Nerede hareket orada bereket

Hassas motorlar robotlarda yapay kas görevini üstleniyor. maxon motor 500W’a kadar DA sürücü ve sistemler üzerine uzmanlaşmış bir firma. Bu teknolojiye ve pratik kullanımına bir bakışı siz okurlarımızla paylaşıyoruz. Kol bükmek, el uzatmak, parmakları açmak ve bunları öne geriye oynatmak. Düşünün bir kere. Sadece “güle güle” derken basitçe sallanan bir el bile birkaç eklemin aynı anda hareketi anlamına geliyor. İnsanlarda vücut hareketleri kasların kasılması veya gevşetilmesi ile gerçekleştiriliyor. Buna karşılık, bir robotun hareket edebilmesi için başka yöntemler kullanılması gerekiyor. Bu yöntemlerin başında da elektrik motorları geliyor; genelde doğru akım (DA) motorları. DA motorlar saat yönünde veya aksi yönde dönerek hareket sağlar. Ancak gerçek hayat uygulamalarında, bir robotun hareket etmesini sağlamak hiçbir zaman anlatıldığı kadar kolay değildir. Robotlarda hareket sekansı hassas, dinamik ve verimli bir şekilde gerçekleştirilmelidir. Aynı zamanda, robotlarda kullanılan parçaların her biri çeviklik ve enerji tasarrufu sağlamak açısından mümkün olduğu kadar küçük ve hafif olmalıdır. Bu durum insanlarınkinden çok farklıdır. Robotlarda kullanılacak sürücü sistemleri hassas, kompakt ve verimli olmalıdır. maxon motor’un ürün gamında bulunun çekirdeksiz DA motorlar bu gereksinimleri en ideal şekilde karşılarlar. Silindirik maxon DA motorunun merkezinde çekirdeksiz rotor ve kendini taşıyabilen bir bakır bobin bulunur. Bu teknolojinin birçok avantajı vardır Tetik torku: Demir çekirdekleri olmadığı için çekirdeksiz DA motorlar tetik torkundan (cogging torque) yoksundur. Bu tasarım düşük hızlarda bile yumuşak, rotorun istenilen konuma getirilmesi için basit kontrol, düşük titreşim ve az gürültülü çalışma sağlar. Yüksek verimlilik: maxon DA motorlarında statörün manyetizasyonu kalıcı olarak kazınmıştır ve motorların çekirdeksiz rotora sahip olması demir çekirdek kayıplarını neredeyse tamamen ortadan kaldırır. Demir kayıpları faaliyet süresince demir çekirdeğin yeniden magnetizasyonu ve burada oluşan endüksiyon akımından kaynaklanan güç kayıpları olarak tanımlanır. maxon sürücüleri %90 ve üzeri verimlilikleri ve tipik olarak <50mA’lik yüksüz akımları ile pille çalışan uygulamalar için oldukça uygundur. Düşük endüktans: maxon motorları demir çekirdekten meydana gelen yüksek ek endüktanstan muaftır. Komütatör akımın yönünü değiştirirken daha az manyetik enerjiye gereksinim duyar. Komütatör ile fırça arasında temas ortadan kaldırıldığında oluşan ark ise daha az belirgindir. Bu nedenlerden dolayı, maxon DA motorlar uzun hizmet süresine sahip oldukları gibi daha düşük elektromanyetik parazite sebep olurlar. Kompakt tasarım: maxon motor’un çan şeklindeki silindir motorları demir çekirdekli motorlara göre daha az kütle ataletine sahiptir. Bunun sonucunda yüksek güç yoğunluğu (gücün hacme oranı), kompakt, hafif motor konstrüksiyonu ve başlama zamanının birkaç milisaniye ile ifade edildiği hızlı ivme özellikleri ortaya çıkar. Robotik uygulamalarından örnekler: İki ayaklı robot İnsan hareketini taklit etmek oldukça kompleks bir proses olduğu için androidler olarak da adlandırılan iki ayaklı robotların hayata geçirilmesi için uzun bir zaman geçmesi gerekti. İnsan vücudu değişen destek noktalarına ve diğer birçok faktöre paralel olarak kendi ağırlık merkezini sürekli ayarlayabilen bir yapıya sahiptir. Bu durum androidler üzerinde çalışanlar için büyük bir problem oluşturur. İki ayak üzerinde duran robotlar teoride kararsızdır. Bunun nedeni vücut ağırlık merkezinin bel hizasında olması ve ayakların yer ile temas ettiği alanın göreceli olarak küçük bir alana sahip olmasıdır. Örnek olarak engebeli arazi şartları veya dışarıdan gelebilecek en küçük müdahale bile robotun tepetaklak olmasında etkin rol oynar. Bu ve benzeri zorlukların üstesinden gelebilecek bir çözüm aşağıdaki örnekte belirtilmiştir. Android “Albert Hubo” yürüyebilir, konuşur, ve mimiklerini dahi değiştirebilme yeteneğine sahiptir. Holywood film stüdyolarında geliştirilen “Frubber” isimli bir materyal sayesinde insan benzeri bir görünüme sahiptir. Albert Hubo aktif eklemlere (degrees of freedom) sahip olup, 137cm boyu ve 57kg tartısıyla tamamen akü gücüyle faaliyet gösterir; eğlence sektörü ve düşkünlere yardım amaçlı geliştirilmiştir. Yüz ifadelerini gerçekleştirmek ve vücudu harekete geçirmek üzere birçok elektrik motoru kullanılmıştır. Sadece robotun yüzünde sevinç, üzüntü, kızgınlık, heyecan gibi ifadeleri gerçekleştirmek üzere 28 adet motor bulunur. Yumuşak vücut hareketleri ise fırçalı ve fırçasız maxon DA motorları aracılığıyla sağlanır. Bu bağlamda, 14 sürücü kolları, 10 sürücü elleri, 10 adet sürücü ise bel ve bacakları hareket ettirir. Kullanılan hassas motorların çapları 10 ila 40mm arasında değişir. Örneğin, daha küçük çapa sahip motorlar parmaklarda kullanılırken daha büyükleri bacaklarda ve vücutta kullanılırlar. Kol protezleri Kollarını kaybeden insanlar için bir bardaktan tekrar su içebilmek veya yardım almaksızın bir kapıyı açabilmek gibi bu uzuvlara sahip insanların hiç düşünmeden kolayca gerçekleştirdikleri eylemler ciddi bir sorun olabilir. En azından bu durum bugüne kadar öyleydi. Yeni geliştirilen bir kol protezi sayesinde fiziksel engelli insanlar artık günübirlik aktivitelerine başkalarının yardımı olmadan devam edebilecekler. Viyana’daki araştırmacılar düşünce yoluyla eyleme geçirilebilen bir kol protezi geliştirdiler. Bu “akıllı” protez kesilen kolda bulunan sinir uçlarının devreye sokulmasıyla hareket yetisine sahip. Protez, kullanıcıya yedi aktif eklem noktası sağlayarak birçok eylemi yerine getirmesine olanak veriyor. Eklemler aynı anda devreye sokulabiliyor. Mevcut protezleri kullanırken öğrenilmesi gereken yöntemlerde artık rafa kalkıyor. Çünkü, hastalar artık sadece sezgilerini sinir sistemi aracılığıyla protez kola iletiyor ve protez kol gerekeni yapıyor. Sinir uçlarını ortaya çıkarmak üzere cerrahi müdahaleye ihtiyaç bulunuyor. Bu cerrahi müdahale sayesinde protez kolu harekete geçirecek ve insan kolunun hareketinde kullanılan sinir uçları seçiliyor. Kontol sinyalleri protez milinde bulunan elektrotlar tarafından taşınıyor. Protez içindeki elektronik analitik proses alınan sinyallerini dönüştürerek istenilen hareketin gerçekleşmesini sağlıyor. maxon sürücüleri Otto Bock tarafından imal edilen kol protezinde hassas el ve parmak hareketlerini gerçekleştiriyor. Sürücüler iki parmak sonu eklemi, yumruk (metacarpophalangeal) eklemi ve başparmak eklemini harekete geçiriyor. Kullanılan fırçasız DA motorların düşük güç tüketimi ve hafifliği proteze geniş bir hareket olanağı tanımak için önemli rol oynuyor.