Kinematik ve Dinamik (Robot Hareket Mekanizmaları)

Kinematik ve Dinamik (Robot Hareket Mekanizmaları)

Robotların fiziksel dünyada belirli bir hareketi gerçekleştirebilmesi, karmaşık matematiksel ve fiziksel modellerin arka planda hatasız çalışmasına bağlıdır. Robot hareketlerinin incelenmesinde iki temel alan öne çıkar: Kinematik ve Dinamik. Kinematik, robotu hareket ettiren kuvvetleri veya torkları dikkate almaksızın, sadece robot mekanizmasının geometrik konumunu, hızını ve ivmesini inceler. Dinamik ise bu hareketleri meydana getiren kuvvet ve torkları, kütle, atalet ve yerçekimi gibi fiziksel özellikleri de hesaba katarak analiz eder. Kinematik analiz kendi içinde "İleri Kinematik" ve "Ters Kinematik" olarak ikiye ayrılır. İleri kinematik, robot kollarındaki eklem açılarının (veya doğrusal eklemlerin mesafelerinin) bilindiği durumlarda, robotun uç işlevcisinin (end-effector) uzaydaki konumunun ve yöneliminin hesaplanması işlemidir. Bu işlem genellikle Denavit-Hartenberg (D-H) parametreleri gibi sistematik matris yöntemleriyle çözülür. Ters kinematik ise tam tersine, uç işlevcinin ulaşması gereken hedef konum bilindiğinde, bu konuma ulaşabilmek için her bir eklemin hangi açıda durması gerektiğinin hesaplanmasıdır. Ters kinematik probleminin çözümü çok daha zordur; çünkü bazen tek bir konuma ulaşmak için birden fazla eklem açısı kombinasyonu mümkün olabilir veya bazı konumlara ulaşmak tamamen imkansızdır (tekillik durumları). Dinamik analiz ise robotun kararlı bir şekilde hareket etmesi ve tasarlanan yörüngeyi hassas biçimde takip edebilmesi için gereklidir. Robot kollarının kütle dağılımları ve hız değişimleri nedeniyle oluşan merkezkaç kuvvetleri, coriolis etkileri ve eklem sürtünmeleri dinamik modelleme ile hesaplanır. Newton-Euler veya Lagrange formülasyonları kullanılarak elde edilen bu dinamik denklemler, robot kontrolcüsünün motorlara tam olarak ne kadarlık bir elektrik akımı (yani tork) göndermesi gerektiğini belirlemesini sağlar. Bu sayede robotlar, milimetrik hassasiyetle yük taşıyabilir ve yüksek hızlarda dahi dengesini koruyabilir.