Bilgisayar kontrollü kartezyen robot
Computer controlled cartesian robot
Yazar: SEMİH ÖNGİR
Danışman: PROF. DR. GALİP CANSEVER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Adım motoru = Step motor ; Baskı devre kartları = Printed circuit boards ; Bilgisayar destekli denetim = Computer aided control

Özet:
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.

Abstract:
In our project, a mechanical design and mechanical assembling of a cartesian robot has been made to purpose of drilling holes of electronics printed circuit boards. To control the stepper motors, stepper motor drive circuits cards and microcontroller based control circuit card, which sends control signals to the motor drives, are designed and assembled. An interface program has been prepared on the computer for making the communication possible between user and the cartesian robot. The interface program can communicate with the control circuit by means of serial port of the computer.Most of the industrial companies begin to tend an automation at their productions. By means of this, costs are reduced, spending time is shortened. Depending on standardization, quality level of products and works are increased. So, they increased their profit.Decreasing the process time, is one of the expectation in this kind of projects. This is a complicated problem when the number of holes increase in the project. So, we used the three solution methods, answering to this expectation and shortening the total way of drilling motor. Indeed, these are approaching methods to solve the problem. The problem known as TSP (Travelling Salesman Problem) is very popular problem in the science world and we used three solution methods in our project by preparing software with ?Visual Basic? program. The prepared program give us an opportunity to compare these three solution results and to use the best of the solution in our project.First of all, a mechanical design of a cartesian robot is made that its axis motions obtained by three stepper motor and its motion axis are created by screw balls. Couplings are used between stepper motors and screw balls to prevent the mechanical system from unwanted mechanical forces and to reduce its effect. Roller bearings are used to prevent the mechanical system from frictions of the moving parts.Electronics driver cards, which are required to turn our stepper motors, are designed as schematic drawings. Then their printed circuit boards are prepared, after mounting of their electronics components, they are tested on the mechanical design which is prepared before.After that, the electronic control card circuit has been designed which send data to stepper motor drivers. ?Assembler? programming language is used to program a microcontroller which is mounted on the control card. While preparing the program, open loop system of stepper motor is taken into consideration. Speed tests of the motors are made on the mechanical system to prevent the step missing in high speeds and resonance occurring in lower speeds. An adjustable speed interval limits are defined, according to these limitations.The microcontroller that has been programmed for electronics control card, determines flows of the program with data which are taken from a computer and data which are sent to the computer by serial port. Obtaining this data communication between control card and computer, we have designed an interface program at the computer side by using ?Visual Basic? programming language.In our project, shock drilling method is tried as a first time and its results are observed for quality of the drilled holes.