Bilgisayar Kontrollü 2 Eksenli Robot Kol

Endüstriyel otomasyonda kullanım alanı her geçen gün artan robot kol sistemlerinden biri olan bu çalışmada, step motor kullanılarak iki eksenli bir robot kol tasarımı gerçekleştirilmiştir. Robot kollarda yaygın olarak kullanılan diğer motor türlerine göre step motorların avantajları ve dezavantajları değerlendirilmiş, ayrıca robot kol yapısı, step motorlar ve kontrol yöntemleri hakkında genel bilgiler verilmiştir.

Tez kapsamında iki eksenli robot kolun mekanik yapısı tasarlanmış, hareketi sağlayan step motorlar için sürücü devreleri hazırlanmış ve sistemin bilgisayar üzerinden kontrolü sağlanmıştır. Ayrıca step motorun MATLAB ortamında benzetimi yapılarak gerçek değerlerle karşılaştırma imkânı elde edilmiştir. Bu çalışma; makine, elektronik ve bilgisayar alanlarını bir araya getiren mekatronik yaklaşım açısından da dikkat çekicidir. İleride daha geniş hareket alanına ve algılama yeteneğine sahip robot kol projeleri için bir temel oluşturabilecek niteliktedir.

Robot Kolun Kontrol Yapısı

Çalışmada öncelikle iki eksenli bir robot kol tasarlanmış ve bu mekanizmada step motor tercih edilmiştir. Step motorun kontrolü için iki farklı yöntem kullanılmıştır:

• PIC ile kontrol
• PC üzerinden paralel port ile kontrol

Robot kolun çalışma mantığı için bir akış şeması hazırlanmıştır. Bu akış şemasına göre birinci motor için PIC16F84A mikrodenetleyicisi kullanılarak bir sürücü devresi tasarlanmış, bilgisayar ortamında MPLAB ve MPASM programları yardımıyla PIC16F84 için PIC Assembly dilinde gerekli yazılımlar hazırlanmıştır.

Hazırlanan her program, ICprog yazılımı ile devre üzerinden PIC16F84 içerisine yüklenmiştir. Diğer iki motor ise bilgisayarda Visual Basic programlama dili kullanılarak paralel port üzerinden kontrol edilmiştir. Daha sonra iki motorun ardışık çalışmasını sağlayan ayrı bir program da hazırlanarak uygulanmıştır.

Benzer yapıda farklı robot kol projeleri incelendiğinde, bu çalışmanın özellikle step motor sürme ve bilgisayar kontrollü yapı açısından öğretici bir örnek sunduğu görülür. Ayrıca daha klasik yapıda bir step motor kontrollü robot kol tasarımı ile karşılaştırıldığında, burada hem mikrodenetleyici hem de paralel port tabanlı kontrol yaklaşımının birlikte ele alınması dikkat çekmektedir.

Çalışmanın Temel Amacı

Bu tezin amacı; otomasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılan step motorların yapısını, genel özelliklerini, kontrol yöntemlerini, avantaj ve dezavantajlarını incelemek ve robotik alanındaki uygulamalara altyapı sağlayacak teknik bilgileri bir araya getirmektir. Ayrıca step motor kontrolünde kullanılan üç farklı yöntemin değerlendirilmesiyle, robot kol uygulamaları için teorik ve pratik bir kaynak ortaya çıkarılmıştır.

Robot Kol Çalışmasının İçeriği

Robot kol ve mekanik yapı

• Robot kol yapısı
• Koordinat sistemlerine göre robot çeşitleri
• Kartezyen robot kolları
• Silindirik robot kolları
• Küresel robot kolları
• SCARA robot kolları
• Mafsallı robot kolları
• Robot kollarda kullanılan tahrik sistemleri
• Pnömatik tahrik sistemleri
• Hidrolik tahrik sistemleri
• Tutucular
• Robot programlama yöntemleri
• Öğretim yöntemi ile programlama
• Ara yüz programı ile programlama

Step motorlar ve sürme yöntemleri

• Step motorların temel yapısı
• Step motor çeşitleri
• Değişken relüktanslı step motorlar
• Sabit mıknatıslı step motorlar
• Hybrid step motorlar
• Adım açısı, adım oranı ve doğruluk kavramları
• Tek adım tepkisi ve cevap süresi
• Moment ve tork parametreleri
• Etiket geriliminin anlamı
• Tek faz uyartım
• İki faz tam adım uyartım
• Karma uyartım ve yarım adımlı sürüş
• Açık döngülü denetim
• Kapalı döngülü denetim
• Step motor sürücü sistemleri
• Lojik sıralayıcı ve sürücü devreleri

Mikrodenetleyici ve yazılım bölümü

• Mikrodenetleyiciler hakkında genel bilgiler
• Mikrodenetleyicilerin avantajları
• PIC mikrodenetleyicileri
• PIC mikrodenetleyicilerinin tercih edilme sebepleri
• PIC16F84 mikrodenetleyicisi
• Clock uçları ve osilatör çeşitleri
• Reset uçları ve reset devresi
• I/O portları
• PIC16F84 belleği
• PIC Assembly dili
• Program yapısı, girintiler ve yazım kuralları
• Assembly komutlarının yazılış biçimi
• Paralel port yapısı
• Data, status ve kontrol portu
• Assembly kodlarının derlenmesi
• Robot kol kontrol paneli
• Visual Basic ile bilgisayar arayüzü

Tezde Yer Alan Teknik Konular

• Step motorun matematiksel modeli
• PID kontrol
• P, I ve D denetleyicilerin karakteristikleri
• MATLAB benzetim kodları
• Bilgisayar program kodları
• PIC Assembly kodları
• Bipolar ve unipolar step motorların çalışma prensipleri
• Hız-moment eğrileri
• Açık ve kapalı döngü denetim şemaları
• Step motor sürücü sisteminin blok diyagramı
• 2 fazlı step motor için lojik sıralayıcı devre
• Mikrodenetleyicili sisteme ait blok diyagram
• PIC programlama kartı
• PIC16F84 pin yapısı ve bağlantıları
• Besleme gerilimi, reset devresi ve osilatör bağlantıları
• Robot kol programı akış diyagramı
• Kontrollü ve kontrolsüz çalışma eğrileri
• Akım, gerilim, hız ve moment değişim grafikleri
• Osiloskop sonuçları
• Geri beslemeli sistem yapısı

Sonuç

Robotlar, robot kol mekanikleri, step motorlar, paralel port kontrolü, PIC programlama ve benzetim konuları hakkında oldukça detaylı bilgiler içeren bu çalışma, hem öğrenci projeleri hem de robotik uygulamalarla ilgilenenler için faydalı bir kaynaktır. Özellikle robot kol yapımı, step motor sürme ve PIC16F84 uygulamaları üzerine çalışanlar için güçlü bir teknik arşiv niteliği taşımaktadır.

Hazırlayan: Murat YILMAZ
Danışman: Prof. Dr. Sabir RÜSTEMLİ
Emeği geçen hazırlayan kişilere teşekkürler.