1970'lerin popüler televizyon dizisi Six Million Dollar Man'de (Altı Milyon Dolarlık Adam) geleceğin teknolojisi, Steve Austin'i "daha güçlü, daha hızlı, daha iyi" bir insana dönüştürecekti. Ancak bu, bir bilim kurguydu. Günümüzde insansı robotlar, dinlenmeye veya yemek yemeye ihtiyaç duymadan, yaralanma riski olmadan veya olası tehlikelerden korkmadan, insan işlerini insanlar kadar iyi veya onlardan daha iyi yapmayı vaat ediyor. Ayrıca insansı bir robotun başarılı olabilmesi için Six Million Dollar Man'de (Altı Milyon Dolarlık Adam) olduğundan çok daha az maliyetli olması gerekiyor.
Gerçek anlamda yetenekli bir insansı robotu uygun bir maliyetle tasarlamanın mühendislik açısından zorlukları oldukça fazladır. Daha 10 yıl bile geçmemişken DARPA Robotics Challenge'da başarısız olan insansı robotların viral videoları, genel kamuoyuna ilgili zorluklara dair eğlenceli bir bakış açısı kazandırmıştır. İnsansı robotlar, karmaşık görevleri gerçekleştirmek şöyle dursun, sadece ayakta kalabilmek için bile çoğu endüstriyel robotun yeteneklerinin çok ötesinde algılama, işleme ve hareket sistemleri gerektirir. Ancak yapay zeka, işlemci hızları, entegre devre minyatürleştirme ve diğer teknolojilerdeki üstel ilerleme sayesinde bu zorluklar hızla çözülüyor.
Bununla birlikte bir robotta kullanılan her teknoloji, hareketin hizmetindedir. İnsansı robot, yalnızca bir insanın sahip olduğu denge, hassasiyet ve el becerisi ile ve hatta bir insandan "daha güçlü, daha hızlı, daha iyi" hareket edebildiği ölçüde faydalıdır.
İnsansı robotlar için en büyük fırsat, insanlar için oluşturulan ortamlarda görevleri insan ölçeğinde yerine getirebilmesidir. Bu görevler, bir depodaki kutuların taşınmasından tehlikeli ortamlarda insan emeğinin yerini almaya, yaşlı bakımında yardımcı olmaya ve hatta rutin ev işlerini yapmaya kadar her şey anlamına gelebilir. Artan işgücü kıtlığı, bu insan ölçeğindeki robotların geliştirilmesini teşvik ediyor; Goldman Sachs Research, sadece 10 ila 15 yıl içinde 6 milyar doların üzerinde bir pazara ulaşılabileceğini öngörüyor.
Bu fırsatı değerlendirebilmek için mühendislik ekiplerinin başarılı bir insansı robotun en önemli iki hareket gereksinimini karşılaması gerekiyor:
1. Uzun pil ömrü için güç tüketimini en aza indirme.
2. Robotların kendi ağırlıklarını taşıyabilmeleri ve aynı zamanda önemli harici dinamik yükleri yönlendirebilmeleri için tork yoğunluğunu en üst düzeye çıkarma.
Bu iki gereksinim birbiriyle yakından ilişkilidir ve bunların aynı motorda aynı anda çözülmesi gerekir. Bu nedenle de Kollmorgen, drone'ların veya diğer robotik olmayan uygulamaların hareket gereksinimlerini kullanmak yerine motorların ve aktüatörlerin robot uyumlu olacak şekilde tasarlanmaları gerektiğine inanıyor.
Tork, Hız, Ağırlık ve Verimlilik ile İlgili Zorlukların Anlaşılması
National Institute for Occupational Safety and Health (Ulusal İş Sağlığı ve Güvenliği Enstitüsü) Kaldırma Denklemi uyarınca insan işçiler için önerilen maksimum ağırlık sınırı 23 kg'dır (51 lb). UPS, 31,5 kg'ın (70 lb) üzerindeki paketleri gönderirken etiketleme ve özel prosedürler gerektirir. Avrupa Birliği'nde Elle Taşıma Direktifinin uygulanması, üye devlete göre değişiklik göstermektedir ancak bazı ülkeler erkekler için 25 kg, kadınlar için 15 kg sınırı belirlemektedir.
Bu ağırlık sınırları, çoğu insansı robotun taşıması beklenen dinamik yükler için genel bir kılavuz kural sağlar ancak robotların aynı zamanda kendi ağırlıklarını da desteklemeleri ve taşımaları gerekir ve bu da gerçek anlamda bir insan ölçeğinde yük ağırlığın iki ila üç katı olabilir.
Üretim ortamlarında çalışan sabit, kolaboratif robotlar, yıllardır bunlar gibi ve daha fazla yük taşıma yetenekleri kazanıyorlar. Ancak en gelişmiş ve esnek endüstriyel robotların bile genellikle 6-7 derece serbestlik sağladığını unutmayın. Buna karşın insansı robotlar ise 30-40 ve hatta daha fazla hareket eksenine sahip olabilir. Bu eksenler, insansı robota dolanıp durma, ortamını yönlendirme ve karmaşık, insan benzeri görevleri yerine getirme özgürlüğü verir.
Bu eksenlerin her biri, enerji harcarken robota ağırlık ve hacim kazandırır. Yapay zeka, görsel sistemler, kinestetik sensörler ve veri işleme hızlarındaki gelişmelerin tümü önemlidir. Ancak yeni nesil, başarılı insansı robotlar tasarlamak söz konusu olduğunda tork yoğunluğunu en üst düzeye çıkarmak, boyut ve ağırlığı en aza indirmek ve her bir robotik eklemde güç tüketimini azaltmaktan daha önemli hiçbir şey olamaz.
Servo Motor Gereksinimlerinin Anlaşılması
Motor boyutu, ağırlığı ve torku, insansı robot eklemleri için temel teknik özelliklerdir. Optimum yük-tork-hız değerinin hesaplanması, endüstriyel bir kolaboratif robot için nispeten basittir ancak insansı robotlar farklı zorluklar çıkarır.
İnsansı robotların eklemleri, bir kobotun nispeten dar hız aralığı dahilinde çalışmaz. Öngörülemeyen bir ortamda gezinen ve çalışma yürüten her bir insansı robot eklemi; sürekli, dinamik bir denge, hassasiyet ve güç dansı içinde çok hızlı, çift yönlü hızlanma (sıfırdan yüksek hızlara ve tekrar sıfıra) yeteneğine sahip olmalıdır.
Bu gereksinimler göz önüne alındığında, motorlar seçilirken sürekli tork ve hız dereceleri gibi geleneksel motor performansı ölçümlerinin kullanımı sınırlıdır. Bunun yerine ilgili ölçütlerin, motor sabitine veya Km'ye dayalı olması gerekir; bu da tork sabitinin (Kt) motor sarımlarındaki hattan hatta direncinin kareköküne bölünmesiyle (Km = Kt / karekök Rm) hesaplanır. Km, benzer boyuttaki motorlar karşılaştırılırken esas olarak motor verimliliğinin bir ölçümüdür.
Yüksek düzeyde verimli bir motor, minimum termal artışla çalışabilir ve böylece robotik bir eklemin dar sınırları dahilindeki motor ile yağlayıcılar ve elektronikler gibi ısıya duyarlı bileşenler için güvenilir performans sağlanmasına yardımcı olabilir. Motor ağırlığının gramı başına Km'nin hesaplanması aynı zamanda ihtiyacınız olan performansı sağlayacak en hafif motorları seçmeniz için de faydalı veriler sağlar.
Hafif, kompakt bir robotik eklemde torku optimize etmenin ilave bir yolu da D2L kuralından yararlanan motorlar kullanmaktır; bu kural esas olarak, moment kolu uzunluğunun iki katına çıkarılmasının motorun eksenel uzunluğunu etkilemeden torkta dört kat artışa yol açtığını belirtir. Diğer bir deyişle D2L, çok önemli olan eklem genişliğini minimumda tutarken motor çapındaki basit bir artışla daha güçlü bir eklem oluşturmanıza imkan tanır.
Uygun, Robot Uyumlu Motorların Seçilmesi
Robotların boyut, ağırlık ve performans gereksinimlerine göre özel olarak tasarlanan servo motorlar, mühendislik ekiplerinin daha yetenekli, daha pazarlanabilir bir insansı robot tasarlamasına ve oluşturmasına yardımcı olabilir. Robot uyumlu motorun tam örneği, Kollmorgen'in TBM2G serisi gövdesiz servo motorlarıdır.
TBM2G motorlar, her biri üç farklı yığın uzunluğuna göre optimize edilebilen yedi gövde boyutunda mevcuttur. Bu, genellikle yalnızca üç ila beş gövde boyutunda mevcut olan rakip motorlara kıyasla çok büyük bir avantajdır. Pek çok seçeneğe sahip TBM2G motorlar, robotun kullanım amacına bağlı olarak her bir robottaki her bir eklem için ideal boyut/ağırlık ve tork dengesini sağlayacak şekilde belirlenebilir.
İnsansı bir robotu oluşturan birçok robotik eklemi bir araya getirdiğimizde her bir eklemde ağırlık ve boyuttan sağlanan tasarruf, kendi ağırlığını desteklemek ve taşımak için çok daha az enerji gerektiren, önemli ölçüde daha hafif bir robot ortaya çıkarabilir. Kompakt, hafif, uygun boyutlu TBM2G motorlar bu mühendislik hedefine ulaşmak için idealdir.
Bu yenilikçi gövdesiz motorlar aynı zamanda mühendislerin insansı robot eklemlerinin hız ve tork talepleri doğrultusunda optimize edilmiş mekatronik çözümlere ulaşmalarına yardımcı olmak için gelişmiş malzemeler ve çoklu sarım seçenekleri de içerir. TBM2G gövdesiz servo motorlar şunları sunar:
- Yüksek performanslı robotik eklem gereksinimleri aralığında tutarlı tork ile çabuk hızlanma.
- D2L kuralından yararlanan form faktörleriyle daha küçük paket boyutlarında daha fazla sürekli tork.
- İnsansı robot kol ve bacaklarında gerekli olan son derece dinamik hareket için güvenilir tepki ve hassasiyet.
- 48 VDC ve altında güç ile çalışan mobil uygulamalarda çalışma aralığı dahilinde üstün enerji verimliliği.
- Yağlayıcıların, elektroniklerin ve diğer robotik eklem bileşenlerinin ömrünü uzatan düşük termal artış.
- Kodlayıcıları, kabloları, şaftları, araçları ve daha fazlasını barındırmak için geniş iç çaplı bir geçiş deliği.
TBM2G serisi, Kollmorgen'in kapsamlı gövdesiz motor çözümleri yelpazesine katılıyor. Kollmorgen'in robotik ve insansı robotlar konusundaki uzmanlığı hakkında daha fazla bilgi edinin ve ardından bir Kollmorgen robotik uzmanına danışmak için bizimle iletişime geçin. Birlikte geleceğin insansı robotlarının hayata geçirilmesine yardımcı olabiliriz.
