Bilgisayar kontrollü kartezyen robot

Abstract

Günümüzde endüstriyel kuruluşların tamamı, yaptıkları işlerde otomasyona yönelmektedir. Bu sayede maliyetler düşmekte, harcanılan zaman kısalmakta ve üretilen ürün veya işin kalite seviyesi standartlaşmadan dolayı artmaktadır.Projemizde, elektronik baskılı devre kartlarının delme işlemlerini gerçekleştirmek amacı ile kartezyen bir robotun mekanik tasarımı ve montajı yapılmıştır. Robotun eksenlerini hareket ettiren step motorlar için sürücü devreleri ve bu sürücülere kontrol sinyallerini gönderecek olan, mikroişlemci tabanlı kontrol kartı devresi tasarlanmış ve montajı gerçekleştirilmiştir. Robot ile kullanıcı arasındaki iletişim için bilgisayarda bir ara yüz programı hazırlanarak, bilgisayarın seri portu üzerinden, kontrol kartı ile seri haberleşme imkanı sağlanmıştır.İşlem zamanının kısaltılması, endüstrinin bu tip projelerdeki beklentilerden biridir. Projemizde işlem zamanının kısaltılması için, delinecek noktaları toplamda en kısa mesafeyi oluşturacak şekilde matkap motorunun dolaşması gerekir ve delik sayısının artması bu problemdeki karmaşıklığı arttırmaktadır. Probleme yaklaşım metotları kullanılarak çözüm üretmek mümkündür. Literatürde "Gezgin Satıcı Problemi" diye bilinen bu problemin çözüm yaklaşımlarından üçü için "Visual Basic" yazılım dili kullanılarak bir bilgisayar programı hazırlanmış ve projemize uyarlanmıştır. Hazırlanan bu program, üç çözümün sonuçlarının birbirleri ile karşılaştırılmasına ve en iyi çözümün projemizde kullanılmasına imkan vermektedir.İlk olarak projemiz için, üç ekseni step motorlarla hareket ettirilen, hareket eksenleri sonsuz vida kullanılarak gerçekleştirilen bir kartezyen robotun mekanik tasarımı yapılmıştır. Malzeme işlenmesi ve montaj hatalarından kaynaklanacak olan mekanik kasıntıları en aza indirgemek için hareket aktarma organı olarak kaplinler, mil yataklamaları için oynar başlıklı rulmanlar kullanılmıştır.Step motorların çalışması için gerekli olan elektronik sürücü kartları önce şematik olarak tasarlanmış, ardından baskılı devreleri hazırlanmış ve elektronik devre elemanlarının montajı yapılarak önceden hazırlanmış olan mekanik düzenek üzerinde test edilmiştir.Sonrasında bu sürücü kartlarını kontrol edecek olan, mikroişlemci tabanlı elektronik kontrol kartı tasarlanmıştır. Mikroişlemcinin programlanması için "assembler" yazılım dili kullanılmıştır. Program hazırlanırken açık çevrim olarak çalışacak olan step motorların yüksek hızlarda pozisyon kaçırmaması, düşük hızlarda rezonansa girmemesi için mekanik düzenek üzerinde motor hız testleri yapılmış ve güvenilir aralıklar tespit edilip kullanıcının bu aralıklarda hızları değiştirmesine olanak sağlanmıştır. Kontrol kartı üzerinde programladığımız mikrokontrolör, program akışını, bilgisayardan seri port üzerinden aldığı ve bilgisayara yine seri port üzerinden gönderdiği bilgiler ile belirlemektedir. Bu alışverişin gerçekleşmesi içinde bilgisayar tarafında "Visual Basic" yazılım dili kullanılarak bir ara yüz programı oluşturulmuş ve kullanıcıya sunulmuştur. Gerçekleştirilen bu çalışmada, baskı devre deliklerini delerken izlenecek olan yol uzunluğu delik sayısına ve yerleşimine göre değişmekle birlikte ortalama %50 oranında kısaltılmıştır. Matkap motorunun delik koordinatlarını bulmadaki hassasiyeti 25µm`dir. Eksen motorları adım kaçırmadan 19mm/sn hızla güvenle hareket edebilmektedir.