ORANSAL BASINÇ REGÜLATÖRLERİ

Paralel Robot Teknolojisine Genel Bakış

Paralel robotlar, 1965’teki uçuş simülasyonu için kullanılan Steward platformuna dayanan ve 1978’de Prof. Hunt tarafından önerilen bir konsepttir. Seri robotlara kıyasla paralel robotlar, yüksek rijitlik (stiffness), yüksek yük/ağırlık oranı, homojen yük dağılımı, pozisyon hatalarının birikmemesi ve kolay kuvvet geri beslemesi gibi önemli avantajlara sahiptir. Bu özellikler, onları yüksek hassasiyet, büyük yük ve nispeten küçük çalışma alanı gerektiren uygulamalar için ideal kılar.

Paralel robotun yapısı, üst ve alt düzlemsel eklemlerden oluşur; bu eklemler, her iki ucunda bilyalı eklemler bulunan bir dizi teleskopik bağlantı çubuğuyla birleştirilir. Bu yapı, üst platformun üç boyutlu uzayda hareket etmesini ve dönmesini sağlar.

Pnömatik Tahrikin Yükselişi

Geleneksel olarak, çoğu paralel robot, hareket aktüatörleri olarak vidalı miller (screw rods) veya elektro-hidrolik servo silindirler kullanır. Ancak, tahrik üniteleri arasındaki hareketler bağımsız olmadığından, çok sıkı bir kombinasyon ilişkisi sürdürmek zorundadırlar. Herhangi bir bağlantıdaki hareket hatası, kontrolün başarısızlığına yol açabilir.

Elektronik, malzeme bilimi, kontrol teorisi ve sensörler gibi bilim ve teknolojideki gelişmeler sayesinde, pnömatik bileşenlerin performans ve fonksiyonlarındaki büyük iyileşmeler, Elektronik Kontrollü Basınç Regülatörü (EPPR) kontrol teknolojisini hızla geliştirmiştir. Oransal/servo kontrol valfinin merkezinde yer aldığı EPPR kontrol sistemi, sürekli değişen basınç ve akışın yüksek hassasiyetli kontrolüne olanak tanıyarak pnömatik tahrikin paralel robotlarda uygulanabilirliğini artırmıştır.

Hidrolik Regülatörün EPPR ile Değişimi

Çalışmamızda, hidrolik kontrollü basınç regülatörü, paralel robot aktüatörünün iletim ortamı olarak daha esnek ve toleranslı bir elektronik kontrollü basınç regülatörü ile değiştirilmiştir. Bu, maliyetleri, gürültüyü ve kirliliği büyük ölçüde azaltırken, hız ve ivme tepki hassasiyetini korur.

Tek Silindirli Kontrol Sisteminin Kapalı Döngü Mekanizması

Paralel robot sisteminin temelini oluşturan tek silindirli kontrol sistemi, EPPR’nin yüksek hassasiyetli kontrol yeteneğini kullanarak piston konumunu sürekli olarak izler ve ayarlar.

Tüm kontrol süreci, üst ve alt bilgisayarların senkronize çalışmasıyla gerçekleşir:

1. Hedef Konum Belirleme: Silindirin istenen uzatılmış konumu, üst bilgisayardaki analog çözücü (solver) tarafından hesaplanır ve alt bilgisayara iletilir.
2. Sinyal Dönüşümü: Alt bilgisayar, bu hedef konumu bir D/A (Dijital-Analog) kartı aracılığıyla voltaja (0~10V) dönüştürür ve elektronik kontrollü basınç regülatörüne çıktı olarak gönderir.
3. Akış Kontrolü: Elektronik kontrollü basınç regülatörü, voltajın büyüklüğüne göre valf açıklığının boyutunu ve yönünü kontrol eder ve pistonun hareketini sağlamak için silindire hassas gaz akışını gönderir.
4. Geri Bildirim Toplama (Konum ve Basınç):
   • Pistonun hareket pozisyonu, yer değiştirme sensörü tarafından algılanır ve geri bildirim voltajı bir A/D (Analog-Dijital) kartı ile alt bilgisayara iletilir.
   • Pistonun her iki ucundaki gaz basıncı, hava basınç sensörü tarafından algılanır ve geri bildirim voltajı A/D kartı ile alt bilgisayara iletilir.
5. Gerçek Zamanlı Ayarlama: Alt bilgisayar, geri bildirim değerlerine göre elektrik oransal valfinin kontrol voltajını gerçek zamanlı olarak ayarlar, böylece silindir hedeflenen konuma doğru bir şekilde ulaşır.
6. Platform Düzeltmesi: Platformun pozisyon sinyali, platform pozisyon sensörü tarafından üst bilgisayara geri beslenir ve platformun pozisyonu üst bilgisayar tarafından daha da düzeltilir.

Performans İyileştirmeleri

EPPR kontrol sistemine PI (Oransal-İntegral) kontrolü eklenmesi, sistemin rijitliğini önemli ölçüde artırır ve izleme performansını iyileştirir. Bu kurulum, 0.1Hz ila 5Hz frekans aralığında iyi bir yörünge izleme performansı sergiler.

Örneğin, otomobil süspansiyon sisteminin test platformu modelinde, çok yüksek yer değiştirme doğruluğuna ihtiyaç duyulmamakta, ancak hız ve ivme tepki hızı (acceleration response speed) daha kritiktir. Geniş bir silindir kullanıldığında, tüm sistemin yük kapasitesi büyük ölçüde artırılırken, sistemin frekans tepkisi 5 ila 10Hz’e ulaşarak test platformunun gereksinimlerini karşılayabilir.

6 Serbestlik Dereceli (6-DOF) paralel platformun pnömatik tahrik ve EPPR ile kullanılması, hidrolik basıncın ve vidalı millerin gerektirdiği altı aktüatör arasındaki katı hareket kombinasyon ilişkisinden kaynaklanan kontrol zorluğunu ortadan kaldırarak maliyet ve performansta önemli bir gelişme sağlamıştır.