Çoklu Robot İş Birliği: Tek Robot Zekâsından Sistem Zekâsına

Merhaba, ben HONPINE'ın Kurucusu Allen Li.

Son birkaç yıldır bir soru üzerinde derinlemesine düşünüyoruz: robotik alanının bir sonraki aşamasını ne tanımlayacak? Tek bir robotu giderek daha yetkin hâle getirmek mi, yoksa birden fazla robotun akıllı bir sistem olarak birlikte çalışmasını sağlamak mı?

Her iki yönün de önemli olduğuna inanıyorum. Tek robot zekâsı gelişmeye devam edecek; ancak robotlar lojistik, üretim, inşaat, denetim, özel operasyonlar, insansı robotik ve akıllı otomasyon gibi giderek daha karmaşık uygulamalara girdikçe, tek bir robotun tek başına başarabileceklerinin açık sınırları bulunmaktadır.

Beni daha da fazla ilgilendiren şey, robotların bağımsız çalışmasından bilgi paylaşabilen, görev atayabilen, hareketi koordine edebilen ve çevrelerindeki değişimlere yanıt verebilen bağlantılı sistem düğümlerine dönüşmesidir.

Bu nedenle çoklu robot iş birliğinin, robotik teknolojisinin gelecekteki gelişimindeki önemli yönlerden biri olacağına inanıyorum.

Çoklu Robot İş Birliği, Sadece Daha Fazla Robot Eklemekten İbaret Değildir

İnsanlar çoklu robot sistemini ilk düşündüğünde, bir robot bir görevi tamamlayabiliyorsa on robotun on kat fazla görevi tamamlayabilmesi gerektiğini varsaymaları doğaldır.

Uygulamada ise durum çok daha karmaşıktır.

Tek bir robot bağımsız çalıştığında temel soru genellikle şudur: “Görevimi nasıl tamamlayabilirim?”

Birden fazla robot aynı ortamda çalıştığında soru çok daha zor hâle gelir: “Birbirimizi engellemeden görevlerimizi birlikte nasıl tamamlayabiliriz?”

Birden fazla AGV'nin aynı anda malzeme taşıdığı otomatik bir depoyu düşünün. İki mobil robot aynı anda dar bir geçide yaklaşıyorsa, hangi robot öncelikli olmalıdır? Aynı görev için birden fazla robot uygunsa hangisi seçilmelidir? Göreve en yakın robot aniden arızalanırsa, hangi robot devralmalıdır? Birden fazla robotun aynı çalışma alanına girmesi gerekiyorsa erişim ve hareket nasıl koordine edilmelidir?

Bunlar artık yalnızca tek bir robotun hareket kontrolü sorunları değildir. Bunlar sistem düzeyinde koordinasyon ve organizasyon sorunlarıdır.

Bu nedenle başarılı bir çoklu robot sistemi, ek makinelerden daha fazlasını gerektirir. Robotların kendi durumları, diğer robotların durumu, yürütülen görevler ve gerçekleşebilecek sonraki eylemler hakkında ortak bir anlayışa sahip olmaları gerekir.

Tipik bir ROS2 çoklu robot mimarisinde dağıtık iletişim, ad alanı yönetimi, görev tahsisi, formasyon kontrolü, durum senkronizasyonu ve çarpışma önleme, koordineli robot operasyonlarının temelini oluşturmak için birlikte çalışır.

Bu beni önemli bir sonuca götürüyor: Robotik alanının gelecekteki rekabet gücü, yalnızca tek bir robotun ne kadar yetenekli olduğuna değil, aynı zamanda tüm bir robot sisteminin ne kadar etkili birlikte çalışabildiğine de bağlı olacaktır.

Tek Robot Zekâsından Sistem Zekâsına

Bunun robotik endüstrisi için önemli bir geçişi temsil ettiğine inanıyorum.

Geleneksel olarak bir robotu değerlendirirken yük kapasitesi, konumlandırma hassasiyeti, hız, tekrarlanabilirlik, eklem torku, rijitlik ve güvenilirlik gibi parametrelere odaklanırız. Bu teknik özellikler temel olmaya devam edecektir.

Ancak robotlar koordineli sistemler olarak çalışmaya başladığında, daha geniş bir soru seti sormamız gerekir.

Bir robot diğer robotların nerede bulunduğunu sürekli anlayabilir mi? Diğer robotların hangi görevleri yürüttüğünü bilebilir mi? Kendi çalışma durumunu gerçek zamanlı olarak paylaşabilir mi? Arıza hâline gelmeden önce anormal koşulları belirleyebilir mi? Çalışma koşulları değiştiğinde sistem görevleri hızla yeniden dağıtabilir mi? İletişim kesilirse veya bir robot kullanılamaz hâle gelirse ne olur?

Bu sorular, robot mimarisindeki temel bir değişimi ortaya koymaktadır.

Robot artık yalnızca önceden tanımlanmış bir görevi gerçekleştiren bir makine değildir. Ağ bağlantılı, durum farkındalığı olan ve iş birliğine açık akıllı bir düğüme dönüşmektedir.

Çoklu robot sistemlerinin geliştirilmesi hâlihazırda dağıtık iletişim, görev tahsisi, durum senkronizasyonu, formasyon kontrolü ve çarpışma önlemeyi içermektedir. Bu teknolojiler olgunlaştıkça, tek bir robot ile daha büyük robotik sistem arasındaki sınır giderek daha bağlantılı hâle gelecektir.

Bu durum beni HONPINE'da bizim için özellikle önemli olan başka bir soru üzerinde düşünmeye yöneltiyor:

Robotların zekâsı sistem düzeyine yükseliyorsa, robotun hareketini fiziksel olarak oluşturan eklemlere ne olmalıdır?

Robot Eklemleri Bir Robotun “Kaslarından” Daha Fazlası Olmalıdır

Bu, HONPINE'da araştırdığımız sorulardan biridir.

Robot ekleminin geleneksel tanımında birincil sorumluluk basittir: kontrolörden gelen hareket komutunu mekanik harekete dönüştürmek.

Bu nedenle tipik bir entegre robot eklem modülü; hassas redüktör, motor, enkoder, fren ve sürücü sisteminden oluşabilir. Bu mimarinin geleneksel endüstriyel robotlar için son derece etkili olduğu kanıtlanmıştır.

Ancak geleceğin robotlarının daha fazlasına ihtiyaç duyacağına inanıyorum.

Bir robotun çoklu robot iş birliğine katılması bekleniyorsa, eklemleri yalnızca ne kadar dönmeleri komutunun verildiğini bilemez. Kendi çalışma koşullarını da anlamaları gerekir.

Gerçek çıkış konumu nedir? Mevcut hız nedir? Eklem hangi yükü taşımaktadır? Sıcaklık güvenli aralıkta mı? İletişim bağlantısı doğru çalışıyor mu? Fren normal çalışıyor mu? Motor tarafı ile çıkış tarafı konumu arasında anormal bir fark var mı? Eklem anormal tork veya aşırı yük koşulu yaşıyor mu?

Bu bilgiler sürekli toplanıp robot kontrol sistemine iletilebildiğinde, eklem pasif bir aktüatörden daha fazlası hâline gelir.

Robot hareket durumu bilgisinin önemli bir kaynağı hâline gelir.

Yeni nesil akıllı robot eklemlerini bu şekilde anlıyorum.

Çift Enkoderler Neden Giderek Daha Önemli Hâle Geliyor?

HONPINE'ın çift enkoder teknolojisine önemli ölçüde vurgu yapmasının nedeni de budur.

Geleneksel tek enkoder yapılandırmasında sistem, motor tarafından geri bildirim alabilir. Ancak robotun gerçek mekanik hareketi redüksiyon mekanizmasının çıkış tarafında gerçekleşir.

Motor dönüş miktarı, nihai çıkışta gerçekleşen tam hareketi her zaman temsil etmez.

Bu nedenle motor tarafı ve çıkış tarafı enkoderleri farklı ancak birbirini tamamlayan işlevler üstlenebilir.

Motor tarafı enkoderi, motor komütasyonu, hız kontrolü ve motor konumu için geri bildirim sağlayabilir. Çıkış tarafı enkoderi ise iletim aşamasından sonra robot ekleminin gerçek konumunu doğrudan ölçebilir.

Robotların hareket hassasiyeti, dinamik tepki ve durum izleme gereksinimleri arttıkça, çıkış tarafı geri bildirimi giderek daha değerli hâle gelir.

Bu, çoklu robot iş birliği için daha da önemlidir. Her eklem kendi gerçek hareket durumunu doğru şekilde belirleyebilirse, robot kontrolörü robotun daha güvenilir gerçek zamanlı modelini oluşturabilir.

Bu açıdan çift enkoderler, yalnızca eklem konumlandırma hassasiyetini artırmanın bir yolu değildir. Robotun gerçek hareket durumunu anlamak için daha kapsamlı bir geri bildirim mekanizması sağlarlar.

Konum Geri Bildiriminden Tork ve Kuvvet Algılamaya

Ancak birçok gelecekteki robotik uygulama için bir eklemin nerede konumlandığını bilmek yeterli değildir.

İş birlikçi robotlar, insansı robotlar, kuvvet kontrollü sistemler ve çoklu robot manipülasyonu için başka bir soru temel hâle gelir:

Robot ne kadar kuvvet veya torkla karşı karşıyadır?

Aynı nesneyi birlikte taşıyan iki robotu düşünün. Her robot yalnızca kendi konumunu biliyor, ancak nesneye uygulanan kuvvet veya tork hakkında bilgiye sahip değilse, kararlı koordineli hareketi sürdürmek çok daha zorlaşır.

İnsansı robotlar, insanlarla veya çevreleriyle fiziksel olarak etkileşime girdiklerinde benzer bir zorlukla karşılaşırlar. Konum bilgisi tek başına robot ile dış dünya arasındaki etkileşimi tam olarak açıklayamaz.

Bu nedenle robot eklem modüllerinin gelişiminin, konum geri bildiriminden konum, tork, kuvvet ve kapsamlı eklem durumu bilgisinin birleşimine doğru ilerleyeceğine inanıyorum.

Soru artık yalnızca bir eklemin doğru hareket edip edemediği değildir. Ayrıca eklemin bu hareket sırasında neler olduğunu doğru şekilde algılayıp algılayamadığını da anlamamız gerekir.

HONPINE için bu durum, entegre tork algılamalı robot eklemlerini sürekli araştırma ve geliştirme açısından önemli bir alan hâline getirmektedir.

Robot Eklemleri Ağ Bağlantılı Hareket Düğümlerine Dönüşüyor

Bir diğer önemli eğilim, robot eklemlerinin artan bağlantılılığıdır.

Geleneksel robotik mimarilerde kontrolör ile eklem arasındaki ilişki nispeten basit olabilir: kontrolör bir komut gönderir ve eklem bunu uygular.

Gelecekteki robotik sistemlerin çok daha zengin bir etkileşim gerektirmesi muhtemeldir.

Her eklem, robotun gerçek zamanlı kontrol ağı içinde bir düğüm hâline gelebilir. Hareket komutlarını alırken aynı anda konum, hız, tork, sıcaklık, akım, arıza durumu, fren durumu ve güvenlik durumu gibi bilgileri raporlayabilir.

Bu kavram, gerçek zamanlı iletişim ve durum senkronizasyonunun koordineli çalışma için temel olduğu dağıtık çoklu robot sistemlerinin gelişimiyle doğal olarak uyumludur.

HONPINE'ın bakış açısından bu, bir robot eklem modülünün geliştirilmesinin yalnızca mekanik performansa odaklanamayacağı anlamına gelir.

Mekanik iletim, elektriksel entegrasyon, algılama, iletişim ve güvenliğin eksiksiz mimarisini dikkate almamız gerekir.

Hassas redüktör temel olmaya devam etmektedir, ancak eksiksiz eklemin değeri giderek bu teknolojilerin ne kadar etkili birlikte çalıştığından kaynaklanmaktadır.

Güvenlik, Akıllı Robot Eklemlerinin Temel Bir Yeteneği Hâline Gelecek

Robotlar insanlara yaklaştıkça güvenlik giderek daha önemli hâle gelecektir.

Bu durum özellikle iş birlikçi robotlar, insansı robotlar, mobil robotlar, mühendislik robotları ve dinamik ortamlarda çalışan diğer sistemler için geçerlidir. Bir eklemdeki arıza yalnızca robotun kendisini değil, tüm robotik sistemin çalışmasını da etkileyebilir.

Bu nedenle gelecekteki robot eklem modülleri; aşırı akım koruması, aşırı sıcaklık koruması, enkoder hata tespiti, konum sapması izleme, anormal tork tespiti, iletişim arızası tespiti ve güvenli tork kontrolü dâhil olmak üzere daha kapsamlı güvenlik mekanizmalarına ihtiyaç duyar.

Örneğin, HONPINE'ınHAG serisi, frenleme işlevine ek olarak güvenlik mimarisinin bir parçası olarak STO'yu (Safe Torque Off) entegre eder.

Fren ve STO farklı amaçlara hizmet eder. Fren, belirli koşullar altında bir eklemin mekanik konumunun korunmasına yardımcı olabilirken, STO motorun tork üretmesini engelleyen sürücü düzeyinde bir güvenlik işlevi sağlar.

Benim bakış açıma göre bu işlevler birbirinin yerine geçen özellikler olarak görülmemelidir. Daha kapsamlı bir robot güvenlik mimarisi içinde birbirini tamamlayan katmanlar oluşturabilirler.

Güvenlik işlevlerinin isteğe bağlı özellikler olmaktan yavaş yavaş çıkarak akıllı robot eklemlerinin temel yetenekleri hâline geleceğine inanıyorum.

HONPINE Robot Eklem Modülünü Neden Yeniden Düşünüyor?

Tüm bu gelişmeleri bir araya getirdiğimizde, geleceğin robot ekleminin muhtemelen harmonik redüktör, motor, enkoder ve fren kombinasyonundan çok daha fazlası olacağı açıktır.

Gelişmiş bir entegre robot eklemi; hassas iletim, motor teknolojisi, çift enkoder geri bildirimi, tork algılama, entegre sürücü elektroniği, gerçek zamanlı iletişim, güvenlik işlevleri ve eklem durumu izlemesini kompakt bir mimaride birleştirebilir.

Daha da önemlisi, bu işlevler yalıtılmış bileşenler olarak bulunmamalıdır. Entegre bir akıllı hareket düğümü olarak birlikte çalışmaları gerekir.

Bu, HONPINE'ın robot eklem modülü araştırma ve geliştirmesi için önemli bir yöndür.

Yalnızca robot eklemlerini daha küçük, daha hafif veya daha yüksek torklu hâle getirmekle ilgilenmiyoruz. Bunlar önemli mühendislik hedefleri olmaya devam etmektedir, ancak bütün resmi oluşturmazlar.

Ayrıca bir robot ekleminin daha kapsamlı hareket durumu algılama, iletişim, güvenlik ve yürütme yeteneklerini nasıl sağlayabileceğini de soruyoruz.

Bunun, yeni nesil akıllı aktüatörleri geleneksel robotik aktüatörlerden ayıracağına inanıyorum.

Yeni Nesil Robot Eklem Modülleri için HONPINE'ın Yönü

Ürün ve teknoloji açısından, HONPINE'ın farklı robotik uygulamalar için birbirini tamamlayan çeşitli robot eklem platformları geliştirmesi gerektiğine inanıyorum.

HPJM: Yüksek Güvenilirlikli ve Yüksek Torklu Robot Eklemleri

HPJM; yüksek tork, rijitlik, güvenilirlik ve uzun vadeli kararlılığın kritik olduğu uygulamalar için konumlandırılmıştır.

Endüstriyel robotlar, mühendislik robotları, mobil robotlar ve ağır hizmet tipi robotik sistemler çoğu zaman konumlandırma hassasiyetinden daha fazlasını gerektirir. Eklem modülleri, uzun çalışma süreleri boyunca güvenilir hareket performansını korurken zorlu yüklere dayanmalıdır.

Bu uygulamalar için geliştirme öncelikleri; yüksek tork, yüksek rijitlik, hassas iletim ve yüksek güvenilirlik olmaya devam etmektedir.

HAG: Entegre Sürücü, Güvenlik ve İletişim

HAG, daha yüksek seviyede entegre akıllı robot eklemine yönelik başka bir yönü temsil eder.

Hassas redüktörü, motoru, enkoderleri, sürücü elektroniğini, iletişim arayüzlerini ve güvenlik işlevlerini kompakt bir eklem mimarisine entegre ederek sistem entegrasyonu karmaşıklığını azaltabilir ve eklemin eksiksiz robotik platformlara entegrasyonunu kolaylaştırabiliriz.

Bu mimari, alan, kablolama, sistem entegrasyonu ve dağıtık kontrolün önemli hususlar olduğu insansı robotlar, iş birlikçi robotlar, mobil robotlar ve diğer uygulamalar için özellikle uygundur.

TCHL: Kuvvet Kontrolü ve Dinamik Etkileşim için Robot Eklemleri

İş birlikçi robotlar, insansı robotlar ve kontrollü fiziksel etkileşim gerektiren robotik sistemler için tork bilgisi giderek daha önemli hâle gelir.

Entegre tork algılama, robotun yalnızca eklemlerinin konumunu ve hareketini değil, aynı zamanda bu hareketlerle ilişkili kuvvetleri ve torkları da anlamasını sağlar.

Benim görüşüme göre, gelecekteki bir robot eklemi için soru artık yalnızca şudur:

Bu eklem doğru hareket edebilir mi?

Aynı zamanda şudur:

Bu eklem hareket ederken yaşadıklarını doğru şekilde anlayabilir mi?

Bu nedenle tork algılamalı robot eklemleri, HONPINE'ın gelecekteki teknoloji yol haritasının önemli bir parçası olacaktır.

Asıl Fırsat Eklem Zekâsıdır

HONPINE'ın yeni nesil robot eklem modüllerine ilişkin anlayışını özetlemem gerekseydi, tek bir donanım teknik özelliğine odaklanmazdım.

En fazla ilgiyi hak ettiğine inandığım kavram Eklem Zekâsıdır.

Akıllı bir robot eklemi, kendi çalışma koşullarını izleme ve robot kontrolörüne faydalı bilgi sağlama yeteneğine sahip olmalıdır.

Örneğin, anormal sıcaklık koşullarını belirleyebilmeli, motor tarafı ve çıkış tarafı enkoder geri bildirimleri arasındaki olağandışı farkları tanıyabilmeli, anormal torku algılayabilmeli, iletişim kesintilerine uygun şekilde yanıt verebilmeli ve gerektiğinde önceden tanımlanmış güvenli duruma geçebilmelidir.

Çalışma verileri biriktikçe eklem, durum izlemeyi ve erken arıza tespitini de destekleyebilir.

Başka bir deyişle, eklem yalnızca komutları yürütmekten; algılama, izleme, geri bildirim, koruma ve hareket yürütmeyi kapsayan daha kapsamlı bir yeteneğe doğru gelişmelidir.

Akıllı aktüatörlerin gelecekteki robotik sistemler için önemli değer yaratacağı yerin burası olduğuna inanıyorum.

Çoklu Robot İş Birliği Çağında Robot Eklem Modüllerine Ne Olacak?

Başladığımız soruya dönelim.

Çoklu robot iş birliği neden giderek daha önemli hâle gelecek?

Çünkü robotlar, bilgi paylaşabilen, görev tahsis edebilen, hareketi koordine edebilen ve değişen koşullara toplu olarak yanıt verebilen bağlantılı sistemlere doğru bağımsız makineler olmaktan yavaş yavaş evrilmektedir.

Bu sistem içinde üst düzey yazılım; görev planlama, yol planlama, görev tahsisi, robot koordinasyonu ve sistem düzeyinde karar almadan sorumludur.

Robot eklemi ise bu kararları hassas, güvenilir ve güvenli fiziksel harekete dönüştürmekten sorumludur.

Bu, robot eklem modülünü robot zekâsı ile robot hareketi arasındaki kritik bir arayüz hâline getirir.

Robotik mimariler geliştikçe üst düzey sistem giderek daha akıllı hâle gelirken, eklemin giderek daha doğru algılama, iletişim, güvenlik ve hareket yürütme sağlaması gerekir.

Bu nedenle eklem, robotun akıllı hareket katmanının önemli bir parçası olur.

HONPINE Yalnızca Daha İyi Bir Redüktör Üretmemelidir

Bu, HONPINE'ın kurucusu olarak sık sık düşündüğüm sorulardan biridir.

Kendimizi yalnızca bir redüktör üreticisi olarak tanımlarsak, araştırma ve geliştirmemiz doğal olarak iletim verimliliği, hassasiyet, hizmet ömrü, tork kapasitesi, rijitlik, boyut ve ağırlığa odaklanır.

Bunlar temel teknolojilerdir ve HONPINE bunlara yatırım yapmaya devam edecektir.

Ancak robotik alanındaki daha geniş gelişime baktığımda, hedefimizin daha ileri gitmesi gerektiğine inanıyorum.

Hassas redüktörlerden aktüatörlere, aktüatörlerden entegre robot eklem modüllerine ve entegre eklem modüllerinden akıllı hareket düğümlerine doğru ilerlemeye devam etmeliyiz.

Bu yalnızca ürün portföyümüze daha fazla ürün ekleme meselesi değildir.

Robotikte temel hareket bileşenlerinin rolünü anlama biçimimizde bir değişimi temsil eder.

Hassas bir harmonik redüktör, doğru iletimin temelini sağlar.

Entegre bir aktüatör, iletim ve motor teknolojilerini birleştirir.

Akıllı bir robot eklemi, algılama, kontrol, iletişim ve güvenliği ekler.

Bu teknolojiler birlikte, robotun zekâsı ile gerçek dünyayla fiziksel etkileşimi arasında kritik bir hareket katmanı oluşturabilir.

Geleceğin Robotu Yalnızca Tek Bir Robot Olmayabilir

Robotik endüstrisinin önemli bir yapısal değişime doğru ilerlediğine inanıyorum.

Geçmişte öncelikle bir robotun neler yapabileceğinden bahsediyorduk.

Gelecekte ise bir robot sisteminin neler başarabileceğinden giderek daha fazla söz edebiliriz.

Eskiden tek bir robotun ne kadar yetenekli hâle gelebileceğine odaklanırdık.

Bir sonraki soru, birden fazla robotun tek bir makine için zor veya imkânsız olacak görevleri tamamlamak üzere nasıl birlikte çalışabileceğidir.

Robotik, tekil makinelerden koordineli sistemlere ve tek robot zekâsından sistem zekâsına doğru ilerledikçe, robot eklem modüllerinin de gelişmesi gerekir.

Bir robotun yalnızca mekanik “kasları” olarak kalamazlar.

Çalışma koşullarını algılayabilen, hassas hareket gerçekleştirebilen, robot kontrol sistemiyle iletişim kurabilen ve genel sistem güvenliği ile güvenilirliğine katkı sağlayabilen akıllı hareket bileşenlerine dönüşmeleri gerekir.

HONPINE'ın yatırım yapmaya devam etmesi gereken yönün bu olduğuna inanıyorum.

Amacımız yalnızca daha iyi bir harmonik redüktör veya daha yüksek performanslı bir robot eklemi üretmek değildir.

Geleceğin robotları için akıllı hareket katmanının oluşturulmasına yardımcı olmak istiyoruz.

HONPINE'ın robotik alanının bir sonraki aşamasındaki rolünü bu şekilde görüyorum.

Akıllı Otomasyonun Geleceğine Güç Veriyoruz.

— Allen Li

Kurucu, HONPINE