Mekanik: gripper'ı kur ve servoyu tanı

MODÜL 05 - Servo ve Gripper: Tut, Taşı, Bırak

Bu modülde robotun bir el kazanıyor. Bu ele gripper denir, yani tutucu. Bir nesneyi tutar, taşır ve bırakır. Gripper'ı hareket ettiren parça ise yeni bir motor türü: servo. Servoyu daha önce kullandığın DC motordan ayıran bir özelliği var ve bu dersin sonunda o özelliği kendi elinle keşfetmiş olacaksın.

Kanca: iki motoru elinle karşılaştır (9 dk)

Önünde iki motor var. Biri önceki modülden tanıdığın DC motor. Diğeri bu modülün yeni parçası, servo. Dıştan ikisi de motor, ama içleri çok farklı. Şu deneyi yap:

1. Önce DC motoru eline al. Ucundaki mili parmağınla hafifçe fiskele. Serbestçe döner, hatta bıraktığın hızla bir süre savrulur.
2. Şimdi servoyu al. Servonun üstündeki dönen çıkıntıyı (birazdan buna servo kolu diyeceğiz) yavaşça çevirmeyi dene. Zorlama. Hissedeceğin şey şu: kol kolayca dönmüyor, sana direniyor. Biraz çevirebilirsen bile, bıraktığın anda savrulmuyor; olduğu yerde duruyor.

Cevabı şimdi vermeyeceğim. Gripper'ı kurarken servonun bu inatçı davranışının aslında bir yetenek olduğunu göreceksin.

Sınıfça konuş (2 dk): Bir robot bir nesneyi tutup kaldıracaksa, motorun serbestçe dönmesini mi istersin yoksa istediğin noktada durup beklemesini mi? Tahminini bir cümleyle yaz; dersin sonunda buna döneceğiz.

Kur: gripper'ı servoya monte et (20 dk)

Şimdi gripper'ı kuracaksın. Aşağıdaki montaj videosu sessiz ve altyazılıdır; istediğin adımda duraklat, kendi hızında ilerle. Öğretmenin sınıfta dolaşıp takıldığın yerde yanına gelecek.

Önce parçaları tanı. Elinde şunlar var:

Servonun üç kablosuna da bak: turuncu sinyal kablosu, kırmızı besleme, kahverengi toprak. Bu derste kabloları hiçbir yere bağlamayacaksın; onları elektronik dersinde kuracaksın. Şimdilik sadece hangi kablonun hangisi olduğunu tanı.

Adımları izle, ama her adımda önce tahmin et, sonra dene ve gözle.

1. Servoyu tabana oturt. Servoyu gripper tabanındaki yuvasına yerleştir ve vidalarıyla sabitle. Servo yuvada oynamamalı; oynarsa parmaklar her kavrayışta biraz kayar.
2. Servonun orta konumunu bul. Bu adım dersin en kritik yeridir. Servo kolunu henüz takma. Servonun milini çok yavaşça bir yöne, direnç artana kadar çevir; bu bir uçtur. Sonra ters yöne, yine direnç artana kadar çevir; bu da diğer uçtur. Zorlamadan bu iki ucun tam ortasına gel. İşte servonun orta konumu burası. Tahmin et: Kolu bu ortada değil de bir uca yakın takarsan ne olur?
3. Servo kolunu orta konumda tak. Servo mili ortadayken servo kolunu mile geçir ve merkez vidasıyla sabitle. Kolun tam ortadayken tabana göre simetrik durmasına dikkat et. Dene ve gör: Kolu bir uca yakın takarsan, servo bir tarafa dönerken bol bol yer bulur ama diğer tarafa dönmek isteyince daha ilk hareketinde ucuna dayanır. Ortada takarsan iki yöne de eşit hareket eder. Parmakların hem tam açılıp hem tam kapanabilmesi buna bağlıdır.
4. Parmakları ve bağlantıları tak. İki parmağı taban üzerindeki mafsal noktalarına tak; serbestçe açılıp kapanabilmeliler. Sonra bağlantı kollarını bir uçtan servo koluna, diğer uçtan parmaklara tuttur.
5. Elle bir kez dene. Servo kolunu (servoyu zorlamadan, sadece mekanizmayı görmek için) hafifçe oynat ve iki parmağın birlikte açılıp kapandığını gör. Bir yerde takılma ya da sürtme varsa vidaları kontrol et.

Takıldıysan: En sık karşılaşılan durumlar aşağıda. Kendi gripper'ında bir sorun görürsen önce buraya bak.

Bu adımların sonunda servoya monte edilmiş, elle oynatınca parmakları açılıp kapanan bir gripper'ın olacak. Henüz koda geçmiyoruz; önce ne kurduğunu tam anlayalım.

Şimdi kavram: açıya giden motor (7 dk)

Kancada iki motoru elinle çevirdin ve farkı hissettin. Şimdi o farkın adını koyalım.

DC motor hız için yapılmıştır. Ona ne kadar güç verirsen o kadar hızlı döner ve sürekli döner. Onu yönetirken sorduğun soru "ne kadar hızlı ve hangi yöne?" olur. Robotun tekerleklerini bu yüzden DC motor çevirir.

Servo ise açı için yapılmıştır. Ona bir hız değil, bir hedef açı söylersin: "90 dereceye git." Servo o açıya döner ve orada durur. Kancada kolunu çevirmeye çalışınca diretmesinin sebebi buydu: içindeki elektronik, kolun bulunması gereken açıyı sürekli kontrol eder ve onu elle o açıdan uzaklaştırmaya çalışınca geri iter. Yani servonun "inatçılığı" aslında konumunu koruma yeteneğidir.

Bir gripper için tam da bu lazım. Bir nesneyi kavradığında servonun "işte bu açıda kal ve tutmaya devam et" demesini istersin. DC motor bunu yapamaz; onu durdurduğun anda tuttuğu şeyi bırakır.

Şimdi orta konumun neden kritik olduğu da netleşiyor. Servonun hareket aralığı sınırlıdır (yaklaşık bir yarım tur). Kolu bu aralığın ortasına takarsan, parmakları hem tam açacak hem tam kapatacak kadar yerin olur. Kolu bir uca yakın takarsan, servonun bir yöne gidecek yeri kalmaz ve gripper ya tam açılamaz ya tam kapanamaz.

Uygulama: parmak mekanizmasını incele (15 dk)

Servoyu bir kol çevirir. Ama gripper'ın iki parmağı var ve ikisi birlikte hareket ediyor. Tek bir kol, iki parmağı nasıl aynı anda açıp kapatıyor? Şimdi bunu kendi gözünle çözeceksin.

Gripper'ı eline al ve servo kolunu (yine zorlamadan, sadece mekanizmayı izlemek için) yavaşça oynat. Parmakların hareketini gözle ve şu soruları yanıtla:

1. Dişli mi, bağlantı mı? Parmakların birleştiği yere yakından bak. İki parmak, birbirine geçen dişlilerle mi hareket ediyor, yoksa servo kolundan gelen bağlantı kollarıyla (ince ara parçalar) mı itilip çekiliyor? Hangisini görüyorsun?
2. Yönler ters mi? Servo kolu bir yöne dönünce iki parmak birbirine mi yaklaşıyor (kapanma), yoksa birbirinden mi uzaklaşıyor (açılma)? Kol ters yöne dönünce ne oluyor?
3. Simetrik mi? İki parmak eşit mesafe mi hareket ediyor, yoksa biri diğerinden daha mı çok açılıyor?

Gördüklerini şu tabloya yaz:

Göreceğin şey şu: tek bir servo kolu, iki bağlantı ya da dişli aracılığıyla iki parmağa birden bağlanmış. Bu yüzden servoya tek bir açı komutu vermek, iki parmağı birlikte hareket ettirmeye yeter. Bir parmağı ayrı, diğerini ayrı yönetmen gerekmez; mekanizma bu işi senin yerine yapar. İyi tasarlanmış bir gripper'ın gücü buradadır: tek motor, tek komut, iki parmak.

Pekiştir ve kontrol et (6 dk)

Kendini kontrol et. Aşağıdakilerin hepsine "evet" diyebiliyor musun?

• Servo tabana sağlam oturdu; elle zorlayınca oynamıyor.
• Servo kolunu orta konumu bularak taktım.
• İki parmak da serbestçe ve simetrik açılıp kapanıyor.
• Servo kolunu elle oynatınca iki parmak birlikte hareket ediyor.

Şimdi dersin başındaki soruya dön: neden servo diretiyor ve bırakınca yerinde kalıyor? Cevabını açı ve konumunu koruma kelimelerini kullanarak bir arkadaşına anlat. Başta yazdığın tahminle karşılaştır: bir nesneyi tutup kaldırmak için serbest dönen bir motor mu daha iyiydi, yoksa açısını koruyan bir motor mu?

Günlük hayat bağı: Bir oyuncak arabanın uzaktan kumandayla sağa sola dönen ön tekerlekleri, bir robot kolunun belli açılarda duran eklemleri, bir uçağın kanat kapakçıkları... Hepsinde "sürekli dön" değil, "şu açıya git ve orada kal" isteyen bir servo iş başındadır. Senin gripper'ının da yaptığı tam olarak bu.

Erken bitirdiysen (ek görev)

• Aralık avı: Servo kolunu takmadan önce, servonun iki ucu arasındaki hareket aralığını dikkatle gözle. Sence bu aralık tam bir tur mu, yarım tur mu, daha mı az? Bir tahmin yaz. (Servoyu zorlamadan, sadece dikkatlice gözleyerek.)
• Kavrama testi (elle): Farklı kalınlıkta iki nesne seç (örneğin bir kalem ve bir silgi). Servo kolunu elle oynatarak parmakların her ikisini de kavrayıp kavrayamadığını dene. Gripper hangi kalınlığa kadar tutabiliyor? En büyük ve en küçük tutabildiği nesneyi bir cümleyle not et; bir sonraki derste servoya kod verince bu aralığı tekrar sınayacaksın.