makale yayım koşulları | abonelik | reklam | iletişim | arşiv | kaynak arama

MÜHENDİS ve MAKİNA  Kasım 2003 - Sayı 526 Yeni Ürünler Makale - Türkiye'de Rüzgar Enerjisi Uygulamalarının Gelişimi ve Geleceği Makale - Robotik Kaynak Sistemleri ve Gelişme İstikametleri Çalışma Güvenliği - Ülkemizde Çocuk İstihdamı, Eğitimi ve Çözüm Makale - Tornalama İşlemlerinde Kesici Takım Aşınmasının Bulanık Mantık ile Modellenmesi Üniversitelerimizden

 

makale

 

ROBOTİK KAYNAK SİSTEMLERİ ve GELİŞME İSTİKAMETLERİ^*

 

Selahattin YUMURTACI

Doç .Dr., Y.T.Ü. Mak.Fak. Mak.Müh. Bölümü

 

Tolga MERT

 Arş. Gör. Y.T.Ü. Mak.Fak. Mak.Müh. Bölümü

 

 

 

 

Günümüzde hızlı nüfus artışının doğal bir sonucu olarak farklı türdeki ürünlere olan talep giderek artmakta, dolayısıyla da imalat sistemlerinde olağanüstü gelişmeler meydana gelmektedir. Geçtiğimiz yüzyılın yarısında ortaya atılan otomasyona dayalı imalat sistemi genişleyerek optimizasyon devrine geçilmiş, prodüktiviteyi arttırarak yatırım masraflarını azaltan, daha fazla üretim yapmanın yanı sıra kaliteyi de yükselten ve bu arada çok daha insancıl çalışma koşulları sunan 'robotlar' devri başlamıştır.

Bu çalışmada robot kullanımına karar vermede gözetlenmesi gereken noktalar, değişik robot konfigürasyonları, robot ark kaynağı donanımları ile robotik uygulamalar incelenerek çeşitli ülkelerdeki robotların dağılımı ve geleceğe dönük öngörüler sunulmuştur.

 

Anahtar sözcükler :  Robot, kaynak

 

 

As a result of rapid rise in population today, there has been an increasing demand on different types of products, therefore in manufacturing systems there have been extraordinary developments. As a consequence of expanding the automation-based manufacturing system that was suggested in the middle of last century, optimisation age was passed through; and the 'robot' era that allows to increase productivity by decreasing investment costs, increase quality level with production rate, and provide more humanitarian working conditions has begun.

In this study, main points that are required to be considered in deciding robot utilization, different robotic configurations, robotic arc welding equipment and robotic applications were studied. In addition to this, distribution of robots in different countries and suggestions for future were presented.

  

Keywords : Robot, welding

 

*   24 - 25 Ekim 2003 tarihinde Kocaeli’nde düzenlenen “Kaynak Teknolojisi IV. Ulusal Kongresi”nde bildiri olarak sunulmuştur.

 

 

GİRİŞ

Amerikan Robot Enstitüsü, robot kavramını şu şekilde ifade etmektedir:

" Robot, çeşitli görevlerin gerçekleştirilmesi için, malzeme, parça, takım ya da değişken programlanmış hareketler aracılığıyla, özel parçaları hareket ettirmek amaçlı tasarlanmış, çok fonksiyonlu, yeniden programlanabilir manipülatördür."

Sanayi robotunun en kapsamlı tanımı ve robot tiplerinin sınıflandırması ISO 8373 standardında belirlenmiştir. Bu standarda göre bir robot şöyle tanımlanır:

"Endüstriyel uygulamalarda kullanılan, sabit veya hareketli olabilen, üç veya daha fazla programlanabilir eksene sahip, otomatik kontrollü, yeniden programlanabilir çok amaçlı manipülatördür."

Tanımdaki terimlerin detaylı olarak açıklamaları aşağıdaki gibidir:

Yeniden programlanabilir:  Fiziksel değişiklikler olmadan programlanmış hareketleri veya yardımcı fonksiyonları değiştirilebilen.

Çok amaçlı: Fiziksel değişikliklerle farklı bir uygulamaya adapte edilebilme yeteneği.

Fiziksel değişiklikler: Programlama kasetleri, ROM'lar vb. gibi değişiklikler hariç mekanik yapının veya kontrol sisteminin değiştirilmesi.

Eksen: Lineer veya dönel (rotasyonel) modda robot hareketini belirtmek için kullanılan yön.

Şekil 1'de fiziksel konfigürasyonun, çalışma hacminin şekli üzerindeki etkisi gösterilmiştir. Kutupsal koordinat robotunun çalışma hacmi kısmen küreseldir; silindirik koordinat robotunun silindirik, kartezyen koordinat robotunun çalışma hacmi dikdörtgen prizma ve eklemli-kol robotunun çalışma hacmi ise yaklaşık küreseldir. Her çalışma hacmi şeklinin büyüklüğü, kol komponentleri ve eklem hareketlerinin sınırları tarafından etkilenir. Robot seçimi, optimal çalışma hacmi için yapılmalıdır. Çünkü robot çalışma hacminin büyümesi, robot uzuv boyutlarının artması dolayısıyla ataleti, gerekli motor gücü, enerji tüketim miktarı ve robot fiyatının artmasıyla sonuçlanır.

 

 

a) kutupsal,   b) silindirik ve   c) kartezyen

 

Şekil 1. Çeşitli Robot Anatomileri İçin Çalışma Hacimleri

 

 

a) Tamlık: Tamlık, çalışma hacmi içinde istenen bir noktaya, robotun bilek sonunu götürebilme yeteneğidir. Uzaysal çözülüm, robotun çalışma hacmini bölebileceği en küçük hareket artışıdır. Robotun tamlığı uzaysal çözülüm cinsinden ifade edilebilir çünkü hedef bir noktaya ulaşabilme yeteneği her eklem hareketi için robotun kontrol artımlarını ne derece tanımlayabildiğine bağlıdır. Tamlık, verilen bir hedef noktaya erişebilmek için robotun programlanabilme kapasitesiyle ilişkilidir.

b) Tekrarlanabilirlik: Tekrarlanabilirlik, uzayda robota önceden öğretilen bir noktaya, robotun, bileğini veya bileğine eklenen end efektörünü götürebilme yeteneğidir. Robotun öğretilen bir noktaya göre tekrarlanan hareketlerinin sonucunda, robot uç noktası ile öğretilen nokta arasında oluşabilecek maksimum hata miktarıdır. Genel amaçlı robotlarda tekrarlanabilirlik değerinin 0,1 mm ila 0,2 mm olması yeterli olabilmektedir. Özel olarak ark kaynağı uygulaması düşünülürse tekrarlanabilirlik değerinin kaynakta kullanılacak tel çapının yarısından küçük olması istenir.

c) Yük taşıma kabiliyeti ve hız: Maksimum yük taşıma kapasitesi, robotun minimum hızında tekrarlanabilirlik değerini koruyarak taşıyabileceği maksimum yük değeridir. Nominal yük taşıma kapasitesi de robotun maksimum hızda tekrarlanabilirlik değerini koruyarak taşıyabileceği maksimum yük miktarıdır. Bu yük taşıma kapasitesi değerleri taşınan malzemenin boyut ve şekline bağlıdır.

Robotlar, çeşitli ölçütlere (eksen sayıları, kontrol tipleri ve mekanik yapılarına) göre sınıflandırılabilmektedir. Şekil 2'de, mekanik yapılarına göre yapılan bir sınıflandırma görülmektedir.

 

Şekil 2. Mekanik Yapılarına Göre Endüstriyel Robotların Sınıflandırılması
 

ROBOTLARIN KULLANIM ALANLARI

Robotlar döküm yolu ile biçimlendirme (özellikle pres dökümde), kaynak (özellikle nokta kaynağı, MIG/MAG, TIG ve plazma), sıcak dövme, sprey boyama, paletleme, takım tezgahları yüklenmesi ve montaj hatlarında başarı ile kullanılmaktadırlar.

 

ENDÜSTRİYEL ROBOTLARIN DÜNYA ÇAPINDAKİ YAYILIMI

 

 

 

 

Çok amaçlı endüstriyel robotların dünya çapındaki satışları 1990 yılında 80000 adete ulaşmıştır. 1991-1993 yılları arasında satışlar 53000'e düşmüştür. Daha sonra 1997 senesinde satışlar 82000 adete ulaşmıştır. Bununla birlikte 1998'de satışlar %16 düşerek 69000 adete düşmüştür. 1999 senesinde pazar, 1998 senesine göre %14 artış göstererek 79000 adet olmuştur. 2000'de satışlar %25 artış göstererek 99000 adet olarak gerçekleşmiştir.

İki sene boyunca düşüş gösteren veya durağan olan satışlardan sonra 2000 yılında Japonya'da büyük bir toparlanma olmuştur. Tüm endüstriyel robotların satışları 1999'da %32 artarak 47000 adede ulaşmıştır.

1997 ve 1998 yıllarındaki Asya krizi esnasında Kore Cumhuriyeti'nde düşen satışlar, 1999 ve 2000 yılında hızla toparlanarak sırasıyla %70 ve %95 artış göstermiştir.

Avrupa Birliği'nde, çok amaçlı endüstriyel robotların satışları %20 artarak 30000 adete ulaşmıştır. En yüksek artış 1999 yılına göre %56 ile İsveç'te olmuştur. Bunu %30 artış ile İspanya takip etmiştir.

1995 ila 2000 yılları arasında ABD'de satışlar durgundu veya düşüş göstermekteydi. 1995,1997 ve 1999'da %28 ve %37 arasında artış göstermiştir. Bunun aksine 1996 ve 1998'de pazar %5 ila %13 arasında düşüş göstermiştir. Bununla birlikte çok amaçlı endüstriyel robotların en yüksek satışı 13000 adetle 2000 yılında olmuştur.

1990'larda, endüstriyel robotların mekanik ve elektronik karakteristiklerinin ölçülen performansları sürekli artarken, fiyatları düşmüştür. 1990-2000 yılları arasındaki periyodu içeren en güncel ECE/IFR araştırmasına göre şu sonuçlar elde edilmiştir.

 

•    Bir robot ünitesinin liste fiyatı                         -%43

•    Sevkedilen ünite sayısı                                   +%782

•    Müşterilere sağlanabilecek ürün

     değişkenlerinin sayısı                                     +%400

•    Toplam taşıma kapasitesi

     (tutucu modülü dahil)                                   +%26

•    Tekrarlama doğruluğu                                  +%61

•    6 eksenin hızı                                               +%39

•    Maksimum ulaşma                                       +%36

•    Bozulmalar arasındaki ortalama

     süre                                                            +%137

•    MB cinsinden RAM                                      +416 kere

•    İşlemcinin bit-genişliği                                   +%117

•    Kontrol edilebilen maksimum eksen sayısı      +%45

 

Örneğin A.B.D.'de 1990-2000 yılları arasındaki periyodda endüstriyel robotların fiayt indeksi 100'den 37'ye inmiştir ki 2000 yılında kurulan robotların performansı 1990 yılındakilerden çok daha yüksektir (Şekil 5 ve Tablo 2). Kalite değişiklikleri gözönüne alındığında bu indeksin 18'e düşmesi beklenmektedir. Diğer bir deyişle, aynı performansa sahip bir robot, 1990 yılındaki maliyetinin beşte birine 2000 yılında üretilebilirdi.

 

Tablo 1. 2000 Yılındaki Çok Amaçlı Endüstriyel Robotların Operasyonel Stoku ve Yıllık Kurulumları ile 2001-2004 Arası Tahminler. Adet Olarak.

 

 

 

 

Aynı zamanda, Amerikan iş sektöründeki iş kompenzasyon indeksi 100'den 142'ye yükselmiştir (Şekil 5 ve Tablo 2). Bu, robotların rölatif fiyatlarının 1990'da 100'den 2000'de 26'ya düşmesi ve robotlardaki kalite geliştirmeleri hesaba katıldığında 12'ye düşmesi demektir.

 

Şekil 3. 1994-1999 Arasındaki Çok Amaçlı Endüstriyel Robotların Yıllık Kurulumları ve 2000-2003 Arası Öngörüler

 

 

 

Şekil 4. 1994-1999 Arası Çok Amaçlı Endüstriyel Robotların Tahmini Operasyonel Stoku

 

Şekil 5. A.B.D.’deki Endüstriyel Robotların Kaliteli Ayarlamalı ve Kalite Ayarlamasız Tahmini Fiyat İndeksi. A.B.D. İş Sektöründeki İşçi Kompenzasyonunun İndeksi

 

 

2001-2002 Yılları Arasında Türkiye’deki Sanayi Robotu İthalat ve İhracat Bilgileri