1,veri_say 'Eprom a yazılır
read 1,veri_say
serout portb.4,n9600,["b",veri_say,13,10] 'Gelen bilgiyi doğrulamak için geri gönderiyor.
for i=2 to veri_say+1 'Veri alma işlemlerini tüm veri serisine uyguluyor
if i>127 then goto islem 'Pic Özelliği Nedeni ile 127 den fazla veriyi almayı engelliyor
serin portb.5,n9600,["v"],veri_tmp
write i,veri_tmp '
READ i,veri_tmp
serout portb.4,n9600,["v",veri_tmp,13,10]
next
goto baslat ' sonunda gelecek yeni emirleri beklemeye gidiyor
islem: 'Picleri Verilen verilere göre sürüyor.
read 1,veri_say 'verileri sayısını okuyor
for i=2 to veri_say+1 'butun verileri 100 ms de bir sırayla Pic in A PORT una çıktı olarak gönderiyor
pause 100
read i,porta
next
porta=0
goto baslat ' sonunda gelecek yeni emirleri beklemeye gidiyor
data_gonder: ' Eprom daki verileri Sırayla Bilgisayara Gönderiyor
read 1,veri_say
for i=2 to veri_say+1
READ i,veri_tmp
serout portb.4,n9600,["v",veri_tmp,13,10]
next
goto baslat ' sonunda gelecek yeni emirleri beklemeye gidiyor
goto baslat
end

EK – II

Motor mikro işlemcileri için yazılan program

trisa=%00000000
trisb=%00000011
m_hz var word
mesafe var word
r_durum var word
r_ref var word
i var word
j var word
r_durum=0
r_ref=100
include "modedefs.bas"
high portb.3
pause 200
low portb.3
m_hz=50 'Motorun Adım periyodu 50 ms (Motora Göre değişiyor)
baslat:
portb=0
while not portb.0 and not portb.1 ' İleri Yada Geri Sür Sinyali Alıncaya Kadar Bekle
wend
if portb.1 and not portb.0 then
gosub ileri ' İleri Sinyali Alırsan İleri Adım At
endif
if not portb.1 and portb.0 then
gosub geri ' geri Sinyali Alırsan geri Adım At
endif
goto baslat
ileri:
high portb.4
high portb.7
pause m_hz
gosub ileri_mi ' Devam etmelimi etmemelimi kontrol yapıyor
low portb.4
pause m_hz
gosub ileri_mi
high portb.5
pause m_hz
gosub ileri_mi
low portb.7
pause m_hz
gosub ileri_mi
high portb.6
pause m_hz
gosub ileri_mi
low portb.5
pause m_hz
gosub ileri_mi
high portb.4
pause m_hz
gosub ileri_mi
low portb.6
pause m_hz
return
geri:
high portb.4
high portb.7
pause m_hz
gosub geri_mi
low portb.7
pause m_hz
gosub geri_mi
high portb.6
pause m_hz
gosub geri_mi
low portb.4
pause m_hz
gosub geri_mi
high portb.5
pause m_hz
gosub geri_mi
low portb.6
pause m_hz
gosub geri_mi
high portb.7
pause m_hz
gosub geri_mi
low portb.5
pause m_hz
return
end
ileri_mi:
if not portb.1 then goto baslat 'İşlemi Bitirip Beklemeye gidiyor.
return
geri_mi:
if not portb.0 then goto baslat
return
end

 

EK – III

Visual Basic programında kullanılan kodlar

Dim i, gelen As String
Dim Send_text(126) As String
Dim Q_pulse As Integer, Dt As Double, R() As Double

Private Sub Command2_Click()
End Sub
Private Sub Form_Load()
Send_text(0) = Chr(30)
Send_text(1) = Chr(3)
Send_text(2) = Chr(3)
Send_text(3) = Chr(3)
Send_text(4) = Chr(1)
Send_text(5) = Chr(3)
Send_text(6) = Chr(3)
Send_text(7) = Chr(3)
Send_text(8) = Chr(1)
Send_text(9) = Chr(3)
Send_text(10) = Chr(1)
Send_text(11) = Chr(3)
Send_text(12) = Chr(1)
Send_text(13) = Chr(3)
Send_text(14) = Chr(3)
Send_text(15) = Chr(3)
Send_text(16) = Chr(1)
Send_text(17) = Chr(1)
Send_text(18) = Chr(1)
Send_text(19) = Chr(1)
Send_text(20) = Chr(9)
Send_text(21) = Chr(1)
Send_text(22) = Chr(1)
Send_text(23) = Chr(1)
Send_text(24) = Chr(1)
Send_text(25) = Chr(1)
Send_text(26) = Chr(9)
Send_text(27) = Chr(1)
Send_text(28) = Chr(9)
Send_text(29) = Chr(9)
Send_text(30) = Chr(1)
MSComm1.PortOpen = True
i = 1
toplam = 0
End Sub

Private Sub Pic_calistir_Click()
MSComm1.Output = "s2"
kilitle
End Sub

Private Sub Pic_Yukle_Timer()
gelen = MSComm1.Input
If gelen <> "" Then Text1.Text = Text1.Text & i & ". " & gelen: DoEvents
If gelen = "St" & Chr(13) & Chr(10) Then pic_ok
If gelen = "v" & Send_text(i) & Chr(13) & Chr(10) And i < Asc(Send_text(0)) Then
i = i + 1
MSComm1.Output = "v" & Send_text(i)
End If
End Sub

Private Sub pic_ok()
Pic_Yukle.Enabled = False
pic_dinle.Enabled = True
yukle.Enabled = True
Pic_calistir.Enabled = True
End Sub

Private Sub yukle_basla()
MSComm1.Output = "s1"
gelen = MSComm1.Input
While Not gelen = "s1" & Chr(13) & Chr(10)
gelen = MSComm1.Input
Wend
MSComm1.Output = "b" & Send_text(0)
gelen = MSComm1.Input
While Not gelen = "b" & Send_text(0) & Chr(13) & Chr(10)
gelen = MSComm1.Input
Wend
i = 1
MSComm1.Output = "v" & Send_text(i)
End Sub

Private Sub pic_dinle_Timer()
gelen = MSComm1.Input
If gelen = "St" & Chr(13) & Chr(10) Then pic_ok
End Sub

Private Sub veri_al_Click()
Open "program_girdi.txt" For Input As #1
Input #1, Q_pulse
Input #1, Dt
ReDim Preserve R(0)
While Not EOF(1)
ReDim Preserve R(UBound(R) + 1)
Input #1, R(UBound(R))
Wend
max_dr = 0
For i = 2 To UBound(R)
If max_dr < Abs(R(i) - R(i - 1)) Then max_dr = Abs(R(i) - R(i - 1))
Next i
tmp = max_dr * 48 / Dt
If tmp > 500 Then
dt_tmp = (max_dr * 48) / 500
Q_pulse = Q_pulse * dt_tmp / Dt
End If
End Sub

Private Sub yukle_Click()
kilitle
yukle_basla
End Sub

Private Sub kilitle()
Pic_Yukle.Enabled = True
pic_dinle.Enabled = False
yukle.Enabled = False
Pic_calistir.Enabled = False
End Sub

 

KAYNAKLAR

[1] DEMİR M., 1996, "Robot Sistem Elemanları Ve Hareket Analizleri”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi
[2] KAYALIK M. 2007, “İki Eksenli İşlem Tezgâhı Tasarım Ve Kontrolü”, Bitirme projesi, Dokuz Eylül Üniversitesi
[3] SARIKAYA H., UZMAY İ. ve BURKAN R. 1996 “DÜZLEMSEL ORTAK ROBOTİK MANİPÜLASYONDA YÖRÜNGE İZLEMEDE ROBUST KONTROL UYGULAMASI”, Erciyes Üniversitesi
[4] Kayhan G., 2003 , “ Robot Kinematiğinin Esasları ” , Yüksek Lisans Semineri , Ondokuz Mayıs Üniversitesi
[5] BELEVİ M., Makine Elemanları II, İzmir,2001
[6]DOĞAN İ., PicBasic Programlama ve Uygulamalar, Bileşim Yayıncılık, 2004,
[7]BOYLESTAD R., NASHELSKY L, Elektronik Elemanlar ve Devre Teorisi, MEB Yayınları, 2004 SOLIDWORKS SP0.0 bilgisayar programı kullanım notları, 2007
İnternet web sayfası http://www.roboturk.org
İnternet web sayfası http://www.elektronikdunyasi.com
İnternet web sayfası http://www.mikrodenetleyici.com
İnternet web sayfası http://www.wekatronik.com
İnternet web sayfası http://www.picbasic.org

Hazırlayan : Yalkın Kant, Melike Öz

Kategoriler: