MEKATRONĐK NEDĐR? Mekatronik Sistemlerin Genel Şeması

Transkript

1 MEKATRONĐK NEDĐR? Mekatronik; makine, elektrik, elektronik, kontrol sistemleri teknolojisi programları ile bilgisayar yazılım bilim dallarının bir bütünlük içinde algılanmasına dayanan yeni bir bilim dalıdır. Mekanik, elektrik ve elektronik, kontrol sistemleri teknolojisi bileşenlerinden oluşan ön verileri elektronik algılayıcıları (sensörleri) ile algılayan verileri yorumlayan ve işleyen mikroişlemciler ile gerekli tepkileri veren tahrik elemanları (aktüatörler) mekatronik sistemleri oluşturmaktadırlar. Günümüzde yaygın olarak kullanılan fotoğraf makinaları, videolar, çamaşır-bulaşık makinaları, bankamatikler ve CD ler gibi ürünler en basit mekatronik sistemlerdir. Algılayabilen, ölçen ve karar veren ve bu karar yönünde hareket eden otomatik makinalar (yani mekatronik sistemler) tıpta, tarımda, bankacılıkta, madencilikte, makine sanayinde ve bir çok alanda çağdaş otomasyon teknolojilerini tanımlayan örnekleri oluşturan mekatronik uygulamalardır. Mekatronik Sistemlerin Genel Şeması

2 Mekatroniğin Doğuşu ve Gelişimi Mekatronik ilk kez 1960'ların sonunda Japonya'nın Yaskawa Elektrik Şirketi'nde görevli bir mühendis tarafından elektrik motorlarının bilgisayarla kontrolünün sağlanması için kullanılmıştır. Temelde ise "mekanik" ve "elektronik" kelimelerinin uygun bir şekilde parçalanması ve bu parçaların birleştirilmesi ile bu kelime ortaya çıkmıştır. Bu kavram Japonya'dan yola çıkarak tüm dünyaya yıllar ilerledikçe yayılmaya ve yerleşmeye başlamıştır. Dünyada artan uygulamalarıyla gelişen mekatronik, lisans ve master programlarıyla da üniversitelerde desteklenmektedir. Türkiye'de ise maalesef çok yavaş bir şekilde endüstriyel ve akademik kabul görerek, çalışma ve pratikte ilerlemektedir. Birçok mühendis mekatroniğin robotikten oluştuğunu iddia etmektedir. ılk robotik kollar, hareketlerini algılayıcılarla geri besleme olmadan düzgün bir biçimde gerçekleştiremiyordu. Bununla birlikte, kinematikdeki ilerlemeler dinamik, kontrol, algılayıcı teknolojisi ve üst düzey programlamayla, gelişimleri desteklenmiştir. Aynı zamanda, modern teknolojiler, robotları daha esnek ve kullanışlı hale getirmiştir. Böylece, her tür makina ve sisteme adaptasyonları ve yüksek performansla çalışmaları sağlanmıştır. 1970'lerde mekatronik, daha çok servo teknolojinin kullanıldığı, otomatik kapı açıcılar, otomatik odaklamalı kameralar gibi ürünlerde kullanılmıştır. 80'li yıllarla birlikte, bilgi teknolojisinin hayata girişiyle, mühendisler mekanik sistemlerin performansını arttırmak için mikroişlemciler kullanmaya başladılar. Sayısal denetimli makinalar ve robotlar daha da yaygınlaştı ve bunların otomotiv uygulamalarında, elektronik motor kontrolü ve ABS fren sistemleri kullanılmaya başlandı. 90'lara gelindiğinde, iletişim teknolojisi de oluşan bu bilgi karışımına eklendi ve üretim hatlarının büyük network ağlarına bağlanması gerçekleşti. Bu, özellikle robot sistemlerinin, uzaktan kontrollu biçimde işletimine olanak sağladı. Aynı zamanda, daha küçük algılayıcı ve kumanda teknolojileri de artan bir şekilde yeni ürünlerde kullanılmaya başlandı. Otomobillerin hava yastıklarının açılmasını kontrol eden küçük silikon ivmelendirme algılayıcıları gibi mikroelektromekanik sistemler ise son zamanlarda kullanıma sunuldu II

3 Mekatroniğin Uygulama Alanları: Mekatronik genel olarak, bilgisayar kontrollü sistemlerin veya elektromekanik sistemlerin, ürün tasarımında ve/veya üretiminde görev alan hem endüstri hem de akademik kariyerli mühendisler tarafından kullanılmasıyla uygulanır. Birden fazla mühendislik branşının ortak kullanımıyla birlikte gelişmesi, içinde yeraldığı mühendislik branşlarının da ilerlemesini sağlamaktadır. Mekatronik, aslında yeni bir kavram değildir. En son teknolojilerin, daha çok işleve sahip ve uygulaması kolay olan ürünlerin proseslerini dizayn etmek için, basit olarak makina mühendisliğine, kontrol teorisine, bilgisayar bilimine ve elektroniğe uygulanmasıdır. Buradan da anlaşılacağı gibi teknoloji geliştikçe mekatronik ilerler, böylece teknoloji daha da gelişir. Yani arada sürekli bir çevrim vardır ve bu çevrim dışarıya açık olup, çeşitli mühendislik ve bilimlerle de etkileşim halindedir ve bunların gelişmesine katkıda bulunur. Mekatroniğin kullanımıyla ilgili en güzel örneklerden biri bilgisayar disk sürücüsüdür. Hızlı cevaplama, doğruluk ve sağlamlık gibi özelliklerle mekatroniğin kullanım amaçlarına uygun niteliklere sahiptir. Bilgisayar disk sürücüleri, mekatronik uygulamalarının ilk örneklerindendir. Bu makinalar, çok hızlı bilgi aktarımına ve hassas pozisyonlamaya sahip olup, değişken sistem etkilerine de dayanıklıdırlar. Mekatronik Tasarım Ürünleri Çağdaş mekatronik teknolojisi ürünleri, bir veya bikaç mikroişlemci çevresinde yerleştirilen duyucular (sensörler), eyleyiciler (motor sistemler), ve tüm sistem veya makinayı merkezi veya dağınık yapıda denetleyebilen bilgisayar programlarından oluşmaktadır. Bu tanıma uygun sistem ve makinalar kendisine tanımlanan çevreyi gözlemlemekte, çevredeki değişimleri algılamakta, ve algıladığı bilgileri yorumlayarak gerekli motor sistemler yardımı ile çevresini değiştirebilmektedir. Mekatronik makinalar mekanik işlevsellik ile tümleşik algoritmik denetimi beraberce içeren ürün ve sistemlerdir. Gelişmiş mekatronik ürünler basit makinalar yerine çevrelerini değiştirebilen bilgisayar sistemlerine dönüşmüştür. Doğal olarak bu yapıdaki makina ve sistemler akıllı davranışlar göstermektedir. Mekatronik ürünlerde yer alan yazılımlar genellikle yapay zeka tekniklerini kullanmakta ve böylece mekatronik tasarım ürünleri, basit işlevsel makinalar yerine, çeşitli koşullara uyum sağlayabilen yetenekli sistemlere dönüşmektedir. III

4 Mekatronik Mühendisliğinin önde gelen uygulama alanları şunlardır: Üretim Mühendisliği Tarım Robotları Otomotiv Endüstrisi Mikro Sistemler (MEMS) Uçan Robotlar Robot Görme Endüstriyel otomasyon Gezer Robotlar Akıllı Silah ve Silah Sistemleri Endüstriyel Robot Kollar Mikro robotlar Mekatronik tasarım felsefesi, özellikle yüksek teknoloji ürünü akıllı makina ve sistemlerde uygulanmaktadır. Bu makina ve sistemlerin bazı örnekleri şunlardır : Taşıtlarda hava yastığı güvenlik sistemleri, ABS fren sistemleri, uzaktan kumandalı kapı kilitleri, sürüş ve seyir denetimi, motor ve güç sistemleri denetimi, yolcu güvenlik sistemleri, ve taşıt araçlarındaki benzer sistemler, NC, CNC, AC v.b. tezgahlar, hızlı protip üretim tezgahları, ve benzeri otomatik üretim tezgahları, Fotokopi makinaları, faks makinaları, elektronik daktilolar, ve benzeri büro makinaları, MR cihazları, atroskopik cihazlar, ultrasonik problar, ve benzeri diğer tıbbi cihazlar, Otomatik odaklamalı fotoğraf makinaları, Video kameraları, Video, CD ve DVD göstericileri, CD kayıt ve benzeri kişisel kullanım amaçlı elektronik cihazlar, Lazer yazıcıar, Sabit disk kafa konumlayıcıları, Teyp sürücü ve yükleyicileri, CD okuyucu ve yazıcıları, ve benzeri bilgisayar aksesuarları, IV

5 Kaynak robotları, Fabrika içi kendinden yönlenmeli araçlar (AGV), Uzay araştırmalarında kullanılan robotlar, Askeri amaçlı mayın imha robotları, bomba taşıyıcıları, ve benzeri gezer robotlar, Uçuş denetim eyleyicileri, Đniş sistemleri, Kokpit kumanda ve cihazları, ve benzeri hava taşıtları sistemleri, Garaj kapısı otomatik açma sistemleri, Güvenlik sistemleri, Đklimlendirme denetim sistemleri, ve benzeri ev ve büro uygulamaları, Çamaşır makinaları, Bulaşık makinaları, Otomatik buz makinaları, ve benzeri ev uygulamaları, Değişken hızlı matkaplar, Sayısal tork anahtarları, ve benzeri takımlar, Malzeme test cihazları, ve benzeri laboratuar cihazları, Bar kodlu sistemler, Konveyör sistemleri, ve benzeri fabrika otomasyon sistemleri, El ve otomatik kumandalı hidrolik krenler ve benzeri malzeme taşıma ve inşaat makinaları, Otomatik etiketleme, Kalite denetiminde kamera, ve benzeri kalite denetimi ve paketleme uygulamaları, Video oyunları ve Sanal gerçeklik uygulamalarında gerçek girdi denetim sistemleri. V