projeler · robot proje · 2013-01-07 · OTOKON Bilişim Ekibi

Merdiven çıkan robotun yapılmasındaki amaç, çeşitli eylemleri gerçekleştirebilecek bir mobil robot ortaya çıkarmaktır. Tasarlanan projede, robotun ana devresinin bulunduğu bir gövde, bu gövdeye bağlı olan dört bacak ve ayaklarda tekerlekler bulunmaktadır. Robotun dört bacağının ikisi yalnızca omuzdan hareket edebiliyorken diğer ikisi omuz ve dirseklerden hareket edebilmektedir.

Üzerinde tartışılan birçok seçenek arasından aşağıdaki tasarımın seçilmesinde, projenin soruna çözüm bulmaya mühendislik çerçevesindeki yaklaşımı, tasarımın çok farklı boyutlardaki basamakları aşabilecek durumda olması ve projede kullanılan materyallerin maliyetinin olabilecek en düşük seviyede olması etkili olmuştur.

Robotun merdiven çıkma süreci ayaklardaki motorların, dirseklerin ve omuzların birtakım hareketleri sonucunda işleyecektir. Robot, üzerindeki sensör sayesinde basamağa yaklaştığını anlayacak ve merdiven çıkma sürecini otonom olarak başlatacaktır. Robotun basamağa olan uzaklığını uygun şekilde ayarlamasından sonra, ilk olarak ön bacak omuzdan hareket ederek basamağın yüksekliği kadar kaldırılıp üst basamağa oturtulacaktır. Daha sonra robot, ön ve arka ayaklarının yere basmasıyla kendini dengelerken sağ ve soldaki iki bacağını yukarı kaldıracaktır. Bu bacaklar yukarı kaldırılırken dirsekler kapatılarak ayaklardaki tekerleklerin yere paralel kalması sağlanacaktır. Robot bu şekilde bir miktar daha ilerleyerek yan bacaklarını da üst basamağa oturtacaktır. Üç bacağının da üst basamağa oturmasıyla ağırlık merkezinin ön tarafta kalmasını sağlayan robot, arka bacağını da basamak yüksekliği kadar kaldıracak ve arka ayağı basamağa oturana kadar ilerledikten sonra bacak ve dirseklerini ilk haline döndürerek kendini düzeltecektir. Bir basamağın aşıldığı bu sürecin yaklaşık dokuz saniye sürmesi öngörülmektedir.

Mobil robotlarda mekanik tasarım stabil çalışma açısından çok önemlidir. Bu projede robotun bacak ve dirseklerinin hareketi için kontrol devrelerini içinde bulunduran ve 180 derece dönme açısına sahip elektromekanik hareketlendiriciler olan servo motorlar; ayaklardaki tekerleklerin hareketi için ise fırçalı DC motorlar kullanılacaktır.Bacak ve dirsek hareketlerinin optimizasyonu için bu hareketlendiricilerin iyi sabitlenmesi gerekir. Bu projede servo motorların omuzlarda sabitlenmesi için özel aparatlar üretilmiş ve robotun sağlamlığı için şasede malzeme olarak alüminyum kullanılacaktır.

Projenin elektronik kısmına sensör ve ana devre dâhil edilebilir. Robotun basamağa olan uzaklığı SHARP firmasının analog çıkış veren bir adet GP2D12 model sensörü kullanılarak ölçülecektir. Sensör, verici kısmından kızılötesi ışınlar yayar, karşısındaki engele çarparak geri dönen bu ışınların miktarını ölçerek 0-5V aralığında analog çıkış verir. Projede ise bu analog çıkış gerekli doğrusallaştırma hesapları yapıldıktan sonra uzaklık ölçümü olarak kullanılacak ve robotun basamağa yaklaştığını anlaması sağlanacaktır.

Sensörden aldığı bilgiyi değerlendirerek bacakların hareketini sağlayan ve robotu kontrol eden ana devre için ise Arduino firmasının Micro model kartı kullanılacaktır. Kartın üzerinde ARM tabanlı Atmega32u4 mikrokontrolörü bulunmaktadır. Kartın çalışma gerilimi 5V olmakla birlikte üzerindeki mikrokontrolörün 7’si PWM çıkışı olabilen 20 dijital giriş/çıkış bacağı, 12 analog giriş bacağı bulunmaktadır.

Robotun güç ihtiyacı ise 11.1V 1550mAh Lithium-Polymer pil ile sağlanacaktır. Bu gerilimin mikrokontrolör, sensör ve servo motorların çalışma gerilimi olan 5V’a düşürülmesinde ise LM2576 entegresi ile tasarlanan regülatör devresi kullanılmıştır.

Robotun programlanmasında ise Arduino’nun kendi derleyicisiyle birlikte açık kaynak kodları kullanılacaktır. Sensörden gelen analog çıkış mikrokontrolörün analog giriş bacağına verilerek ADC (Analog-Digital Converter) modülü yardımıyla okunacaktır. Servo motorların giriş sinyali ise mikrokontrolörün dijital çıkış bacaklarına verilerek motorların dönmesi PWM (Pulse-Width Modulation) modülü kullanılarak üretilen kare dalgalarla kontrol edilecektir.