Seri manipülatör

Seri manipülatörler en yaygın endüstriyel robotlardır ve bir tabandan uç etkileyiciye uzanan, motorla çalışan eklemlerle birbirine bağlı birçok bağlantıdan oluşacak şekilde tasarlanırlar. Genellikle "omuz", "dirsek" ve "bilek" olarak tanımlanan antropomorfik kol yapıları vardır.

Seri eklemli robotlar genellikle altı eklemlidir çünkü robotun çalışma alanında işlem yapılan nesneyi keyfi bir konum ve yöne yerleştirmek için en az altı serbestlik derecesi gereklidir.

Günümüz endüstrisinde seri robotlar için popüler bir uygulama alanı, dört serbestlik dereceli ve SCARA robot denilen, yerleştirme ve montaj robotudur.

küçükresim|upright=1.36|Bir SCARA montaj robotu.

Yapı
küçükresim|upright=1.36|Kinematik zincirde altı serbestlik dereceli bir manipülatör örneği.

Üretim ve kontroldeki sadelik kaygıları, yalnızca döner veya prizmatik eklemlere ve dik, paralel ve/veya kesişen eklem eksenlerine sahip (rastgele yerleştirilmiş eklem eksenleri yerine) robotların ortaya çıkmasına yol açmıştır.

Donald L. Pieper, bu bağlamda pratik açıdan önemli ilk sonucu elde ettiD.L. Pieper. The kinematics of manipulators under computer control. Doktora Tezi, Stanford Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, 1968 ve bu sonuç 321 kinematik yapı olarak adlandırıldı: Altı döner eklemli ve üç ardışık eklemin kesiştiği seri manipülatörlerin ters kinematikleri kapalı formda, yani analitik olarak çözülebilir. Bu sonucun endüstriyel robotların tasarımında muazzam etkisi oldu.

Seri manipülatörlerin en büyük avantajı, robotun boyutuna ve kapladığı alana göre büyük çalışma alanına sahip olmalarıdır. Bu robotların başlıca dezavantajları ise şunlardır:
 Açık kinematik yapılı doğaları nedeniyle esnemeleri,
 Hataların bağlantıdan bağlantıya birikip büyümesi,
 Motorların çoğunun büyük ağırlığını taşımak ve hareket ettirmek zorunda olmaları ve
 İşlem yapabilecekleri etkili yükün nispeten az olması.

Kinematik 
Bir robotun uç elemanının konumu ve yönelimi, robot kolunun geometrik modeli aracılığıyla eklem konumlarından türetilir. Seri robotlar için, eklem konumlarından uç eleman pozisyonuna eşleme kolaydır, ters eşleme daha zordur. Bu nedenle, çoğu endüstriyel robotun, ters eşlemenin karmaşıklığını azaltan özel tasarımları vardır.

Çalışma Alanı
Bir robotun uç etkileyicisinin ulaşılabilir çalışma alanı, ulaşılabilir çerçevelerin çokgenidir.Çalışma alanı, robotun o noktadaki tam teğet uzayı kapsayan hızlar üretebildiği, yani işlenen nesneyi üç serbestlik derecesiyle öteleyebildiği ve üç dönme serbestlik derecesiyle döndürebildiği ulaşılabilir çalışma alanı noktalarından oluşur.

Robotun tuttuğu nesnenin eklem uzayı ve Kartezyen uzay koordinatları arasındaki ilişkiler genel olarak çok değerlidir, Yani aynı pozisyona seri kol tarafından farklı şekillerde, her biri farklı bir eklem koordinat kümesiyle ulaşılabilir. Bu nedenle robotun ulaşılabilir çalışma alanı, kinematik ilişkilerin yerel olarak bire bir olduğu konfigürasyonlara (montaj modları da denir) bölünmüştür.

Tekillik
Tekillik, eklem parametrelerinin artık uç etkileyicinin konumunu ve yönünü tamamen tanımlayamadığı seri manipülatör konfigürasyonudur. Tekillikler, eklem eksenlerinin, kolun uç elemanı konumlandırma yeteneğini azaltacak şekilde hizalandığı konfigürasyonlarda oluşur. Örneğin, seri manipülatör tam uzatıldığında, sınır tekilliği olarak bilinen durumdadır.What are singularities in a six-axis robot arm?

Tekillik noktasında, uç etkileyici bir veya daha çok dönme serbestlik derecesini kaybeder (anında, uç etkileyici bu yönlerde hareket edemez). Altıdan az bağımsız eklemli seri robotlar, altı boyutlu dönme uzayını asla kapsayamadıkları anlamında her zaman tekildir. Buna genellikle mimari tekillik denir.

Tekillik genellikle robotun çalışma alanında izole bir nokta değil, bir alt manifolddur.

Yedekli Manipülatör
Yedekli manipülatörün, altıdan çok serbestlik derecesi vardır,P. Moubarak, et al., A Globally Converging Algorithm for Adaptive Manipulation and Trajectory Following for Mobile Robots with Serial Redundant Arms, Robotica, 31 (8) (2013) 1299 – 1311. Bu ise bu robotun uç etkileyiciyi sabit konumda ve yönde tutarken, robotun konfigürasyonunun değişmesine olanak tanıyan ek eklem parametreleri olması demektir. Örneğin tipik yedekli bir manipülatörde omuzda üç, dirsekte bir ve bilekte üç eklem olmak üzere toplam yedi eklem vardır. Bu manipülatör, uç etkileyicinin belirli bir konumunu ve yönünü korurken dirseğini bir daire etrafında hareket ettirebilir.

Yılan robotu, altıdan çok daha fazla serbestlik derecesine sahiptir ve genellikle hiper-yedekli olarak adlandırılır.

Üreticiler
ABB Robotics
FANUC Robotics
Kawasaki Robotics
KUKA
Mitsubishi
Motoman
Staubli
Universal Robots

Ayrıca bakınız
Robot kinematiği

Kaynakça

Kategori:Endüstriyel robotlar