Bilim Kurgunun Gerçek Olduğu Bir Kariyer: Robotik #1 “Endüstriyel Robotlar”

 Robotik alanda kariyer yaparken karşılaşacağınız robotlar ve bu kariyerle ilgili detaylı bilgi burada!

Bir robot hayal ettiğinizde aklınıza gelen ilk görüntü nedir? Birçok insan için Star Wars, Terminator film dizisi ve Star Trek filmlerinde gördüğümüz insanı taklit eden ve insana benzeyen makineler. Ancak bu tür robotlar hala yalnızca Bilim Kurgu dünyasında var. Günlük hayatımıza en fazla entegre olan robot türleri belki de yakından pek görme şansını bulamadığımız üretim amaçlı kullanılan ve tekrarlayan işlerin otomasyonunu yapan robotlar. Robotik kol olarak da adlandırılan bu robotlar dünya robot pazarının önemli bir kısmını kapsamaktadır¹ .

"Robot Adam - Bicentennial Man -1999" ünlü Robin Williams filmi

Üretim sektöründe kullanılan robotların temel amacı, üretimde insan hatasını azaltmak ve daha yüksek düzeyde güvenlik, hassasiyet, verimlilik ve tutarlılık sunmaktır. Bu yazının da ele alacağı temel konu endüstriyel robotları basitçe açıklamak ve bu alanda kariyer haritasının nasıl şekillendiği konusunda bir fikir oluşturmaktır.

Endüstriyel robotlar

"Zorla çalıştırma." Bu, 1920'lerde ilk kez ortaya çıkan "robot" için Çek kelimesinin tam anlamıyla tanımlanmasıdır. Kitap ve filmlerde kullanılan robot kelimesi ancak 1960'lı yıllarda bir otomotiv montaj fabrikasının üretim katına kurulunca gerçek anlamda karşılık buldu.

Daha bilimsel olarak, ISO 8373: 2012 endüstriyel bir robotu "otomatik veya kontrollü, yeniden programlanabilir, çok amaçlı bir manipülatör ve üç veya daha fazla eksende programlanabilen, endüstriyel otomasyon uygulamasında kullanmak için sabit veya hareketli olabilen "olarak tanımlamaktadır. Endüstriyel robotları tehlikeli veya tekrarlayan işleri yüksek hassasiyetle yerine getirebilecek iş gücü olarak görüyoruz.

Araba üretimindeki endüstriyel robotlar

İlk çalışan robot olan Unimate, 1961'de Ewing Township, New Jersey'deki General Motors fabrikasındaki montaj hattına katıldı. Kabarcıklı sıcak kapı kollarını ve diğer otomobil parçalarını soğutma sıvısı tanklarına bırakan otomatik bir kalıp döküm işlemini üstlenmişti. Son düzeltmeler ve cilalama işlemleri için bu parçaları işçilere götüren bir üretim hattında kullanıldı. Robotlar günümüz itibariyle, üretim ortamına girmesinden bu yana endüstrilerde endüstriyel işyerinde devrim yarattı. Çoğu endüstriyel robotun gerçekleştirmek üzere tasarlandığı özel görevler şunlardır:

• Ark Kaynağı

1980'lerde ark kaynağı veya robot kaynağı yaygınlaştı. Endüstride Robot kaynağına geçmenin itici güçlerinden biri, çalışanların ark yanıklarından korunma ve tehlikeli dumanları soluma güvenliğidir.

• Nokta Kaynak

Nokta kaynağı, metali eriten ve çok kısa bir sürede (yaklaşık on milisaniye) noktaya gönderilen kaynağı oluşturan noktadan büyük bir akımı yönlendirerek temas eden iki metal yüzeyi birleştirme operasyonudur.

• Malzeme/Materyal Taşıma

Malzeme taşıma robotları ürünleri taşımak, paketlemek ve seçmek için kullanılır. Ayrıca, parçaların bir ekipmandan diğerine aktarılmasında rol oynayan işlevleri de otomatikleştirebilirler. Doğrudan işgücü maliyetleri düşürülür ve geleneksel olarak insan emeği tarafından gerçekleştirilen yorucu ve tehlikeli faaliyetlerin çoğu ortadan kaldırılır.

• Sarf malzeme besleme

Parça işleme makinelerini beslemek için robotik otomasyon kullanılması işlemek ve süreci denetlemek için hammaddelerin makineye yüklenmesi ve boşaltılması işlemidir.

• Boyama

Robotik boyama, otomotiv üretiminde ve birçok metal endüstrisinde, ürünün kalitesini ve tutarlılığını arttırdığından kullanılır. 

• Toplama, Paketleme ve Paletleme

Özellikle hızlı tüketim sektörüne ürün üreten endüstrilerin ürünlerini paketleme ve paletleme süreçleri yine robotlar tarafından hızlı ve güvenli bir şekilde gerçekleştirilebilir.

• Mekanik Kesme, Taşlama, Çapak Alma ve Parlatma

İnsan el becerisinin hassaslığı da robotlara kazandırılmıştır. Bu sayede örneğin diz ve kalça eklemleri gibi ortopedik implantların seri üretimi de robotlar tarafından kolayca yapılabilmektedir. Kalça eklemini elle parlatmak normalde 45-90 dakika sürebilirken, robot aynı işlevi birkaç dakika içinde gerçekleştirebilir.

Bu örneklere ek olarak daha pek çok uygulama gösterilebilir. Endüstriyel robotlar hemen hemen bütün üretim yükünü üstlenerek "insansız" üretim yapabilen fabrikalara giden yolda başrol oynamaktadır.

Endüstriyel robotun tasarım bileşenlerine genel bakış: Hareket uzayı

Endüstriyel robot tasarımı: Elektrik, elektronik, makina, bilgisayar, fizik, metalurji, yazılım, kontrol, mekatronik… Bu uzayan giden pozitif mühendislik bilimlerinin ortak çalışması neticesinde tamamlanan bir süreçtir.

Endüstriyel robot tasarımının pek çok aşaması olduğu aşikar ve literatürde bu konuyla alakalı birikmiş pek çok kaynak mevcut fakat ben sadece işin geometrisinden bahsetmek istiyorum.Pozitif bilimlerin çoğunda olduğu gibi endüstriyel robot kolları da tasarım aşamasında doğadan ilham alınarak yapılmıştır ve insan kolu buradaki en büyük ilham kaynağı olmuştur. Kolumuzu eğer sadece omzumuzdan itibaren düşünecek olursak; eklemler ve rijit kemikler olarak modelleyebiliriz. Eklemler dönme hareketini sağlarken kemikler ise uzunlukları itibariyle hedef noktaya erişimimizi sağlamaktadır. Vücudumuzun sabit durduğu bir halde sadece omuz, dirsek ve bilek hareketleriyle aslında kısıtlı bir alana erişim sağlayabilmekteyiz. İşte bu erişim alanına erişim uzayı denmektedir. 

Bir robot kolunun erişim uzayı

Endüstriyel robot tasarımının geometrik olarak modellenmesinde ilk çıkarım noktası erişim uzayının belirlenmesidir. Bu aşamadan sonra ise robotun döner parçaları (joint) ve rijit parçaları modellenir. Bir robotun döner parça sayısı o robotun serbestlik derecesini belirlemektedir. Örneğin 3 adet jointi olan bir robotun 3 serbestlik derecesi (degrees of freedom) bulunur ve uç kısımdan gövde kısmına kadar her bir joint'in hareketi kendisinden önceki jointlerin hareketleriyle ilgilidir.

Yukarıdaki görsel 2 serbestlik derecesi bulunan bir robotun kesit çizimidir. Çizimden de görüleceği üzere, d2 rijit kısmın uç noktasının erişim uzayı d1 ile doğrudan ilgilidir. Örneğin sadece d2'yi ₂kadar döndürdüğünüzde aslında (x,y) uç noktası ₂+ ₁ açısı kadar yer değiştirmiş olur.

2 eksenli bir robotun aynı hedef noktasına farklı ulaşma şekilleri

Eksen sayısı arttıkça robotun erişim uzayının modellenmesi matematiksel açıdan kompleksleşir.

Diğer yandan bir robotun serbestlik derecesi arttıkça hedef noktasına ulaşması için kullanacağı senaryolarda artar. Yukarıdaki görselde 2 farklı konfigürasyon olarak gösterilmesi gibi robot kolu aynı noktaya farklı kinematik yer değiştirmelerle ulaşabilir. Bu farklı senaryoların oluşu özellikle çalışma alanında bir engel var ise o engele çarpmadan da o noktaya ulaşmayı sağlar.

İnsan kolunun serbest cisim diyagramı

Endüstriyel bir robotun erişim uzayının gösterimi

8 ve 6 eksenli robotların serbest cisim diyagramı

Robotun koordinat uzayının tasarımı ve modellenmesi başlı başına kompleks bir süreç oluştururken, bu hareketi istenilen hız ve ivme ile yapması, istenilen yükleri kaldırabilmesi gibi dinamik hesaplar (statik, mukavemet, atalet momenti vb.) dinamik hesapların istenilen hassaslık ve çözünürlükte uygulanabilmesi için servo motorların ve diğer elektronik bileşenlerin tasarımı, kararsızlık ve gecikmeleri önlemek için kontrol algoritmaları gibi yine kendi içerisinde pek çok disiplini barındıran tasarım aşamaları sonucunda programlanabilir bir endüstriyel robot üretilmiş olur.

Yakın gelecekte ne olacak?

Pek çok bilim insanı ve teknoloji gurusunun kabul ettiği bir düşünce; yapay zeka ve robotların 22.yüzyılda insan ve toplum kavramlarının odak noktasında olacağı ve hatta belki de tıpkı Matrix filminde olduğu gibi insanlığı ele geçireceği… Belki de bunu görmek için bir yüz yıl ileriye gitmeye gerek olmayabilir zira bu metni büyük bir ihtimalle "dijital" bir ortamda okumaktasınız ve muhtemelen bir gününüzün önemli bir kısmı bu dijital ortamda bulunarak geçiyor. İlla ki Matrix'teki gibi robotların insanları köleleştirdiği bir dünya olmayabilir 22. yüz yıl, tam bu esnadaki gibi arkasından ışık çıkan bir ekrana bakmak veya özenerek çektiğimiz fotoğrafları albüme bastırmak yerine harf ve sayı kombinasyonlarıyla bulutta bir yerlere saklamak gibi pasifize olmuş bir insana dönüştürebilir bizi. Örneğin; sabah kahvaltısı olarak almamız gereken hapları bize servis eden robotlar, bizi otonom sürüş ile işimize götüren bir araba, arabadayken izlememiz gereken filmleri bizim genetik ve nörolojik analizimize göre bize izleten akıllı sanal gerçeklik gözlükleri, iş yerinde almamız gereken kararları bize önceden hazırlayan akıllı asistanlar… Bu listenin sonu yok elbette fakat verdiğim örneklerin tamamı şu anda üzerinde sayısız araştırmacının çalıştığı ve büyük bütçeleri olan projeler ve bu sebeple büyük ihtimalle bizi olmasa da çocuklarımızı ya da torunlarımızı böyle bir yüz yıl bekliyor.

Teknoloji tarihçileri son 50 yıldaki gelişmelerin son 500 yıldaki gelişmelere oranla daha hızlı olduğunu belirtiyorlar ve bu hızın eksponansiyel olarak artmaya devam edeceğini de ekliyorlar. Devasa bir teknolojik gelişim çağında olduğumuz aşikar ama kişisel görüşüm bu gelişme hızının da bir doyum noktasına ulaşacağı. Hayır, elbette Amerikan başkanı gibi daha fazla bir şey icat edilemez görüşünde değilim ama tıpkı Moore's yasasında olduğu gibi üretim teknolojisinin gelişiminin de bir doyuma ulaşacağını düşünüyorum.Böyle olmasa bile Dünya'nın kaynaklarının bu kadar insana yetmeyeceğine karar verecek olan uluslararası örgütler teknolojik araştırma ve geliştirme faaliyetlerinin yapılmasına bir sınır koymaları olası. Fakat diğer yandan, bütün bu söylediklerim olana kadar biz kesinlikle bu hızlı gelişim çağını yaşayacağız. 

İnsanlığın bitmek bilmeyen yalnızlığı ve robotlar

Kabul etmemiz gereken bir gerçek varsa o da şüphesiz insanlık sürekli ürüyor ve ömrünü de uzatmaya çalışıyor.Daha çok şey tüketmek, daha çok şey tecrübe etmek istiyor. Bundan 30 yıl önce Çin'in Şantung bölgesindeki bir balıkçının en büyük hayali Pekin'e gidebilmek iken, aynı balıkçı şimdi internette gördüğü bir denizaltı radar sistemiyle daha çok balık yakalayabileceğini, bu yakaladığı balıkları konserve yaparak yine internetten daha karlı olarak satabileceğini ve bu sayede kazandığı daha çok parayla internette gördüğü Roma'ya tatile gitme hayalleri kuruyor ve gidiyor da. Yeşilçam filmlerinde sıkça duymuşsunuzdur: "Ceketimi satarım seni yine okuturum." cümlesini. Aslında bunu söyleyen kişi sadece cebimde param olmasa da bir şeylerimi satarım demek istemiyor, o zamanlar ceket ikinci el olsa bile iyi para ediyor çünkü ceket kumaşları özel dokuma tezgahlarında üretildikten sonra terziler tarafından dikiliyor ve insanlar tarafından üretildiği için de ceketler kişisel gelire oranla pahalı. Oysa günümüzde robotlar ve otomasyon sayesinde ceket seri üretilebilen bir tekstil ürünü ve herkesin evinde bulunuyor . Bu tarz örnekler çoğaltılabilir elbette ama otomasyon sistemleri ve robotlarla yapılan üretimle, çok daha hızlı olmaları ve 7 gün 24 saat çalışabilmeleri sayesinde birim zamanda daha verimli ve daha çok üretim yapılabiliyor bu sayede satın aldığımız ürünlerin fiyatları daha ucuz olmuş oluyor.

Endüstriyel robot kariyer olanakları

 Son yıllarda robotik alan giderek istikrarlı bir şekilde büyüyor ve robot mühendisleri ve onları destekleyenlerin talebinin önümüzdeki 5 yıl içinde% 13'ten daha fazla artması bekleniyor. Bu teknolojiyle ilgili maliyetler azaldıkça, daha fazla organizasyon bu dereceden geleceği daha da aydınlatan bu kaynaklardan faydalanacaktır.

STEM alanları (Bilim, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik). ABD Ticaret Bakanlığı'na göre, STEM mesleklerinin 2018 yılına kadar% 17 oranında artması beklenirken, STEM işçileri STEM dışı mesleklerdeki meslektaşlarından% 26 daha fazla kazanıyor. STEM işleri 2000'den 2008'e kadar% 7.9 oranında büyürken, STEM dışı işler o dönemde sadece% 2.6 arttı. Ayrıca STEM çalışanları, benzer eğitim seviyesine sahip meslektaşlarına göre% 12 - 60 arasında daha fazla kazanıyor.

Robotik alanı yalnızca bu robotların tasarımını değil, tasarlanmış ve raf ürünü olarak satılan robotların programlanması ya da satışı ve satış sonrası hizmetleri gibi pek çok kariyer olanağı sağlıyor.

Seri üretimin kapasitenin artması ihtiyacı, ürünlerin fiyatlarını sabit ve daha uygun tutma gereksinimi, hatasız ve güvenli üretim konuları önemini her geçen gün artırıyor. Bu sebeple bu teknolojinin geliştirilmesi ve yaygınlaştırılması gerçek bir kariyer fırsatı olarak önümüze çıkmakta. Diğer yandan açık kaynak kod yaklaşımları ve bilginin kolay erişilebilir olması da robotik alanında inovasyon yapmayı kolaylaştırıyor.

Çoklu disiplinlerin bir araya geldiği robotik dünyası, hemen hemen her alanda insanlara ihtiyaç duyuyor ve bütün veriler gösteriyor ki önümüzdeki yüz yılın en geçerli istihdam alanlarından biri olmayı garantilemiş durumda.

References:

Üretim Teknolojisi Derneği (AMT)
Otomasyon Federasyonu (AF)

• IEEE Robotik ve Otomasyon Topluluğu

• Amerikan Otomatik Kontrol Konseyi (AACC)

• Uluslararası Otomasyon Derneği (ISA)

• Paketleme ve İşleme Teknolojileri Derneği

Referanslar: 

[1]: https://ifr.org/downloads/press2018/Executive_Summary_WR_2018_Industrial_Robots.pdf

[2]: https://pdfs.semanticscholar.org/f6bb/e98675fbc728bcff61ff5164a706f34e006e.pdf

Bu yazı BinYaprak misafir yazarları Emre Dikmen tarafından yazılmıştır. Teşekkürler Emre!