Mechatronics Turkish Presentations

MEKATRONİK SİSTEMLER

Prof.Dr. Fatih M. Botsalı

AMAÇLANAN MÜFREDAT GİRİŞ VE KAVRAMLAR ALGILAYICILAR (Duyucular/Sensörler) EYLEYİCİLER (Actuators) MODELLEME VE SİSTEM CEVABI OTOMATİK KONTROL ANALOG VE DİGİTAL ELEKTRONİĞİN TEMEL İLKELERİ MEKATRONİK ENSTRUMENTASYON VE ARAYÜZLER HESAPLAMA YAPAY ZEKA-MAKİNA GÖRMESİ MEKATRONİK TASARIM PROJE

MEKATRONİK Ürün ve proses tasarımında makina mühendisliği, elektrik/elektronik mühendisliği, ve bilgisayar mühendisliğini eş amaçlı olarak tümleşik yapıda kullanan mühendislik dalıdır.

MEKATRONİK

MEKATRONİK Chicago State University "field of study that combines the fundamentals of Mechanical, Electrical, and Computer Engineering" Clemson University "the blending of software [and] hardware for the design [and] analysis of advanced control techniques" Design with Microprocessors for Mechanical Engineers (book) "science that integrates mechanical devices with electronic controls" Industrial Research and Development Advisory Committee of the European Community "synergistic combination of precision engineering, electronic control and systems thinking in the design of products and manufacturing processes." Introduction to Mechatronics and Measurement Systems (book) "the interdisciplinary field of engineering dealing with the design of products whose function relies on the integration of mechanical and electronic components coordinated by a control architecture."

MEKATRONİK Journal of Mechatronics "the synergistic combination of precision mechanical engineering, electronic control and systems thinking in the design of products and manufacturing processes" Loughborough University (United Kingdom) "Mechatronics is a design philosophy that utilizes a synergistic integration of Mechanics, Electronics and Computer Technology (or IT) to produce enhanced products, processes or systems." ME Magazine "the synergistic use of precision engineering, control theory, computer science, and sensor and actuator technology to design improved products and processes" "simply the application of the latest techniques in precision mechanical engineering, controls theory, computer science, and electronics to the design process to create more functional and adaptable products." Mechatronical Secondary Vocational School (Budapest, Hungary; source: EGK) "integration of mechanics, electronics and intelligent computer controlling in the field of planning and starting production and processes, where all the three subjects continuously help and increase each other's effects."

MEKATRONİK Mechatronical Secondary Vocational School (Budapest, Hungary; source: EGK) "integration of mechanics, electronics and intelligent computer controlling in the field of planning and starting production and processes, where all the three subjects continuously help and increase each other's effects." Mechatronics - Electromechanics and Controlmechanics (book) "crossdisciplinary [field] ... that simultaneously involves mechanics, electronics, and control of computer-integrated electromechanical systems" Mechatronics - Electronic Control Systems in Mechanical Engineering (book) "integration of electronics, control engineering and mechanical engineering" Mechatronics - Electronics in produts and processes (book) "an integrating theme within the design process [combining] electronic engineering, computing and mechanical engineering" Mechatronics - Mechanical System Interfacing (book) "the application of complex decision making to the operation of physical systems"

MEKATRONİK Mechatronics Engineering (book) "preplanned activity to consider electrical, mechanical, and software constraints over the product life cycle in a simultaneous manner early in the development process" Mechatronics System Design (book) "methodology used for the optimal design of electromechanical products" North Carolina State University Course "the synergistic intergration of precision mechanical engineering, electronic control and systems thinking in the design of intellegent products and process." Rensselaer Polytechnic Institute "the synergistic combination of mechanical engineering, electronics, control systems and computers, all integrated through the design process." University of California at Berkeley "a flexible, multi-technological approach in the integration of Mechanical Engineering, Computer Engineering, Electronics, and Information Sciences"

MEKATRONİK University of Linz "technical systems operating mechanically with respect to at least some kernel functions but with more or less electronics supporting the mechanical parts decisively" University of Twente (The Netherlands) "technology which combines mechanics with electronics and information technology to form both functional interaction and spatial integration in components, modules, products and systems." University of Washington "the integrated study of the design of systems and products in which computation, mechanization, actuation, sensing, and control are designed together to achieve improved product quality and performance." Virginia Polytechnic Institute "Mechatronics is concerned with the blending of mechanical, electronic, software, and control theory engineering topics into a unified framework that enhances the design process."

MEKATRONİK

MEKATRONİK

MEKATRONİK

MEKATRONİK

MEKATRONİK

MEKATRONİK TARİHÇE 1962 Japon Yaskawa 1970- servo teknoloji (vending makinaları, autofocus kamera) 1980- embedded microprocessors N/C, CNC tezgahlar, robotlar, elektronik kontrollü makinalar, ABS sistemi 1990- iletişim teknolojisi uzaktan robot kontrolü, mikro mekanik sistemler

MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ






NEDEN MEKATRONİK Yeni ürün geliştirme süreleri eskiye göre daha kısa Yeni teknolojiler kısa sürede ucuzlamakta Yeni ürünler piyasaya sürülmekte Pazara rakiplerden daha erken girmek gerekli, Müşteri isteklerindeki hızlı değişim Özel müşteri isteklerinin karşılanması işlevsel elemanların değişimi ile mümkündür

NEDEN MEKATRONİK Daha kısa ürün geliştirme çevrimleri, Daha düşük maliyet, Daha yüksek ve iyileştirilmiş kalite, Daha yüksek güvenilirlik, İyileştirilmiş performans, yüksek esneklik, Müşteri için daha yararlı özellikler,

MEKATRONİK Ayrı disiplinleri birleştiren bir disiplindir Ürüne yönelik bir yaklaşımdır Yeni endüstriyel uygulamaları içerir Müşteri istekleri, müşteri tatmini ve insan konforu ön plandadır

BEKLENTİLER Mekatronik Mühendisliği hızla gelişecek, temel bir eğitim dalı olacak Mekatronik tasarımlar ağırlık kazanacak Makina Mühendisliği, Elektrik Mühendisliği, ve Elektronik Mühendisliği kendi alanlarına çekilecek Yeni mühendislik dalları ortaya çıkacak Mini ve mikro boyutlu makinalar ağırlık kazanacak Internet denetimli makinalar Tıp, savunma sanayi, robotlarda önemli gelilşmeler Müşterilerin özel isteklerine uygun ürünler geliştirilecek Mekatronik gelişmenin sosyal hayata etkileri olacak

MEKATRONİK SİSTEM

MEKATRONİK SİSTEM

BİLGİ İŞLEME Programmable Logic Controller (PLC) • Micro-controllers (µp) • General purpose processors (PC) • Digital Signal Processors (DSP) • Field Programmable Gate Array (FPGA)

MEKATRONİK SİSTEM

MEKATRONİK SİSTEM

MEKATRONİK SİSTEM

MEKATRONİK SİSTEM

TERİMLER

MEKATRONİK TASARIM Mekanik ve kontrol sistemi tasarımını ortak yürüterek, tasarımla ilgili çözümün her iki açıdan da optimum hale getirilmesini hedefler. Bu yöntemle, makina ve sistem tasarımı, daha başlangıç aşamasında, mekanik sistem ve kontrol sistemi ile bir bütün olarak ele alınır. Optimum çözüme ilgili tüm disiplinlerin katkısı sağlanır.

MEKATRONİK TASARIM

MEKATRONİK TASARIM

MEKATRONİK TASARIM

MEKATRONİK TASARIM ÜRÜNLERİ Hareketli Robotlar Robot Kollar Akıllı Makinalar Gözlem ve Bilgilendirme Cihazları

MEKATRONİK TASARIM ÜRÜNLERİ Hareketli Robotlar Çevre algılama ve gezinme yetenekleri olan, özel bir işlem ile ilgili donanıma sahip veya yük taşıyabilen; fabrika içinde yük taşıyan araçlar, duvara tırmanan araçlar, yeraltında dolaşan robotlar, engebeli arazide dolaşan robotlar, askeri amaçlı robotlar, denizaltı robotları ve benzeri sivil ve askeri robotlar. Akıllı Makinalar mikromakinalar, tarım ürünleri için akıllı hasat, kalite kontrol, sınıflandırma ve paketleme makinaları, beyaz eşya endüstrisinde yeni nesil akıllı makinaların üretimi, yeni nesil akıllı otomobiller v.b. ürünler bu grupta düşünülmektedir. Görüntü Işleme ve Nesne Algılama Sistemleri: Montaj hatlarında kalite kontrol işlemleri, montaj veya sınıflandırma amacı ile nesneleri ayırt etme, tarım ürünlerinde kalite kontrol ve sınıflandırma gibi çok çeşitli uygulamalar. Ses Algılama ve İşleme: Biyomekanik konularından güvenlik konularına kadar çeşitli mühendislik uygulamaları bulunmaktadır. Laser/Optik Sistemler: Sivil ve askeri amaçlı çeşitli uygulamalar. Akıllı Ölçüm Cihazları: Bütün bilim dalları ve tıp için çeşitli ölçüm ve denetim cihazları bu kapsamdadır.

MEKATRONİK TASARIM ÜRÜNLERİ Normal Boyut Uygulamaları >25 mm Mini (robot) Uygulamaları 10-25 mm Mikro (robot uygulamaları) <10 mm

MEKATRONİK TASARIM ÜRÜNLERİ Üretim ve İşlem otomasyonu Tıp uygulamaları Savunma Sanayii Güvenlik sistemleri Tehlikeli işler Eğitim ve eğlence

MEKATRONİK SİSTEMLERDEN İSTENİLEN ÖZELLİKLER Kararlılık: – Salınım mı yapacak yoksa bilinmeyen bir cevap mı elde edilecek ? –Yapısal olarak kararlı mı? Gürbüzlük: – Sistem veya çevre parametrelerindeki değişikliklere dayanıklı mı ? – Belirsizlik ve sinyal gürültüsü ne düzeyde ? – Küçük değişikliklerde çalışamayacak hale gelir mi ?

MEKATRONİK SİSTEMLERDEN İSTENİLEN ÖZELLİKLER Cevap hızı: – İstenilen hızda cevap verecek mi ? – Yüksek frekanslı değişikliklere dayanıklı mı ? Enerji verimliliği: – İstenilen işi en az enerji tüketimi ile yapabiliyor mu ? – Sistemi çalıştırmak için gerekli eyleyici gücü sağlanmış mı ?

MEKATRONİK SİSTEMLERDEN İSTENİLEN ÖZELLİKLER • Güvenilirlik – Bazı arızalara rağmen çalışmaya devam ediyor mu? –Arızalar arası ortalama süre • Ekonomi – Yatırım Maliyeti - İşletme Maliyeti - Bakım Maliyeti

MEKATRONİK SİSTEMLERDEN İSTENİLEN ÖZELLİKLER Hassasiyet, çözünürlük, tekrarlanabilirlik: -İstenilen hassasiyet, çözünürlük, tekrarlanabilirlik sağlanıyor mu? Diğer: -Boyut, ağırlık -Gürültü -Görünüş

SENSÖRLER MEKATRONİK SİSTEMLER DERSİ

Prof .Dr. Fatih M. Botsalı

MEKATRONİK SİSTEM MİMARİSİ HESAPLAMA ELEMANI

Kontrol Yazılımı

BİLGİSAYAR

ADC

DAC

Sinyal İşleme ve Amplifikasyon

SENSÖR

EYLEYİCİ DİNAMİK SİSTEM

DUYULAR Görme Gözler aracılığı ile gerçekleşir. Optik süreçler bu duyuda rol oynar. Duyma Kulaklar aracılığı ile olur. Akustik süreçler sonucunda gerçekleşir. Dokunma Deri aracılığı ile merkezi değil dağınık bir algı olarak gerçekleşir. Temel mekanik ve ısı algılayıcılarının etkisi ile oluşturulur Koku Burun aracılığı ile elde edilir. Gaz fazındaki kimyasal süreçler bu duyuyu oluşturur. Tat Dil aracılığı ile elde edilir. Sıvı fazda gerçekleşen kimyasal süreçlerin sonucudur.

SENSÖRLER (ALGILAYICILARDUYUCULAR) Tranducer: Giriş enerjisini belirli bir kurala uygun olarak çıkış enerjisine dönüştüren elemandır. Sensör: Giriş sinyalini belirli bir kurala uygun olarak elektriksel sinyale dönüştüren transducerdir.

SENSÖR ÇEŞİTLERİ AKTİF Algılamak amacıyla fiziksel ortama sinyal gönderen sensörlerdir. Sinyal gönderebilmek için bir güç kaynağına ihtiyaç duyarlar.(Örn:ultrasonik, fotoemitörlü sensörler) PASİF Algılamak amacıyla fiziksel ortama her hangi bir sinyal göndermeyen sensörlerdir. (Strain gage, termokupıl)

BAZI SENSÖRLER

BAZI SENSÖRLER

SENSÖR ÖZELLİKLERİ Doğruluk(Accuracy):Ölçülen ve gerçek değer

arasındaki uyumdur. Çözünürlük(Resolution): sensörün algılayabileceği en küçük giriş değeridir. Hassasiyet (Sensitivity): Sensörün gösterebileceği en küçük değerdir. Tekrarlanabilirlik:Aynı ölçümü aynı şartlarda birkaç defa yapılması halinde ölçülen değerler arasındaki farkın ifadesidir. Kapasite (Range) : Ölçülebilen değişkenin en küçük ve en büyük değerleri arasındaki bölgedir. Doğrusallık (Linearity): Girişle çıkış arasındaki ilişkinin doğrusal ilişkiye ne kadar yakın olduğunu belirtir.

SENSÖR ÇEŞİTLERİ Yakınlık (Proximity)

Mekanik-Optik-Endüktif-Kapasitif-Hall etkisi Ultrasonik-fotoelektrik-fotoiletken-fotovoltaik Hız-İvme LVDT-Potansiyometre-Takometre-Encoder Kuvvet-Basınç Strain gage, piezoelektrik Titreşim piezoelektrik-Akselerometre Sıcaklık Termokupıl-Termistör-IR

ELEKTRİKSEL SENSÖRLER Endüktif Kapasitif Hall etkisi Fotoelektrik Fotoiletken Fotovoltaik LVDT Potansiyometre Manyetometre Piezoelektrik İonizasyon

OPTİK SENSÖRLER İnterferometrik

ALGILANAN DEĞİŞKENE GÖRE SENSÖR TÜRLERİ Manyetik Algılayıcılar Pusula Manyeto İndüktif Algılayıcılar Manyetik Direnç Algılayıcıları (MR)magnetoresistive sensor Hall Etkisi Algılayıcıları Nükleer Manyetik Rezonans (NMR)

ALGILANAN DEĞİŞKENE GÖRE SENSÖR TÜRLERİ İvme Ölçerler Mikromekanik Silikon Basınç Ölçerler Mambranlı tip Mekanik Sıcaklık Ölçerler Termoçiftler (Termokupıl) Termistörler Pirometreler

ALGILANAN DEĞİŞKENE GÖRE SENSÖR TÜRLERİ Nem Ölçerler Honeywell Philips Ölçerleri Işık Algılayıcıları Fotoelektrik Fotoiletken Fotovoltaik Gaz Fazı Algılayıcılar İonizasyon Akustik Algılayıcılar Ses Algılayıcıları Ultrasonik Algılayıcılar

ALGILANAN DEĞİŞKENE GÖRE SENSÖR TÜRLERİ Jiroskoplar Döner Kütle Sistemleri (Cimbal) Silikon Mesafe Ölçerler Laser Ultrasonik Mikrodalga

YAKINLIK SENSÖRLERİ Takım Tezgahları, Konveyörler,

robotlar (sayma, sıralama, Digital çıkış (1,0) Optik-mekanik-elektriksel kısım, amplifikatör, çıkış devresi

MEKANİK YAKINLIK SENSÖRLERİ


Limit switch Kapı açık/kapalı Var/Yok Temas gerekir


OPTİK YAKINLIK SENSÖRLERİ





ULTRASONİK YAKINLIK SENSÖRLERİ

ULTRASONİK YAKINLIK SENSÖRLERİ

ENDÜKTİF VE KAPASİTİF YAKINLIK SENSÖRLERİ Endüktif (Manyetik maddeler) Kapasitif (Metal olmayan

maddeler)

ENDÜKTİF SENSÖR

ENDÜKTİF SENSÖR

KAPASİTİF SENSÖR

YER DEĞİŞTİRME-POZİSYON VE HIZ LVDT (Lineer değişken diferansiyel

transformer) Potansiyometre Enkoder Takometre

POTANSİYOMETRE

POTANSİYOMETRE

Sargılı Cermet Plastik Film

DOĞRUSAL POTANSİYOMETRE

LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER (LVDT)



OPTİK ENKODER

OPTİK ENKODER

MUTLAK ENKODER

TAKOMETRE

KUVVET VE BASINÇ ÖLÇÜMÜ

Genellikle bir yer değiştirmenin ölçülmesi ilkesine dayanır. LVDT veya strain gage kullanır.

KUVVET VE BASINÇ ÖLÇÜMÜ

STRAIN GAGE

YÜK HÜCRELERİ (LOAD CELL)

MİNYATÜR YÜK HÜCRELERİ

PIEZO YÜK HÜCRESİ

BASINÇ ÖLÇÜMÜ

DOKUNMA *

İVME

ÜÇ EKSENLİ AKSELEROMETRE

SİLİKON AKSELEROMETRE

JİROSKOP

SİLİCON JİROSKOP

SİLİKON JİROSKOP

GLOBAL KONUM BELİRLEME SİSTEMİ (GPS) ABD 1960 24 uydudan oluşan bir sistem Her bir uydu yedekleri ile birlikte 12 saatlik

yörüngelerde bulunur. Zaman ve kimlik bilgileri ile yörünge parametreleri hakkında düzenli yayın yaparlar Böyle bir sistem her uyduda son derece iyi saatlerin olmasını gerekli kılar. Eğer bir GPS aygıtı üç uydu ile iletişim kurabilirse enlem, boylam ve zaman bilgisi alabilir. Bir dördüncü ile yükseklik bilgisi de alınabilir.

GLOBAL KONUM BELİRLEME SİSTEMİ (GPS) Ana üsleri Colorado da olan 3 yer anteni ile,

dünya çevresindeki 5 gözlem istasyonu sayesinde bu sistem çalışmaktadır. Bu üsler yörüngeye dair parametreler ile ilgili ölçümler yapıp düzeltmeler yüklerler. Bu amerikan resmi saati ile uydulardaki saatlerin senkronizasyonunu sağlar. GPS'e paralel bir rus sistemi vardır: GLONASS (Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) bu sistem 53 uydudan oluşur, onlarda GPS uyduları gibi 12 saatlik yörüngelerde hareket ederler. Piyasada iki sistemi de destekelyen alıcılar bulmak mümkündür. İki kademeli sinyal edinimi söz konusudur:

GLOBAL KONUM BELİRLEME SİSTEMİ (GPS) CA Kodu Kaba edinim, sivil erişime açıktır, SPS Standart Pozisyon Servisi olarak adlandırılır. 100 metreye kadar hata yapabilen bir sistemdir, 2 Mayıs 2000 de son verilmiştir. P Kodu Kesin Pozisyon Servisi PPS olarak adlandırılır ve halkın kullanımına kapalıdır. Bir kaç santime kadar kesin bilgi verebilmektedir.

GLOBAL KONUM BELİRLEME SİSTEMİ (GPS) P Kodu halka kapalı olmasına rağmen, ilginç bir

yöntemle ondan faydalanmak mümkündür. Bu yöntemde bilinen ve bilinmeyen noktalarda sinyal faz farkı karşılaştırılır. Gizli L2 ve L1(CA) sinyali kullanılabilir. Sinyali deşifre etme ihtiyacı olmadığından bu mümkündür. L1-L2 sinyali arası fark başka türlü düzeltilemeyen iyonosferden kaynaklanan gecikme etkilerini giderebilir. Bu şekilde 1mm'e kadar kesin bilgi alınabilir. Ancak bu yöntemde yükseklik tipik olarak daha kötü sonuçlar verecektir çünkü geometri bu tarz üçgenler kullanarak yapılan yer saptamalarda dikey düzlemde kötü sonuç vermektedir. GPS de taşınan bilgi miktarı son derece sınırlı olduğundan uydu antenlerine oranla dar bant kullanarak gürültüden kurtulabilmektedir. Kodlama yöntemi ise fazla miktarda ek bilgi içerdiğinden gürültüden oluşan hatalar büyük oranda tamir edilebilir.

MEKATRONİK SİSTEMLER DERSİ

EYLEYİCİLER Prof.Dr. Fatih M. Botsalı

ELEKTROMANYETİK EYLEYİCİLER DOĞRUSAL(lineer) EYLEYİCİLER Lineer motorlar Lead Screw Solenoid DÖNEL EYLEYİCİLER DC Motorlar AC motorlar Step Motorlar

EYLEYİCİLERİN MUKAYESESİ DC Motorlar(Kalıcı mıknatıslı fırçalı) Avantajları Hızlı ve hassas Küçük Boyut Polarite değişikliği ile ters dönme Pozisyon ve hız kontrolüne uygun Ucuz Geri beslemeli kontrole uygun

EYLEYİCİLERİN MUKAYESESİ DC Motorlar(Kalıcı mıknatıslı fırçalı) Dezavantajları Yüksek hız ve düşük momentlidir. Bu nedenle dişli kutusu vb. hız düşürücü kullanımını gerektirir Fırçaların ömrü vardır Patlayıcı ortamda tehlikelidir Kilitleme yapamaz bu nedenle fren gerektirir Kalkışta yüksek akımdan dolayı ısınma olur

EYLEYİCİLERİN MUKAYESESİ DC Motorlar(fırçasız Motorlar(fırçasız) ) Ek avantajları Giriş voltajı anahtarlaması fırça yerine devrelerle yapılır Uzun ömürlüdür, az bakım gerektirir Daha az komplekstir ve ucuzdur

EYLEYİCİLERİN MUKAYESESİ DC Step Motorlar Avantajları Açık çevrim kontrole uygundur Ucuzdur Uzun ömürlüdür, az bakım gerektirir

EYLEYİCİLERİN MUKAYESESİ DC Step Motorlar Dezavantajları Enerji verimliliği düşüktür Titreşim olur Yüksek hızda ve yük altında gürültülü çalışır Adımlar sabittir Kilitleme yapamaz bu nedenle fren gerektirir Kalkışta yüksek akımdan dolayı ısınma olur

EYLEYİCİLERİN MUKAYESESİ AC Motorlar Avantajları Kalıcı mıknatıs kullanmaz En uzun ömürlü ve en az arıza yapan motorlardır Pozisyon ve hız kontrolüne uygundur

EYLEYİCİLERİN MUKAYESESİ AC Motorlar Dezavantajları Yüksek hız ve düşük momentlidir. Bu nedenle dişli kutusu vb. hız düşürücü kullanımını gerektirir Hız kontrolü için inverter veya karmaşık elektronik devreler gerektirir Kilitleme yapamaz bu nedenle fren gerektirir

EYLEYİCİLERİN MUKAYESESİ Hidrolik eyleyiciler (Dönel veya lineer) Avantajları Boyutuna göre yüksek kuvvet ve momentler elde edilir Kendi kendine kilitleme yapar Hassas kontrol edilebilir Kalkışta hız kontrolü kolaydır Patlayıcı ortamda çalışmaya uygundur Düzgün hız elde edilir Yavaş ve hantaldır

EYLEYİCİLERİN MUKAYESESİ Hidrolik eyleyiciler (Dönel veya lineer) Dezavantajları Özellikle kontrol elemanları pahalıdır Yağ sızdırma olabilir Gidiş ve dönüş hatları olmasını gerektirir Yavaş ve hantaldır

EYLEYİCİLERİN MUKAYESESİ AC Motorlar Dezavantajları Yüksek hız ve düşük momentlidir. Bu nedenle dişli kutusu vb. hız düşürücü kullanımını gerektirir Hız kontrolü için inverter veya karmaşık elektronik devreler gerektirir Kilitleme yapamaz bu nedenle fren gerektirir Hidrolik eyleyiciler (Dönel veya lineer)

EYLEYİCİLERİN MUKAYESESİ Pnö Pnömatik Eyleyiciler (Dönel ve lineer) Avantajları Ucuzdur Yüksek hızlıdır Çevreyi kirletmez ve patlayıcı ortamlarda kullanılabilir Kuvvet kontrol uygulamalarına uygundur Dönüş hattı gerektirmez

EYLEYİCİLERİN MUKAYESESİ Pnö Pnömatik Eyleyiciler (Dönel ve lineer) Dezavantajları Havanın sıkıştırılabilir olması kontrol hassasiyetini olumsuz etkiler Çıkış havasından dolayı gürültülüdür

EYLEYİCİ ÇALIŞMA BÖLGELERİ

SOLENOİD Çalışma bölgesi 0-25 mm Genellikle valfler, röleler vb. uygulamalarda kullanılır

ELEKTRİK MOTORLARI

DC MOTORLAR

DC MOTORLAR Kalıcı Mıknatıslı Motorlar Fırçasız DC NMotorlar

DC MOTORLAR Lorentz Kanunu

DC MOTORLAR

DC MOTORLAR Kalıcı Mıknatıslı DC motor (Manyetik alan Stator sargısı ile sağlanabilir)

FIRÇASIZ DC MOTOR

DC MOTORLAR

Eşdeğer DC Motor Devresi

DC MOTOR HIZ KONTROLÜ

Sabit Yükte Giriş Gerilimi Hızla Orantılıdır

DC MOTOR HIZ KONTROLÜ

DC SERVOMOTORLAR

İŞ ZAMANI MODÜLASYONLU DC MOTOR HIZ KONTROLÜ

Giriş voltajı 1 kHz den yüksek frekanslı olursa hız ve torkta titreşim olmaz

İŞ ZAMANI MODÜLASYONLU DC MOTOR HIZ KONTROLÜ

ADIM (STEP) MOTORLAR Yapısal açıdan DC motorla çok benzemekle beraber bobin sargı sayısıyla sarım şekli değişmektedir. Bu sayede motor adım adım ilerletilebilmekte ve herhangi bir adımda durdurulabilmektedir.

STEP MOTORLAR

STEP MOTORLAR

STEP MOTORLAR

STEP MOTORLAR Tek Kutuplu (Unipolar) İki Kutuplu (Bipolar) Bipolar ve Unipolar adım motorları arasındaki en büyük farklılık bobin sarımları ve bobinlerin bağlantı şekilleridir.

STEP MOTORLAR Akımın geçebileceği birden fazla bobin sargısıı vardır bu sargıların sayısı artırıldıkça adım atabilme yetisi yani açısal dönüşü o kadar küçülür. örneğin 4 ayrı sargılı fakat 100 parçalı bir adım motoru bir devirde 100*4 = 400 adım atabilir açısal olarak ise 360/400 = 0,9 derecedir.

STEP MOTORLAR

AC MOTORLAR

AC MOTORLAR

AC MOTORLAR

AC MOTORLAR Tek Fazlı Indüksiyon AC Motorlar Üç Fazlı AC Motorları

AC MOTORLAR HIZ KONTROLÜ Yıldız-Delta Kalkış Hız Kontrolü YıldızYıldız bağlantıda akım delta bağlantının 1/3 üdür Giriş frekansının değiştirilmesi (inverter) Rotor direncinin değiştirilmesi Stator Voltajının Değişitirlmesi

LİNEER MOTORLAR

LİNEER MOTORLAR

LİNEER MOTORLAR

ELEKTRİK MOTORLARI

SERVOMOTORLAR

HİDROLİK EYLEYİCİLER

HİDROLİK EYLEYİCİLER Hidrolik Silindirler Hidrolik motorlar

HİDROLİK DEVRE ELEMANLARI

HİDROLİK SİLİNDİR

HİDROLİK SİLİNDİR

HİDROLİK VALFLER

DİGİTAL AKIŞ KONTROLÜ

HM HIZ KONTROLÜ

HİDROLİK MOTORLAR

HİDROLİK DEVRE

SERVOVALF KONTROL EDİCİLER

PNÖMATİK EYLEYİCİLER

Pnömatik Silindirler



PNÖMATİK ELEMANLAR

PNÖMATİK DEVRE

PİEZO EYLEYİCİ

PİEZO EYLEYİCİ

ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLAR

MEKATRONİĞE GİRİŞ

VERİ TOPLAMA VE ENSTRUMENTASYON Prof.Dr. Fatih M. Botsalı

VERİ TOPLAMA (DATA ACQUISITION) Mikroişlemci VERİ

Mikrokontroler PC IPC Single Board Computer

A R A Y Ü Z L E M E

ARAYÜZLEME ELEMANLARI

RSRS-232 RSRS-485 USB BUS ADC DAC MULTIPLEKSER SAMPLE--HOLD SAMPLE

STANDARTLAR

VERİ TRANSFERİ PARALEL VERİ VERİ TRANSFER TRANSFERİ İ: Her bit için al alııcı ve verici aras arasıında bir ba bağ ğlantı lantı vard vardıır ve tüm veri ayn aynıı anda gönderilir.Veri Hazı Hazır (DA) ve Veri Kullanıılıyor/ Haz Kullan Hazıır de değ ğil (DU/NR) arasıında Handshake olur. Bu sinyaller aras vasııtas vas tasııyla al alııcı ve verici haberle haberleş şerek veri gönderilip gönderilmeyeceğ gönderilmeyeceğine karar verirler.

VERİ TRANSFERİ Seri/Paralel iletişim Senkron/Asenkron iletişim Simplex/ HalfHalf-Dublex / FullFull-Dublex kanalla iletişim

PARALALEL VERİ TRANSFERİ

SERİ VERİ TRANSFERİ

Seri veri tranferinde her bir bit sı sırayla tek bir kablo üzerinden gönderilir. İlk önce en anlamsı anlamsız bit (LSB) gönderilir. Ba Baş şlang langııç ve bitiş bitiş bitleri vardır. Bu bitler, verinin verinin diğ diğer veriyle kar karış ışmas masıını önler.. önler

SERİ VERİ TRANSFERİ

KANAL TİPLERİ

Simplex bağ bağlantı lantı: Burada iki olası olasılık vard vardıır.DTE DCE'ye veri transfer eder veya tam tersi olur. DTE veriyi DCE'ye TD line ile gönderir ve RD line bağ bağlanmaz. DCE veriyi DTE'ye RD line ile gönderir ve TD kullanıılmaz. (TD : tranmitted data, RD : kullan received data)

KANAL TİPLERİ

Half Duplex Bağ Bağlantı lantı: DTE ve DCE alı alıcı ve verici olarak davranabilir, ama sadece bir veri çizgisi vardı vardır. Dönüş Dönüşümlü olarak DTE ve DCE tarafı tarafından kullanı kullanılır. TD ve RD çizgileri veriyi düzgün olarak sı sıralamış ralamış bir halde alı alır ve verir. DTE ve DCE arası arasındaki rolleri paylaş paylaştırmak için RTS ve CTS sinyalleri kullanıılır. kullan RTS : (Request to send) Bu sinyal DCE'yi DTE'den bir veri transferi için uyarı uyarır. CTS: (Clear to send) Bu sinyal DCE'nin veri almak için hazı hazır sinyali ile diğ diğer DCE'den cevap bekler.

KANAL TİPLERİ

Full duplex Bağ Bağlantı lantı: Birçok mikrobilgisayar modemi Full Duplex'dir. Aynıı anda veriyi her iki yönde iletir. Böylece Ayn DTE ve DCE aynı aynı anda alı alıcı ve verici olarak davranabilir. Alı Alıcı ve vericilerin beklemelerine gerek yoktur. Çünkü iki bağ bağlantı lantı vard vardıır. Böylece RTS ve CTS gibi sinyallere gerek yoktur. Genellikle RTS kullanı kullanılmaz, veya her zaman CTS gibi aktif halde bulunur.

KANAL TİPLERİ

SERİ VERİ TRANSFERİ Esnekliğinden dolay Esnekliğ dolayıı seri transfer protokolü çok yaygın olarak kullanılır. kullanılır. Modem, mouse, printer gibi bir çok alet seri arayüze bağ bağlan lanır ır.. Burada veri bitleri veya parity bit tek bir kablo üzerinden sırayla yollan yollanıır.

RSRS-232

Seri iletişim için yaygın olarak kullanılan bir standarttı standart tır. r. RS 232 standar standardı; dı; bir DTE ile DCE arasıındaki mekanik, elektrik ve lojik arayüzü aras aç açııklar. Sinyal seviyeleri, sinyal anlamları anlamları, ve bir DCE ve DTE arası arasında bağ bağlantı lantı oluş oluşturmak için gerekli iş işlem lemler lerii açı açıklar. Bilgisayar arayüzleri genellikle RS RS--232 standardı standar dın nı kullanır kullanır.. Genelde DTE bilgisayar, bilgisayar, DCE modemdir. modemdir. RS RS-232C standardı standardı DTE ve DCE arası arasında 25 çizgi(line) çizgi (line) tan tanıımlar ve böylece 25 25--pin’li pin’li plug kullanır.

RSRS-232

RSRS-232

RTS : (Request to send) Bu sinyal DCE'yi DTE'den bir veri transferi için uyarır. CTS: (Clear to send) Bu sinyal DCE'nin veri almak için hazır sinyali ile diğer DCE'den cevap bekler. TD : tranmitted data RD : received data

RS RS--232

RS RS--232

RS RS--232 SİNYAL YAPISI

RS RS--485

RS RS--485

USB

USB USB (Universal Serial Bus) çevredeki (=ikincil) aletlerle host bilgisayar arasında iki yollu iletişim sağlayan bir protokoldur Universal : bütün ikincillerin aynı bağlayıcıyı kullanması

USB USB teknolojisinin üç parçası vardır: - host(ana merkez), tüm bağlantıların merkezi noktasıdır - hub(hareket merkezi) ,birden fazla USB aletinin tek bir USB çıkışı paylaşmasını sağlar - fonksiyon , USB aletidir

USB'nin özellikleri

Donanım USB kablosunda dört tel vardır.güç, toprak, D+ and Dİki çeşit USB vardır vardır:: yüksek hızlı ve düşük hızlı, Yüksek hız: max. 12 Mbs, düşük hız max: 1.5 Mbs

USB'nin özellikleri

Yazılım Bilgisayar (veya hareket merkezi) aleti bir pull--up register ile bulur.D pull bulur.D-- (düşük hızlı ) , D+(yüksek hızlı ) Sıralama işlemi alete bir kimlik numarası verir Eğer alet kendini bir HID olarak tanımlıyorsa(Human tanımlıyorsa( Human Interface Device), Device), alet veriye nasıl davranılacağını açıklar. Bir alet sıralandığında sıralandı ğında,, veri iletimi başlayabilir. başlayabilir.

USB ve Human Interface Devices (HID) iletilecek olan veriye yapı veren alet sınıfı. Sıralama işlemi sırasında,alet alabileceği ve gönderebileceği bilgiyi açıklar. HID sınıfı : mouse, klavye v.s.(HID aletleri için bir alt sürücüye gerek yok, işletim sistemi genel HID sürücüyü sağlar)

DATA BUS ile İLETİİM Tüm bilgisayarlar tek bir veri yolu ile birbirine bağlanır. Bir bus bağlantısı için bütün bilgisayarların eşit kullanım hakkı vardır. Yani bir bilgisayar veri transfer etmek isterse, bus'a bağlı bütün istasyonlar iletilecek veriyi alabilir ama sadece hedef istasyon alır.

DATA BUS ile İLETİİM

Veri transferinin olabilmesi için, için, veriyi iletmek isteyen bilgisayar bus'ın boş olup olmadığını kontrol eder eder,, doluysa bekler bekler. Bu durum, ağın çalışmasını sınırlar, Çoğu zaman bir bekleme süresi olabilir. Eternet kartı kyullanıldığında kyullanıldığında,, veri yolun uzunluğu 500 mt. ile sınırlıdır. Bus topolojisinin önemli bir avantajı ağı durdurmaya gerek duymadan herhangi bir istasyonun eklen ekle nebilmesi veya çıkarılabilmesidir. Hemen hemen bütün bus sistemlerinde olduğu gibi bus her iki ucunda da dirençlerle sonlandırılmalıdır. Böylece sinyal yansıması olmaz.

GPIB IEE--488 IEE

INTERBUS ile İLETİŞİM

A/D D/A DÖNÜŞÜM

ANALOG /DIGITAL DÖNÜŞÜMÜ

Analog-Dijital Dönüşüm bilginin analog halden Analogdijital hale dönüşmesidir. Girilen Girilen analog analog bir voltaj değerini değerini denk bir dijital değere çevirir. ADC (Analog Digital Converter)ile yapılır. A/D dönüşümde bilgi kaybı meydana gelir. Sebepleri; Ölçüm hassasiyetin dolayı oluşan hatalar Zamanlama belirsizlikleri Ölçme süresindeki sınırlamalar

ADC Dönüşüm (=start of conversion (SOC)) sinyalini alınca başlar ve dönüşümün bittiğini dönüşüm sonu (=end of conversion(EOC)) sinyali ile bildirir. Bir ADC, ADC, DAC'dan çok daha karışıktır. Sonuç olarak aynı doğruluktaki bir ADC, DAC'den daha pahalıdır.

ADC

ADC Toplayıcı ile dönüşüm Merdivenli dönüşüm Ardışık tahminle dönüşüm

Ardışık Tahminlerle AD Dönüşüm

Flash A/D Dönüştürücü

TUTMA VE ÖRNEKLEME

SAYISALLAŞTIRMA

ANALOG VERİ

QUANTIZING

DIGITIZING DİGİTAL VERİ

ALIASING

ALIASING

ALIASING

ÖRNEKLEME TEOREMİ fs= 2 f maks Bir sinyal maksimum frekansının en az iki katı frekansla örneklenmediğinde aliasing oluşur. ∆t=1/ fs

NYQUIST TEOREMİ

DAC Toplayıcı Dönüştürücü: Çevrilecek olan dijital kelime binary bir şekilde register'a yüklenir. Register'in çıkışları bir OPAMP'a bağlamış dirençlerle referans voltaj voltajları birleştirmek için kullanılır.

4 Bit Merdivenli D/A Dönüştürücü

MULTIPLEKSER

Multipleksing çok sayıdaki bilgi ünitesinden ünitesinden gelen bilgileri tek kanalla iletmektir. Dijital bir multiplekser bir çok giriş çizgisindeki binary bilgilerden birini seçip tek bir çıkışa verir. Giriş ünitesinin seçilmesi selection (seçme) üniteleri ile yapılır yapılır.Normalde .Normalde 2n giriş varsa n seçme ünitesi olur.

MULTIPLEKSER

Bir 4*1 multiplekser düşünelim. Dört tane I0, I1, I2 ve I3 girişi vardır ve her 4 giriş bir VE kapısının girişine uygulanır. s1 ve so seçme üniteleri de VE kapılarına uygulanır. Mesela s1so= 10 olduğunu düşünelim. Böylece I2 seçilecektir. Bir multiplekser aynı zamanda birçok girişten birini seçip çıkışa verdiği için veri seçici olarak da adlandırılır. Multiplekserin büyüklüğü giriş sinyallerinin sayısına bağlıdır.

Mekatroniğe Giriş Dersi

HESAPLAMA (COMPUTING)

Prof.Dr. Fatih M. Botsalı

MEKATRONİK SİSTEM YAPISI




OTOMATİK KONTROL

AKILLI MAKİNA

AKILLI MAKİNA

TİPİK MEKATRONİK SİSTEM YAPISI

HESAPLAMA MİMARİLERİ

Analog devreler (Opamp ve transistörler) Digital Devreler (Program Array Logic Controller –PAL, Program Logic ArrayArray-PLA) Programmable Logic ControllerController-PLC Mikroişlemciler--Microcontroller Mikroişlemciler Single Board Computer PCPC-IPC Digital Signal ProcessorProcessor-DSP

PLC Otomasyon endüstrisinde yaygın olarak kullanılır Röle mantığını kullanır Giriş ve çıkışlar gerçek rölelerdir Yüzlerce veya binlerce simule edilen röleler, sayıcılar, timer’lar içerebilir

PLC nedir?

PLC, makine kontrolünde gerek duyulan çok sayıda röle devresi yerine kullanım amacıyla tasarlanmış cihazdır.

PLC

PLC’lerin TARİHİ

İlk olarak 1960’larda ortaya çıktılar. 1970’lerin ortalarında mikroişlemcilerin gelişimiyle birlikte gittikçe daha büyük PLC’ler oluşturuldu. 1980’lerde daha küçük olarak üretilmeye ve yazılımla programlanabilir hale getirilmeye başlandı.

PLC’nin KISIMLARI

PLC’nin ÇALIŞMASI

Bir PLC, bir programın sürekli olarak taranması (scan) ile çalışır. Bu tarama çevrimi yukarıdaki üç önemli adımla gösterilebilir.

YANIT SÜRESİ

Kullanım amacına uygun PLC seçilirken toplam yanıt süresi dikkate alınmalıdır.

RÖLELER

RÖLE YERİNE PLC Kontak Sembolü:: Bobin Sembolü: Ladder diyagramı:

BASİT BİR ÖRNEK

PLC’DE REGISTER’LAR

GENEL AMAÇLI MİKROİŞLEMCİLER Örneğin •Intel 80486, Pentium vb •Motorola 68030, Power PC •Risc tabanlı işlemciler

PROGRAMMABLE INTERFACE CONTROLLER--PIC CONTROLLER PIC genel amaçlı mikroişlemcilerden farklı olarak basite indirgenmiş fakat hızı ve etkisi düşürülmemiş olan bir mikrochip’tir. Basit yonga seti, uygun portları ve opsiyonel işlevleri bakımından hedef kontrolü içeren bir mikroişlemcidir. Üzerindeki portlar ADC ve DAC görevini görebilmektedirler. 2.5V--6V arasında çalışabilirler 2.5V

SINGLE BOARD COMPUTERS Ne zaman kullanılır? İleri teknoloji tüketici ürünlerinde (cep telefonu vb) Düşük maliyetli Güvenilirlik

SINGLE BOARD COMPUTERS

SINGLE BOARD COMPUTERS

SINGLE BOARD COMPUTERS Avantajları Normal bilgisayarda çalışan yazılım çalışabilir Ucuzdur Küçük hacimlidir

PC VE IPC’LER

Çok karmaşık mekatronik sistemlerde tercih edilebilirler. Mikrokontroler, single board computer, analog veya digital devreler konusunda deneyimi olmayanlar PC veya IPC’leri tercih edebilir. Plug--In Data Acquisition kartları Plug takılabilir. Araştırma ve geliştirmede yaygın olarak kullanılır.

IPC

Industrial 19'' Rackmount PC 2U 4xPCI Slots, Intel P4 2.8GHz Processor, 256Mb DDR RAM, LAN, 40Gb HDD, CD-ROM, FDD, 300W ATX PSU $ 783

SAYISAL SİNYAL İŞLEYİCİLER (DSP) DSP, ses, video, müzik gibi gerçek dünyadan alınan sinyallerin saptanması, işlenmesi ve üretimi için düzenlenmiş süpersüper-hızlı entegrelerdir. Genelde tek bir entegre olarak ya da entegrenin sadece bir parçası olarak üretilirler.

DSP Çok yüksek hızlı tekrarlamalı hesaplama Görüntü, ses işlemede kullanılır Genellikle co-işlemci olarak kullanılır

DSP’nin KISA TARİHİ

1960’lı yıllarda ortaya çıktı ve yüksek maliyet ve hacimden dolayı sadece çok özel uygulamalarda kullanılabildi. 1979’da Intel tarafından üretilen 2920 sinyal işleyici elemanı DSP tekniğinde çığır açtı ve bunu 1982’de TI’ın TMS32010’u takip etti. Ses analizi sinyallerin sayısal olarak işlenme çabalarında itici rol oynadı.

KULLANIM ALANLARI

ÖNEMLİ ÖZELLİKLERİ Kararlılık (Sıcaklıktan veya yaşlanmadan etkilenmezler) Maliyeti Düşük Doğruluk Daha basit donanım Analog olarak mümkün olmayan fonksiyonlar uygulanabilir

Programmable Array Logic (PAL) Controller

Bir lojik entegre devre topluluğudur.

Generic Array Logic

Generic Array Logic - (GAL) Yeni bir PAL türüdür. EEPROM depolama hücreleri tabanlıdır. GAL’ler silinebilir yeniden programlanabilir. Bir PAL serisinin yerine kullanılabilir.

Gizliliğinizi k orumay a y ardımcı olmak için, PowerPoint bu dış resmin otomatik olarak k arşıdan y ük lenmesini önledi. Bu resmi k arşıdan y ük ley ip görüntülemek için, İleti Çubuğu'nda Seçenek ler'i tık latın v e sonra Dış içeriği etk inleştir'i tık latın.

YAPAY ZEKA

Mekatronik Sistemler Dersi Prof.Dr.Fatih M. Botsalı

ZEKA

Dünyada amaçlara ulaşmak için gerekli yeteneklerin hesap kısmıdır. İnsanlarda, pek çok hayvanda ve bazı makinelerde farklı türlerde ve derecelerde görülür.

YAPAY ZEKA

Problem çözümünü insan zekasını taklit ederek yapmayı amaçlayan bilgisayar programlarıdır. Algılama, hafıza, düşünme, öğrenme, buluş yapma, karar verme, ve eylem gibi özelliklerini inceleyen, bunları formel hale getiren ve yapay sistemlere bu özellikleri kazandırmayı amaçlayan bilim dalıdır.

YAPAY ZEKA

İnsanın düşünme yapısını anlamayı ve bunun benzerini ortaya çıkaracak bilgisayar işlemlerini geliştirmeyi Bilgi edinme, algılama, görme, düşünme ve karar verme gibi insan zekasına özgü kapasitelerle donatılmış yazılımlar ve bilgisayarlar geliştirmeyi amaçlar.

YAPAY ZEKA Yapay Zeka’nın standart bir tanımı yapılamamakla beraber, yapılagelen tanımların ortak yönleri şunlardır; YZ bir bilgisayar bilim dalıdır, YZ bilgi ve davranışa dayanır, YZ zeki davranışları araştırmaktadır. Zeka rakam ya da veriler yerine bilgiye dayalı mantıksal bir süreçtir. Bilgi ve bilginin işlenmesi ile zeki davranışlar ortaya çıkarılabilir.

YAPAY ZEKA

İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra bir grup araştırmacı, akıllı makineler üzerinde bağımsız çalışmalara başladı. İngiliz matematikçi Alan Turing yapay zekâ konusunda 1947 yılında verdiği bir konferansta yapay zekânın, bina inşa etmek yerine en iyi bilgisayarları programlayarak araştırılması gerektiğini iddia etti. 1950'lerin sonlarına gelindiğinde, yapay zekâ konusunda pek çok araştırmacı ortaya çıktı ve pek çoğunun çalışmaları bilgisayar programlamaya dayalı idi. Yapay zekâ araştırmacıları için en önemli dönüm noktalarından biri de "Turing Testi" oldu.

YAPAY ZEKA Alan Turing (1950), 'Eğer bir makine insan gibi davranıyorsa, o makine kesinlikle akıllıdır.' diyor. Turing Testi:

Gözlemci, makine ve bir insan var Makine ve insan "teletype" yolu ile (makinenin karşıdaki kişinin görünüşünü ve sesini taklit etmesini engellemek için) gözlemciyle etkileşim içine girer. Gözlemci hangisinin insan olduğunu tespit edemez ise bu testi geçen makine akıllı olarak değerlendirilir.

YAPAY ZEKA 2.Çin odası deneyi California üniversitesinden John SEARLE bilgisayarların düşünemediğini göstermek için bir düşünce deneyi tasarlamıştır. Bir odada kilitli olduğunuzu düşünün ve odada da üzerlerinde çince tabelalar bulunan sepetler olsun. Fakat siz çince bilmiyorsunuz. Ama elinizde çince tabelaları ingilizce olarak açıklayan bir kural kitabı bulunsun. Kurallar çinceyi tamamen biçimsel olarak, yani söz dizimlerine uygun olarak açıklamaktadır. Daha sonra odaya başka çince simgelerin getirildiğini ve size çince simgeleri odanın dışına götürmek için, başka kurallarda verildiğini varsayın. Odaya getirilen ve sizin tarafınızdan bilinmeyen simgelerin oda dışındakilerce `soru` diye, sizin oda dışına götürmeniz istenen simgelerin ise `soruların yanıtları` diye adlandırıldığını düşünün. Siz kilitli odanın içinde kendi simgelerinizi karıştırıyorsunuz ve gelen çince simgelere yanıt olarak en uygun çince simgeleri dışarı veriyorsunuz. Dışta bulunan bir gözlemcinin bakış açısından sanki çince anlayan bir insan gibisiniz. Çince anlamanız için en uygun bir program bile çince anlamanızı sağlamıyorsa, o zaman herhangi bir sayısal bilgisayarın da çince anlaması olanaklı değildir. Bilgisayarda da sizde olduğu gibi, açıklanmamış çince simgeleri işleten bir biçimsel program vardır ve bir dili anlamak demek, bir takım biçimsel simgeleri bilmek demek değil, akıl durumlarına sahip olmak demektir.

YAPAY ZEKA Yapay Zeka’nın temel uygulama alanları Uzman Sistemler(US), Robotik, Doğal-Dil İşleme, Konuşma Anlama, Bilgisayar Görüşü, Sahne Tanımlaması Zeki Bilgisayar Yardımlı Eğitim Oyunlar (dama, satranç, harp oyunları, vs.) Teorem ispatlama Makina Öğrenmesi

YAPAY ZEKA Bir programın ya da sistemin zeki ya da akıllı olarak kabul edilebilmesi için, en azından aşağıdaki özelliklerden bazılarını sağlayabilmesi gerekir;

Karar verme Algılama Öğrenme Problem çözme Muhakeme Şekil ya da resim tanıma Doğal dil anlama

YAPAY ZEKA YZ’nın geleneksel programlamadan birçok farkı vardır;

Öğrenebilirler Tecrübe kazanabilirler Bu tecrübeyi kullanarak yeni problemleri çözebilirler Eksik veri ile problemler çözebilirler Belirli bir algoritma yerine sezgisel yöntemler kullanırlar Yanlış yapabilirler

YAPAY ZEKA ARAÇLARI

Uzman Sistemler Yapay Sinir Ağları Bulanık Mantık Genetik Algoritmalar Tabu Araştırma Algoritmaları Benzetilmiş Tavlama Benzetilmiş Su Verme Vaka Tabanlı Gerekçeleme

MAKİNA ÖĞRENMESİ

Bilgi düzeyi öğrenme (çeşitli indüktif, dedüktif, analojik öğrenme metotları) Sembol düzeyi öğrenme (GENETİK Algortimalar, sınıflandırıcılar) Aygıt düzeyi öğrenme (YSA'lar)

YAPAY SİNİR AĞLARI (YSA)

Yapay sinir ağları beynin bazı fonksiyonlarını ve özellikle öğrenme yöntemlerini benzetim yolu ile gerçekleştirmek için tasarlanır ve geleneksel yöntem ve bilgisayarların yetersiz kaldığı sınıflandırma, kümeleme, duyu-veri işleme, çok duyulu makine gibi alanlarda başarılı sonuçlar verir. Yapay sinir ağlarının özellikle tahmin problemlerinde kullanılabilmesi için çok fazla bilgi ile eğitilmesi gerekir. Ağların eğitimi için çeşitli algoritmalar geliştirilmiştir.


YSA konusundaki ilk çalışma McCulloch ve Pitts tarafından yapılmıştır. Yapay sinir hücrelerini kullanır


McCulloch ve Pitts her hangi bir hesaplanabilir fonksiyonun sinir hücrelerinden oluşan ağlarla hesaplanabileceğini ve mantıksal 've' ve 'veya' işlemlerinin gerçekleştirilebileceğini gösterdiler. Bu ağ yapılarının uygun şekilde tanımlanmaları halinde öğrenme becerisi kazanabileceğini de ileri sürdüler.


Hebb, sinir hücreleri arasındaki bağlantıların şiddetlerini değiştirmek için basit bir kural önerince, öğrenebilen yapay sinir ağlarını gerçekleştirmek mümkün olmuştur.


Yapay sinir ağlarındaki her bir işlem birimi, basit anahtar görevi yapar ve şiddetine göre, gelen sinyalleri söndürür ya da iletir. Böylece sistem içindeki her birim belli bir yüke sahip olmuş olur. Her birim sinyalin gücüne göre açık ya da kapalı duruma geçerek basit bir tetikleyici görev üstlenir. Yükler, sistem içinde bir bütün teşkil ederek, karakterler arasında ilgi kurmayı sağlar.


Yapay sinir ağları araştırmalarının odağındaki soru, yüklerin, sinyalleri nasıl değiştirmesi gerektiğidir. Bu noktada herhangi bir formdaki bilgi girişinin, ne tür bir çıkışa çevrileceği, değişik modellerde farklılık göstermektedir.

YAPAY SİNİR AĞLARI BİR İNSANDA ORTALAMA: Hücre Adeti: 220 milyon Damar Uzunluğu: 200.000 km Kan Hızı: 2.000 m/saat Ağrıyı Duyma: 0.9 saniye Isıyı Duyma: 0.16 saniye Dokunmayı Duyma: 0.12 saniye Sinir Sistemi Bağlantı Noktası (NEURON) Sayısı: 1 trilyon Sinir Sistemi Bağlantı Sayısı: 10 trilyon Sinir Sistemi - Operasyon Sayısı: 1 milyar operasyon / saniye

YAPAY SİNİR AĞLARI İNSANLAR:

Öğrenebilir ve öğretilebilir Düşünebilir Tecrübe kazanabilir, geçmiş tecrübelerini kullanarak yeni problemleri çözebilir Karar verebilir Mantık yürütebilir Tahmin yapabilir Kalabalıkta ya da karanlıkta gördüğü bir yüzü anımsayabilir Günlük yaşantısında farkında olmadığı dilsel değişkenler kullanır Çoğalabilirler, çocukları büyük bir ihtimalle kendilerine benzer

YAPAY SİNİR AĞLARI

Genel Yapı ve Çalışma Mekanizması Öğretmenli ve Öğretmensiz Öğrenme


Genel Yapı ve Çalışma Mekanizması Bir Proses Elemanın Çalışması

YAPAY NÖRONUN YAPISI

Giriş Verisine Ait Parametreler PL

Ağırlıklar (wK,L ) 1 W 2 3 ...

1,1

YSA Çıkışı W W W W

1,2 1,3 1,...

ΣW P

K,L L

1,R

R 1 Bias

Hardlim(Wp+b)

Transfer Fonksiyonu


YAPAY SİNİR AĞLARI KULLANIM ALANLARI Robotik Uygulamaları Proses kontrol Ürün tasarımı İşlem planlama Kalite Kontrol Gerçek zamanlı modelleme Adaptif kontrol Görüntü tanıma Borsa endeksi, enflasyon ve kur tahmini, v.b

YAPAY SİNİR AĞLARI AVANTAJ VE DEZAVANTAJLAR Uzman sistemler gibi bilgiyi kurallar halinde istemezler Öğrenebilir ve hiç karşılaşmadıkları bir problemi çözebilirler Paralel yapıları nedeniyle çok hızlı çalışırlar Çıkardıkları sonuçları nasıl ve neden çıkardığını açıklayamaz (kapalı kutu) Eğitimleri oldukça zaman alıcı ve zordur


YSA GELİŞTİRME ARAÇLARI Programlama Dilleri: C++ (Nesneye Yönelik Programlama) Kabuklar: NeuralDesk, NeuroShell2, MATLAB Neural Network Tool Box

BULANIK MANTIK (FUZZY LOGIC)

Bulanık Mantık insanların her gün kullandığı ve davranışlarının yorumlandığı yapıya ulaşılmasını sağlayan matematiksel bir disiplindir. İnsanlar günlük hayatta; tam olarak tanımlanmamış ve nümerik olmayan dilsel niteleyiciler (soğuk, hafif soğuk, ılık, sıcak, çok sıcak vb. gibi) kullanarak kararlar verir ve problemlerini çözerler.


Bulanık Mantık---> Temeli Bulanık Küme Kuramı’na dayanır (ZADEH, 1965). Geleneksel mantık sistemi yalnızca 1 ve 0 üzerine kuruludur. Doğru veya yanlış vardır. Bu ikisinin arası yoktur. Belirsiz bir problemin çözümü güçtür. Bulanık Mantık sisteminde de 1 ve 0 değerleri vardır. Bununla birlikte 0 ile 1 arasındaki değerler de kullanılır. Doğru ya da yanlışın ne kadar doğru ya da ne kadar yanlış olduğu belirlenebilir. Bulanık Mantık Olasılık Teorisinden farklıdır. Olasılık’ta problemin kendisi tanımlıdır.


Bulanık Mantık Yapay Zeka metotları içerisinde en çok endüstriyel uygulama alanı bulan araçtır.

KULLANIM ALANLARI Elektrikli ev aletleri Oto elektroniği, fren sistemleri Elektronik denetim sistemleri Karar Verme Proses Planlama

BULANIK MANTIK (FUZZY LOGIC) AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI Bulanık Mantık eksik tanımlı problemlerin çözümü için uygundur Uygulanması oldukça kolaydır. Bulanık Mantık Sistemleri öğrenemez ya da öğretilemez.


BULANIK MANTIK (FUZZY LOGIC) BULANIK MANTIK - SİSTEM GELİŞTİRME ARAÇLARI Programlama Dilleri: C++ Paket Programlar: FuzzyTech, MATLAB Fuzzy Logic Tool Box

UZMAN SİSTEMLER

US her hangi bir alanda uzman bir kişinin uzmanlığını, bilgisini, tecrübesini, düşünce şeklini ve açıklamalarını aynen yansıtan, olaylara uzman yaklaşımıyla çözüm ve öneriler getirebilen bilgisayar programlarıdır. US, Yapay Zeka teknolojisinin en fazla kullanılan uygulama alanlarından biridir.

UZMAN SİSTEMLER

Schalcof “Yapay Zeka: Bir Mühendislik Yaklaşımı Artifical Intelligence:an Engineering Approach” : “ Uzman sistemler genellikle özel bir alanda uzmanların davranışlarını göstermeye çalışan programlardır. “ Jakson :Özel bir konu üzerine problemleri çözmek veya önerilerde bulunmak için gerekli bilgileri bulunduran bir bilgisayar programıdır’’.

UZMAN SİSTEMLER

Uzman sistem – Expert – Uzman bilgisini kullanarak problemleri çözen yüksek seviyeli bir bilgisayar programı, Uzman Kişi – Domain Expert – Bir alanda problem çözme yeteneğine ve yıllarca aynı alanda çalışarak tecrübe sahibi olmuş tam bilgili kişi,

UZMAN SİSTEMLER

Bilgi Mühendisi – Knowledge Engineer – Yapay zeka alanında ve bilgisayar programlamada bilgi sahibi olan ve uzman sistemlerin geliştirilmesi sırasında uzman ile etkileşimli çalışan kişi, Uzman Sistem Geliştirme Araçları- Expert System Building – Yapay zeka alanında ve uzman sistemlerde kullanılan PROLOG, LISP, KRL gibi programlama dilleri, özel uzman sistemler, diğer araçlar,

UZMAN SİSTEMLER

Kullanıcı – End User – Uzman sistemi kullanan kişi

UZMAN SİSTEMLER

Genel olarak tüm US’lerde bulunması gereken üç ana modül vardır: Bilgi Tabanı – Knowledge Base – Sonuç Çıkarma Mekanizması – Inference – Kullanıcı Ara yüzü – User Interface

UZMAN SİSTEMLER

UZMAN SİSTEMLER

Bilgi Tabanı; Uzmanlardan, yayınlanmış veya yayınlanmamış kaynaklardan, kitaplardan ve diğer literatürden elde edilen bilginin bulunduğu, saklandığı ve kullanılması gerektiğinde kolaylıkla erişilebilen bir yapıdır.

UZMAN SİSTEMLER

Sonuç Çıkarma Mekanizması; bilgi tabanındaki kuralları, gerçekleri ve diğer tüm bilgileri kullanarak hem ileriye (forward chaining) hem de geriye doğru zincirleme (backward chaining) metodu ile sonuca varabilen mekanizmadır.

UZMAN SİSTEMLER

Kullanıcı Ara yüzü; uzman sistemi kullanan ve onunla sürekli etkileşimde bulunan önemli bir bileşendir. Bu etkileşim doğal dil etkileşimi, grafik etkileşimi, sorucevap etkileşimi olmak üzere üç şekilde gerçekleştirilebilir.

UZMAN SİSTEMLER

US’lerin amacı, insan – uzmanın yerine geçmek değil, onun bilgisini daha yaygın kullanıma sunmaktır. US’ler, insan–uzmanın olmadığı yerde, diğer insanların verimliliklerini ve kararlarının kalitesini artırarak problemleri daha bir ehliyetle çözmeyi amaçlarlar.

UZMAN SİSTEMLER KULLANIM ALANLARI Proses tasarımı ve seçimi Ürün tasarımı, İşlem planlama Medikal Tedavi Kalite Kontrol Çizelgeleme Ses işleme Görüntü tanıma Robotik uygulamaları Hata düzeltme

UZMAN SİSTEMLER AVANTAJ VE DEZAVANTAJLAR Uzman Sistemler, çıkardıkları sonuçları nasıl ve neden çıkardığını açıklayabilir Üçüncü kişiler, uzman sistemleri yani kurallar üreterek rahatlıkla değiştirebilir Uzman sisteme bilgiyi verecek uzmanı bulmak her zaman kolay olmayabilir Uzmanlar bilgilerini kurallar halinde belirtemeye bilir

UZMAN SİSTEMLER UZMAN SİSTEM GELİŞTİRME ARAÇLARI Programlama Dilleri: Prolog, C++, LISP Kabuklar: Leonardo, VP-Expert, KES, GoldWorks

KOMBİNATORYEL ENİYİLEME ARAÇLARI

Genetik Algoritmalar Tabu Araştırma Algoritmaları Benzetilmiş Tavlama ve Benzetilmiş Su Verme Vaka Tabanlı Gerekçeleme

GAGA-STRATEJİSİ

Initialize

Another Generation

Determine number of new strings

Create new strings

Form next generation

Save statistics

Save state

YAPAY ZEKADA GELECEĞE BAKIŞ Yapay Zeka teknolojisi, diğer teknolojiler ile kıyaslandığında henüz tam anlamı ile geliştirilememiştir. Robotik sistemlerin, hareket edebilmesi, görebilmesi ya da belirli bir düzeye kadar düşünebilmesi için, Yapay Zeka teknolojisinin önünde daha oldukça uzun bir yol vardır.

Mechatronics Turkish Presentations

Recommend Documents