Design of A Robot Hand

ERCIYES ÜNIVERSITESI
Makine Mühendisligi Bölümü

Danisman : Yrd.Doç.Dr. Sahin YILDIRIM
Hazirlayan : Volkan GÜNES
Eylul 2001

4.Robot El Mekanizmaları :

Robot el mekanizmaları robot kolun serbest ucuna bağlanan ve belirli bir iş veya görevin gerçekleştirilmesinde çeşitli cisim ve ortamlarda temas halinde olan yani robotun çevre ile etkileşmesini sağlayan temel bir elamandır. El mekanizmalarından beklenen temel fonksiyon herhangi bir iş parçasını ve malzemeyi veya iş takımını bir şekilde tutmak ve hareket sonunda uygun bir şekilde bırakmaktır.

El mekanizmaları açıklanan fonksiyonun gerçekleştirilmesine göre üç ana guruba ayrılır;

- Mekanik tutucular

- Vakumlu tutucular

- Mağnetik tutucular

4.1 MEKANİK TUTUCULAR :

Mekanik tutucular ise tutma işleminde ortaya çıkan harekete göre ;

- Dönen parmaklı tutucular

- Öteleme yapan parmaklı tutucular.

Tutucular cismi dıştan kavrayarak yada cisimdeki bir boşluğa girerek tutma veya kavrama yaparlar. Bir parçayı tutma süresinde farklı tutma şekilleri olabilir. Mekanik tutma işlemi esnek cisimlerin genleştirilmesi veya şişirilmesi ile de gerçekleştirilebilir. Bu amaçla esnek körükler veya torbalar istenilen konuma getirildikten sonra şişirilerek içten veya dıştan tutma işlemi gerçekleştirilebilir.

Mekanik tutucular tutma işleminde kullanılan tahrik elemanlarının cinslerine göre şöyle sınıflandırılabilir :

- Kol tahrikliler

- Dişli veya krameyer tahrikliler

- Kam tahrikliler

- Vida tahrikliler

- Halat ve kasnak tahrikliler

Dizayn yöntemi

Mekanik tutucuların nasıl kavrayacağı ve ne kadarlık tutma kuvvetinin gerekli olduğunu belirleyebilmek için aşağıdaki faktörler dikkate alınır:

- Robot el iyi bir kavrama yüzeyine sahip olmalıdır.(açık, belirgin bir yüzey olmalıdır.)

- Kavrama yüzeyi yapısı ve toleransı , kavranacak cismin veya parçanın boyut,tolerans ve hassasiyetlerini bozmamalıdır,

- Tutucu el ve parmaklar taşınacak parçanın kavranması, taşınıp bırakılması ve tekrar alınması operasyonlarında parça boyutunda meydana gelebilecek değişikliklere uyum sağlayabilmelidir,

- Kavrama işlemi, kavranan parçanın yüzeyinde çeşitli deformasyonlara ve çiziklere yol açmamalıdır,

- İki farklı boyutlu bir paçanın kavranmasında kavrama işlemi daha büyük olan boyut üzerinde gerçekleştirilebilmelidir.

- Tutucu parmakların ya esnek mesnet veya tamponlar yada tutulacak parçaya uyum gösterecek, kendi kendine ayarlanabilen çenelere sahip olması gereklidir. Kendiliğinden ayarlanabilen çeneler her bir çenenin parça üzerinde iki noktada temas etmesini sağlar. Sadece tek bir noktada temas ederse dönme ihtimali artar.

Çeşitli Mekanik El Konstrüksiyonları :

a) Standart el : Ekonomik ve çok amaçlıdır. Basit bağlantılar,hem parmak hareketini hem de cismi yeterli hafiflikte tutacak gücün toplanmasını sağlar.

b) Kendiliğinden ayarlanabilen parmaklar : Özellikle düz kenarlı parçaların iyi bir şekilde tutulmasını sağlarlar. Parça üzerindeki çıkıntılar uygunsuzluk meydana getirir.

c) Değişik boyutlu cisimleri tutmak için kullanılan parmaklar : Özel parmak dizaynları ile değişken şekil ve boyutlu cisimler veya işlem esnasında şekil değiştiren parçalar için uygun bir tutma işlemi sağlar.

d) Hareketli tek çeneye sahip el konstrüksiyonu : Bu konstrüksiyonu özellikle cismi alttan tutmanın mümkün olduğu veya daha güvenli olduğu hallerde kullanılır. Dizaynın basitliği değişik uygulama alanları için ekonomik bir konstrüksiyon olarak görülür.

e) Ambalaj kutular için el konstrüksiyonu : Özellikle hafif ağırlıktaki ambalajların taşınmasında kullanılır. Çeneler sabit arka levhaya göre değişik pozisyonlara ayarlanabilir. Bu da değişik ebatlı parçaların taşınmasını sağlar.

f) Cam tüpler için özel el konstrüksiyonu : Kısa boylu tüp veya boruların taşınmasında kullanılır.

4.2 VAKUMLU TUTUCULAR

Tutma ve taşıma işlemindeki güvenirlik mağnetik tutuculardan daha iyidir. Vakum meydana getirebilmek için vakum pompalarından veya ventüri cihazlarından yararlanılır. Vakum pompaları pistonlu veya paletli pompa tipinde olabilir. Vakum pompası ile ventüri cihazının mukayesesi aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Avantaj Dezavantaj

Vakum pompası
- Daha büyük vakum meydana getirebilme özelliği

- Düşük işletme maliyeti
Nispeten daha sessiz çalışabilmesi
- Yüksek ilk maliyet
Ventüri cihazından daha karmaşık bir sistem olması

Ventüri Cihazı
- Düşük ilk maliyet

- Pompadan daha az karmaşık olması
Yüksek güvenirlik
- Gürültülü çalışması
Yüksek çalıştırma maliyeti

4.3 MAĞNETİK TUTUCULAR

Ferro mağnetik malzemelerin tutulması ve taşınmasında mağnetik tutuculardan yararlanılır. İki guruba ayrılır;

- Sürekli (tabii) mağnetler

- Elektromağnetler

Sürekli Mağnetik Tutucular

Kalıcı mağnetik özelliklerinden dolayı çeşitli şartlarına kolaylıkla adapte edilebilirler, bu tür tutucular parçayı mıknatıstan ayırmak için özel bir vasıta gerektirirler. Gerekli güç uygulanarak çekme suretiyle parça mıknatıstan ayrılabilir.

Sürekli mağnetik tutucular aşırı derecede yüzeysel mağnetik nüfusiyet (penetrasyon) meydana getirecek şekilde dizayn edilirler. 0.08 cm kalınlığındaki sac levhaların takılmasında yaralanılabilir. Çeşitli özel amaçlı sistemlerde 480 °C ‘ye kadar kullanılabilmelerine rağmen genel olarak 90 °C ‘lık malzeme sıcaklıkları kadar verimli bir şekilde kullanılabilirler.

Elektromağnetik Tutucular

Bu tür tutucular parçaların yüksek hızda tutulması, bırakılması ve kontrol bakımından uygun bir tutma mekanizması oluştururlar. Mağnetlemeyi sağlayan bir güç kaynağına ihtiyaç vardır. Parçaların kolayca bırakılabilmelerini sağlamak için devreye veya sisteme bir serbest bırakma kontrolörü konulmalıdır. Bu eleman çok fonksiyonlu bir anahtar olup güç kaynağı kesildiğinde kutupları ters çevirerek parçanın mıknatıstan ayrılmasını sağlar. Yani bir ters kutuplama parça üzerindeki herhangi bir artık mıknatıslamayı kaldırarak parçanın bırakılmasını sağlar.

Standart elektromağnetik tutucular cisimleri 60 °C ‘ye kadar tutabilirler. Fakat bu sıcaklık özel dizaynlarla 150 °C ‘ye kadar çıkarılabilir.

Genel olarak mağnetik tutucular robotik taşıma işlemlerinde şu avantajlara sahiptirler :

- Tutma süresi çok kısa

- Parça ölçülerindeki değişimler tutma işleminde bir engel teşgil etmez

- Tutucular tek bir iş parçası için dizayn edilmemelidir veya edilmezler

- Vakumlu tutucularla delikli metal parçaların taşınabilmesi mümkün olmaz

- Tutma işlemi için blok (tek parça) yüzey gerektirmesi

Mağnetik tutucuların dezavantajları ise :

- İş parçalarında artık mağnetlemenin kalması

- Taşıma ve tutma işlemlerinde kayma vb. hataların oluşması

- Sadece ferromağnetik malzemelerin tutulması veya taşınmasında kullanılaması

ROBOT BİLEĞE TAKILAN ÇEŞİTLİ İŞ TAKIMLARI

a) Kaynak tabancası ve torku

b) Isıtma torku (hamlacı) : döküm kalıpların yüzeyleri bu işlemle pişirilir.

c) İnert gaz ark kaynağı (MİG,MAG) torku

d) Döküm potası : erimiş metal gibi sıcak malzemelerin, sıcak ve tehlikeli ortamlarda döküm işlemi için uygundur.

e) Pnömatik somun sıkıcıları, matkaplar, anahtarlar : genel amaçlı bu tür robotlar özellikle tehlikeli ortamlarda uygundur.

Freze çakısı, kum püskürtme, taşlama aparatı : çeşitli taşlama, hassas yüzey işleme ve bileme ekipmanları robot bileğe takılabilir. Bu şekilde donatılan robot istenen amaca uygun işlevini yerine getirir. Plastik parçaların çapakları ve döküm malzemelerin temizlenmesinde kullanılabilir.

Tutucuların Dizayn Ve Seçiminde Dikkate Alınması Gereken Faktörler

FAKTÖR	ÖZELLİK
Taşınacak parça	Ağırlık, boyut,biçim, işleme esnasındaki boyuttaki değişimler parça ölçüsü toleransları ve yüzey şartları gibi.
Tahrik metodu	Mekanik tutma, vakumlu tutma, mağnetik tutma ve diğerler.
Güç ve sinyal iletimi	Pnömatik, elektrik, hidrolik ve mekanik
Tutma kuvveti (mekanik tutucu için)	Cismin ağırlığı, tutma metodu veya taşıma metodu,parmak ve cisim arasındaki sürtünme katsayısı, hareket peryodu süresince hız ve ivme değerleri
Pozisyon veya konum ayarlama problemleri	Parmakların boyu, robotun hassasiyeti ve tekrarlayabilirliği, parça ölçüsü toleransları
Servis şartları	Tutucu işletme ömrü süresince gerçekleştirilen hareketlerin sayısı. Parmakların aşınan elemanlarının değiştirilebilme özelliği. Bakım ve servis imkanları
Çalışma ortamı	Isı, nemlilik,toz ve kirlilik, çeşitli kimyasal maddeler-ortam
Sıcaklıkta korunma	Isı kalkanları ve koruyucuları, uzun parmaklar, basınçlı hava veya su soğutma ile sağlanan cebri soğutma, ısıl dirence sahip malzemelerin kullanılması.
Malzeme özellikleri	Çeşitli mekanik, mukavemet özellikleri. İmalat kolaylığı ve maliyeti. Parmak yüzeylerinin sürtünme özellikleri ve çalışma ortamına uyumluluk.
Diğer kavram ve özellikler	Değiştirilebilir parmakların kullanılması, dizayn standartları. Çeşitli robotlara göre uyumluluk. Dizayn işlemine etki eden çeşitli değişik faktörler ve disk, dizayn ve imalat için gerekli süre, yedek parça bakım ve servis gibi özellikler.

Örnek bir robot el Dizaynı :

Asagida gorulen robot el dizyni ile TUBITAK Arastirma Projeleri Destekleme Programina Basvuruda bulunulmustur..

Şekilde görülen robot el dizaynı toplam : 17 parçadan oluşmaktadır. Bu parçalara ek olarak iki adet servo motor kullanılmaktadır. Robot el sistemi öteleme ve salınım hareketleri yapacak şekilde tasarlanmıştır ve parmakların uçlarına tutulacak malzemeye zarar vermemesi için yumuşak uçlar eklenmiştir. El mekanizmasının parçaları sert plastik veya alüminyum alaşımdan üretilmektedir. Geniş bilgiler www.lynxmotion.com adresinde bulunabilir.