FANUC Text-to-Trajectory Writing Robot

01

Her noktayı öğretmeden robota yazı yazdırmak

Kısa bir cümle yüzlerce robot pozisyonu demek. Bunları elle kaydetmek istemedim.

Stajımın son iki haftasında atölyede herhangi bir müşteri projesine ayrılmamış bir FANUC 200iD/7L vardı. Önceki haftalarda, robotun çuvalları bir yerden alıp başka bir yere taşıdığı paletleme hücrelerinde çalışmıştım. Tek tek komutları denemek yerine baştan sona çalışan bir sistem kurmak istiyordum. Bunun için robota yazı yazdırmaya karar verdim.

Normalde robotu jog modunda her noktaya götürüp pozisyonu kaydetmek gerekiyor. Kısa bir cümle bile yüzlerce pozisyon gerektirdiğinden bunu elle yapmak pratik değildi. İstediğim, yazdığım metni her seferinde aynı yöntemle kontrolcünün çalıştırabileceği bir hareket programına dönüştürmekti.

Yazı yazmak, alıp bırakma işlerine göre hataya daha az tolerans gösteriyor. Kalem ucu, kâğıdın her yerinde yazma düzlemine yakın kalmalı. Kâğıda çizgi bırakacak kadar basmalı ama hiçbir parçayı eğmemeli. Yüzlerce küçük hareket de doğru sırayla gerçekleşmeli. Koordinat sistemindeki bir hata bunların her birini etkileyebiliyor.

• Kâğıt 297 × 210 mm yatay A4 kâğıda sığıyor, sığmazsa metin sığana kadar küçülüyor
• Karakterler A-Z, a-z, 0-9, noktalama ve Türkçe harfler ç ğ ı İ ö ş ü
• Güvenlik Tanımlı çalışma alanının dışındaki hiçbir koordinat robota ulaşmıyor
• İş akışı Oluşturulan program, standart FANUC program yükleme sürecine uygun olmalı
• Oryantasyon Kartezyen CONFIG ve W/P/R değerleri tahminden değil, gerçek robotta doğrulanmış bir noktadan geliyor

02

Noktaları tek tek öğretmek yerine programı oluşturmak

Girilen metinden bir hareket programı oluşturuluyor. Robotu çalıştırmadan önce izleyeceği yol SVG önizlemede kontrol edilebiliyor.

Programı harici kütüphane kullanmadan, tek bir Python dosyası olarak yazdım. Bu bilinçli bir tercihti: atölyedeki dizüstü bilgisayarda ek kurulum gerektirmeden çalışması gerekiyordu.

İşin pek beklenmeyen kısmı yazı tipi. Her karakteri, birim kutu içinde birbirine bağlı çizgi parçalarıyla tanımladım. Kalem bir seferde tek çizgi çizdiği için harflerin içini doldurmak gerekmiyor. Bu kutuda y = 0 büyük harflerin üst sınırı, y = 1 taban çizgisi. Aşağı uzanan harf parçaları 1.30 değerine kadar iniyor. Böylece her karakter doğrudan kalem kâğıttayken izlenecek çizgilere dönüşüyor.

Türkçe karakterler program çalışırken oluşturuluyor. ç için c harfine çengel, ğ için g harfine yay biçimli işaret, ü için u harfine iki nokta ekleniyor. Yeni bir dil eklerken alfabeyi baştan çizmek yerine bu işaretleri çizen fonksiyonlar ekliyorum.

Bu akıştaki üç karar diğerlerinden daha önemliydi.

İlki, metni kâğıda otomatik sığdırmak. Metin taşarsa program, kâğıda sığan en büyük harf yüksekliğini buluyor. Harf ve kelime aralıklarını da aynı oranda küçülterek yazının oranlarını koruyor. Metni asla büyütmüyor. Harf yüksekliğinin 3 mm altına düşmesi gerekiyorsa işlem duruyor, çünkü kalem o kadar küçük harfleri yeterince ayrıntılı çizemiyor.

low = minimum_height_mm
high = original_height

# Binary search for the largest height that fits.
for _ in range(50):
  middle = (low + high) / 2.0
  candidate = scaled_config(middle)
  if fits_paper(layout_text(candidate), candidate):
      low = middle
  else:
      high = middle

return scaled_config(low * 0.999)

İkinci karar, her noktada hangi sonlandırma tipinin kullanılacağıydı. Çizginin düzgün çıkması buna bağlı.

Kalemin indiği ve kalktığı noktalarda FINE kullanılıyor. Kalem ucunun tanımlanan konuma tam olarak ulaşması gereken yerler bunlar. Aradaki köşe noktalarında ise CNT10 var; kontrolcü her köşede durmak yerine geçişleri yumuşatıyor. Her noktada FINE kullanıldığında robot harfleri duraklayarak çiziyor. Her noktada CNT10 kullanıldığında ise çizgilerin başlangıcı yuvarlanıyor.

for point in points:
  termination = (
      "FINE"
      if point.motion_type in {"PEN_DOWN", "PEN_UP"}
      else "CNT10"
  )
  motion_instructions.append(
      f"L P[{point.number}] {point.speed_mm_sec}mm/sec "
      f"{termination} ;"
  )

Üçüncü karar, hata durumunda ne yapılacağıydı. Dosyalar oluşturulmadan önce her noktanın tanımlı sınırlar içinde olup olmadığı kontrol ediliyor. Dışarıda kalan bir koordinat sessizce sınıra çekilmiyor; program hata veriyor. Program oluşturulamaması bir dakika kaybettirir. Noktayı haber vermeden kâğıdın kenarına taşımasıysa robotun çarptığı şeye zarar verebilir.

if not all(math.isfinite(value) for value in (x, y, z)):
  raise ValueError(f"Non-finite coordinate: {(x, y, z)}")
if not (config.min_x_mm <= x <= config.max_x_mm):
  raise ValueError(f"X out of bounds: {x:.3f} mm")

Aynı nedenle CONFIG ve takım yönelimini parametre olarak bıraktım, kodun açıklamasına da uyarı ekledim. Sabit değerler kullanmadım. Bu değerler, kullanılacak robotta doğrulanmış bir noktadan alınmalı. Doğru gibi görünen bir varsayılan değer vermek, hiç vermemekten daha riskli olurdu.

03

Tutucudaki yay

Hareket yolu doğruydu ama çizgi yine de soluk çıkıyordu. Sorunu mekanik bir değişiklikle çözdüm.

Yazılımda en çok koordinat sistemiyle uğraştım; beklediğimden uzun sürdü. Ölçek, orijin, yazma düzlemi ve çizgilerin sırası birbiriyle tutarlı olmalı. Biri bile yanlışsa harfler yamuluyor, ters dönüyor veya yanlış sırayla çiziliyor. Her şey doğru çalıştığında ise bu sorunların hiçbiri sonuçtan anlaşılmıyor.

Sonra robotta çalıştırdım. Yol doğruydu, RoboGuide’da da doğruydu. Kâğıtta ise çizgi yer yer soluktu, yer yer hiç yoktu.

İlk aklıma gelen, kalemi biraz daha bastırmak için yazma düzlemini bir milimetre aşağı alıp tekrar denemekti. Ama bu yanlış bir yaklaşım. Rijit bir yüzeye bastırması söylenen bir robot, bir yer esneyene ya da kırılana kadar ilerlemeye devam eder. Tutucunun eğilmesi ve kalemin zarar görmesi riskini almış olurdum; her küçük kalibrasyon hatası azalmak yerine daha tehlikeli hale gelirdi. Bu hatalar küçük ve kaçınılmaz. Tool center point bir miktar kaymış oluyor, kâğıt tam düz değil, masa tam terazide değil. Tek bir TCP hatası sayfadaki her karakteri etkiliyor.

Ben de tutucuyu değiştirdim ve içine bir yay koydum.

Çözüm buydu. Kalem artık tutucunun içinde hareket edebiliyor. Bu sayede temas kuvvetini büyük ölçüde yay belirliyor; kuvvet, kâğıdın konumunu robota ne kadar hassas tanıttığıma eskisi kadar bağlı değil. Önceden çizginin kaybolmasına veya aşırı basınca yol açan küçük yükseklik farklarını artık yay karşılıyor.

Bu basit değişiklik bana önemli bir şey öğretti. Temas sorununu yazılımla çözmeye çalışıyordum ama daha iyi çözüm mekanikteydi.

04

Yazdı

Aynı metnin programdaki SVG önizlemesi ve robotun kâğıda yazdığı hali.

Program çalışıyor. Hazar Ekin Uçan metni için 19 çizgi ve 127 robot noktası oluşturuyor. Yazının sayfaya sığması için istenen 30 mm harf yüksekliğini 23.31 mm değerine düşürüyor. Bu sayıları programı çalıştırarak elde ettim.

Aşağıdaki videoda robot yazarken görünüyor. Videoyu sessiz paylaşıyorum; orijinal kayıtta yalnızca atölye gürültüsü var ve anlatıma bir katkısı yok.

Önceki haftalarda öğrendiğim neredeyse her şeyi bu projede kullandım. Teach pendant, tool ve user frame tanımları, register ve pozisyon register’ları, dijital I/O, hareket tipleri ve hızlar, mastering, kalibrasyon ve alarm giderme bu işin parçaları oldu. Sonunda, çalışıp çalışmadığını doğrudan görebildiğim bir sistem ortaya çıktı.