Bir boya robotunun tasarımı, kontrolu ve işletmesi
Design and control of a sproy painting robot
Yazar: ŞENİZ FIÇICI
Danışman: PROF.DR. AHMET KUZUCU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Yüksek Lisans, 1991
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Boyama işlemleri = Dyeing process ; Endüstriyel robotlar = Industrial robots ; Konstrüksiyon = Construction ; Robotlar = Robots ; Tasarım = Design

Özet:
ÖZET Bu çalışmada 6 serbestlik dereceli, döner koordinatlarda çalışan bir boya robotunun tasarımı, konstrtlksiyonu ve kontrolü gerçekleştirilmiştir. İlk üç eklemi hidrolik tahrikli olan robotun, bilekteki diğer üç eklemi pnömatik tahriklidir. Boya işlemlerinde en önemli noktayı teşkil eden hassas hız ve konum kontrolünü dönüştürme elemanı kullanmaksızın sağlamak için ilk üc eklemde tahrik tipi olarak hidrolik tercih edilmiştir. Bilekte pnömatik tahrik kullanılmasının sebebi ise; diğer eklemlere göre bilekte nispeten daha az moment değerlerinin kullanılması ve yangın tehlikesinin olmamasıdır. Hidrolik kontrol oransal valilerle yapılmasına rağmen bilgisayardan doğrudan analog sinyal alabilen bu valfler kullanılan kontrol algoritmaları ile servo valf gibi kullanılmaktadır. Taban tahriginde redüksiyon disü kayış ile yapılmıştır. N=S çevrim oranı ile disük basınçta bile istenilen moment değerlerini verebilecek tipte bir hidrolik motor seçilmiştir, ikinci ve üçüncü eklemleri çift etkili hidrolik silindirler sürmektedir. Yunus lama-Sapma- Yalpalama C Pitch- Yaw-Rol 1 > gerçekleştirilen bileğin kontrolü iki yönlü valilerle yapılmaktadır. Valfler iki yönlü olmasına rağmen uygulanan kontrol algoritmaları ile konum ve hız kontrolü gerçekleştirilmiştir. Robotun fabrika ortamında kullanılacağı düşünülerek kullanımı fazla zor olmayan programlama metodları geliştirilmiştir. Bunlardan biri robotun bilgisayar klavyesinden kumandası ve öğretme metodu İle programlama, diğeri çalışma hacmi içinde robotun takip etmesi gereken yörüngenin doğrudan programlanmasıdır.

Abstract:
SUMMARY DESIGN AND CONTROL OF A SPRAY PAINTING ROBOT In this study, A computer control programme for a six revolute Joint spray painting robot having pitch-yaw-roll type wrist configuration has been developped. Pneumatic actuators have been chosen for driving the wrist.Hydroullc actuators have been preferred for the first three Joints of the robot. For driving the base Joint has been used the hydroullc motor and for driving the other two Joints has been used hydroullc cylindlrs. Timing belt has been used at the base Joint for providing the reduction. The Hydrolic valves can be controlled directly by the signals which is send by Digital to Anolog Converter CDAC) connected to the competer*s slot. The last three freedom of the robot are controlled by pneumatic on-off valves. A circuit is developed in order to send digital outputs of the computer to the valves. The position of each. Joint is measured by optical encoders. Edge Detector and 16 bit Counter cards are made in order to enter the signals to the digital input ports of the computer. Kinematic, static analyses have been done after determining the dimensions and specifications of the robot Direct and inverse kinematic solution giving the relation between the base and the end effector coordinate systems have been found. In this study the most important subject was the velocity control of the spray painting robot. For the velocity control of the robot discrete PI control algoritm has been analised. VIIIDirect Kinematic Solution: The position and the orientation of the robot end effector for specific values of the Joint variables have been formulated by Denavit-Hartenberg parameters as follows; Denavit-Hartenberg parameters: Link 1 2 3 4 5 6 90 0 0 -90 90 0 ö[T]=i[A] |[A] İCA3 «[A] 3EA3 I[A3 IX[T3 = rCı O Sı 0' Sı 0 -Ci 0 0 1 0 lo 0 0 0 1 'C29«CsC -hS29İ9f İ2S2 Cs -lsCs O 1 Inverse Kinematic Solution: Inverse kinematics problem is to find the Joint variables to provide the end effector to be at the desired position and orientation. 1CA3"llltT3-<,CT3 o o i CI Sİ 0 0 ' 0 0 1 -do SI -CI 0 0 0 0 0 1 nx ox ax px ny Oy ay py nz us az pz 0 0 0 1 C2 9 4CsC i-C29İ9^İ2C2' S294S5 S294CİSC5+ İ4)-t-S2 9İ9 + İ2S2 Cs -lsCs 0 1 Sıax-Cıay«C5 C3.3) Sıpx-Cıpy=-lsCs C3.4) we can find out 6 1 from the equation 3.3 and 3.4 * |_ px+axls J aCA3-12CA3-tX[A]-10CA3-i0tT3=4CT] 4 9 2 i a +C294az=!0 C3.3) Ö294=tg [Ciax+SiayJC234(Cıax+Sıay)+S«94az-'Ss (4.1) Sıax-Cıay=Cs C4.3) t IC2a4(Ciax+f [ Sıax-< A. -m ?-.-,>«.- (+Siay )+S2a4az.?-^ I ~- Cxay from the equation 3.1 and 3.2 x+Siay)+S«9«ag3+SsCS*Ox-C*Oy ) t |-Gg[C2a4CGxax- J -Saa*C( dcs-tg, -<=---TCi0x+Si0y)+C*a40z to find out 6a. 6z and 64 we can use 1.8 and 1.4 Pas-do-S234ClsCs+l4)+S2ala+l2S2 CI.8> let say Pz-do-S2a 4 C lsCs+ 14 >=PPy CıPx+SiPy=C234Cİ5C5+İ4)+C2ala+İ2C2 CI.4) let say CıPx+SıPy-C2a4Cİ5C5+İ4)*=PPx PPy«S2 3İa+İ2C2 PPx=C2aİ4+İ2C2 By using PPy and PPx we can find 6a: PPx2+PPy*-la2-la2 Ca 2irn ?i/l-( Sa»±y 1-Ca2 Öa*tg~^_Sa__ Ca for 6z we can write XIPPx Cgals+lzCa PPy S*aİ3+İ2S* Ö*«tg_1 ClsCs+lg^PPy-laSaPPx 1 ClaCa+l*>PPy+laSaPPy I and then we can find out 6* Ö4«Ö» 3 4-02-03 PI Control Algorithm: The control low can be expressed as; uCO=K < CrCt>-yCt)>+-^- / l CrC t >-yC t>>dt > dp J Tt o r uCt>-u CO+uCt) rot d If this equations anal i zed in discrete time, the control law can be written as AuJ -u^ -uJ «K (e, -e, +^d_ -