Sumo Robot Nasıl Yapılır?

Mine Cüneyitoğlu & Betül Aydın - ODTÜ Robot Topluluğu

Sumo robotlar (adından da anlaşılabileceği gibi) Japon Sumo Güreşleri'nden esinlenilerek oluşmuştur. Sumo güreşlerinde olduğu gibi yine iki rakibin ring yerine dohyoların üzerinde birbirlerini dışarı çıkarmaya çalışmaları ile olur. Dohyo; şekil-2'de de görülen, sumo robot yarışmalarının üzerinde yapıldığı belirli yarıçapları olan alana verilen isimdir.

Dohyoların (şekildeki gibi) ortası siyah ve çevresi beyaz renktedir. Robot, algılaycılarıyla (Bilim ve Teknik Dergisi'nin daha önceki sayılarında da bahsedilen çizgi izleme algılayıcılarının mantığıyla aynıdır) bu beyaz rengi ayırt eder ve pist dışına çıkmaz.

Robotlardan hangisi rakibini dohyonun dışına önce iterse o robot yarışmayı kazanmış olur.

Robotların belirli büyüklük ve ağırlık gibi sınırları vardır ve buna göre Mini Sumo ve Sumo Robot olmak üzere kategorilere ayrılırlar.

Sumo Robot kuralları yapıldığı ülkeye ve yarışa göre değiştiği gibi uluslararası yarışmalarda kabul gören ve ODTÜ Robot Günlerinde de geçerli olan kurallar şu şekildedir:

1) Robotlar mini sumo kategorisi için 10x10, Sumo kategorisi için 20x20 cm'lik kareye sığacak şekilde olmalıdır, fakat yarış başladıktan sonra bu boyutlar değişebilir. Yükseklik için bir sınırlama yoktur. Ağırlık Mini Sumo için 500 gr. Sumo için 2 kg'ı geçmemelidir.

2) Robotlar tamamen otonom olmalıdırlar, yani dışarıdan hiçbir müdahale olmaksızın ne yapmaları gerektiğine kendileri karar vermelidirler.

3) Robotlarda; rakibin elektronik devrelerini bozacak, tutuşmaya sebep olacak veya Dohyo'ya zarar verecek parçalar kullanılamaz. Zemine tutunmayı artıracak şekilde zemini ememezler ve yapışkan tekerler kullanamazlar.

4) Bir maç, 3'er dakikalık 3 oyun üzerinden oynanır. Her maçı kazanan robot 1 puan kazanır. En fazla puanı alan robot bir üst tura çıkar.

5) Hakemin ilk işaretiyle robotlar dohyoya yan yana bakacak şekilde (merkezden 10 cm uzaklıkta bulunan 2 paralel kahverengi çizgi üzerine) konur. Hakemin ikinci işaretiyle yarışmacılar robotlarını çalıştırmak için hazır bulunurlar. Üçüncü bir işaret ile robotlar çalıştırılır ve maç başlamış olur.

6) Robot çalıştırıldıktan itibaren 5 sn hareketsiz durmalıdır.

Ülkemizde ise ODTÜ Robot Topluluğu'nun her yıl düzenlediği ODTÜ Robot Günleri'nin (ORG) çok ilgi çeken kategorilerden biri olan Sumo Robot ve Mini Sumo Robot yarışmalarına Türkiye'nin değişik lise ve üniversitelerinden öğrenciler katılmaktadır.

Bu bilgileri verdikten sonra temel olarak sumo yapımına göz atmadan önce robot nedir, nasıl çalışır ona bakalım. Robotlar otonom olarak (kendi başına) bulunduğu ortamı kendi programı sınırlarında algılayıp yorumlayabilen ve tepki üreten makinelerdir. İnsanda beynin gördüğü işlevi robotta kontrol kartı gerçekleştirir. Algılama da robotta kullandığımız algılayıcılar aracılığıyla olur. Algılayıcılardan gelen bilgi, kontrol kartı (PIC mikrodenetleyicili kart) aracılığıyla, yazılmış olan programa göre yorumlanır ve tepkiler dijital veriler halinde robotun hareket mekanizmalarına gönderilir.

Sumo robotlar da diğer robotlar gibi üç temel kısımdan oluşur: Mekanik, elektronik ve yazılım. Şimdi bu bilgiler ışığında temel olarak sumo robot nasıl yapılır onu görelim:

Mekanik Kısımlar:

Gövde Tasarımı:

Bir sumo robotun yarış amacı rakibini dohyo dışına itip alt etmek olduğundan gövde kısmının sağlam ve dayanıklı olması önemlidir. Üretime geçmeden önce yarış kategorisi kurallarına uygun olarak kaba bir tasarım yapılması oldukça faydalı olacaktır. Kurallarda verilen ağırlık üst sınırına uyulması koşulu ile alüminyum, çelik, pleksiglas gibi malzemelerden oldukça dayanıklı bir robot yapılabilir. Bu malzemeler somunlu vidalar, perçinler,silikon ve benzer birleştiriciler ile tasarım doğrultusunda bir araya getirilebilir. Tasarımda hangi malzemenin nerede kullanılarak yapılacağı düşünülürse, robotun ortaya çıkarılması daha kolay olacaktır.

Şekil 1 : Dohyo ve robotların konumu

Şekil 2 : Türkiye'nin ilk sumo robotu - ODTÜ Robot Topluluğu tarafından yapılan "Tosun Paşa" halen çalışmaktadır, fakat artık yeni kuşak sumolara yenilmektedir!

Tasarım yapılmaya başlanmadan önce robotta kullanılacak motorların saptanması oldukça faydalıdır. Tipik bir sumo robotta genelde iki adet tekere bağlı iki dişli kutulu motor bulunur. İki ayrı motorun olması diferansiyel sürüş sağlar. Robotun tabanının bir çokgen oluşturması ve böylece kararlı bir dengede olması için ise tabanda ön kısma bir yada birkaç adet sarhoş teker konur. Daha önce "Çizgi izleyen robot nasıl yapılır?" yazımızda da belirttiğimiz gibi sarhoş teker bebek arabaları, çöp kutuları gibi uygulanan kuvvet doğrultusunda kolayca ilerlemesi istenen araçların altına konan tekere verilen addır. Robotun ebatlarına uygun olabilecek bir sarhoş teker yapı marketlerde yada nalburiyelerde bulunabilir. Sarhoş teker genelde robotun önüne konur. Motorlar ise arkaya konursa daha rahat bir kontrol sağlanır. Kullanılacak dişli kutulu yada kasnaklı motorların gövdeye sabitlenmesine yataklama denir. Bir çok motorun çeşitli yerlerinde motoru herhangi bir yere sabitlemek için delikler ve çıkıntılar bulunur. Tasarım esnasında bunlara bakılarak motorları gövdeye sabitleme yöntemleri düşünülmelidir. Şekil 'de görülen Tanker adlı sumo robotta ise teker yerine palet kullanılmıştır. ODTÜ Robot Günleri yarış kurallarına göre palet kullanımı serbesttir. 2. 3. ve 4. şekillerde ODTÜ Robot Topluluğu tarafından yapılmış çeşitli sumo ve mini sumo robot tasarımlarını görebilirsiniz.

Şekil 3 : ODTÜ Robot Topluluğu'ndan bir mini sumo (Birim Sumo)

Şekil 4 : ODTÜ Robot Topluluğu'ndan bir diğer sumo robot (Tanker)

Şekil 5 : Tipik bir sumo robot tasarımı

Tüm bu yukarıda belirtilenler şekil 6'da görülen en tipik sumo robot modelini hayata geçirmek için yeterlidir. Ancak, değişik stratejiler için çok çeşitli tasarımlar yapılabilmektedir. Fakat, unutmayınız ki tasarımınızın karmaşıklığının artması onun uygulanabilirliğini azaltacaktır. Bu yüzden bilhassa fazla uygulama tecrübesi olmayanlara öncelikle şekildeki tipik tasarımı gerçekleştirmelerini tavsiye ederiz.

Gövde Üretimi:

Üretimi gerçekleştirmek için, çalışma ortamında gerekli olacak matkap, testere, tornavida, eğe gibi aletler ile kullanılacak malzemeler temin edilir. Öncelikle kullanılacak malzemeden (örneğin bizim elimizdeki malzeme bir alüminyum levha olsun) gerekli miktarda parça kesilir. 2-3 mmlik alüminyum levhalar, 4-5 mmlik pleksiglaslar dişleri yeterince sağlam herhangi bir testere ile kesilebilir. Ayrıca elinizin altında varsa dekopaj veya elektrikli testere ile çok daha düzgün kesilmiş parçalar elde edebilirsiniz. Daha sonra tasarımınız doğrultusunda ürettiğiniz parçaları birleştirmek için kestiğiniz parçaların çeşitli yerlerine delikler açmanız gerekecektir. Matkap ile bu delikleri açarken delik yerlerini düzgünce işaretlemeye dikkat ediniz. İşaretleme işlemini kumpas, gönye ve cetvel kullanarak olabildiğince hassas yapınız. Aksi taktirde robotunuzun bazı parçaları isteğiniz gibi denk gelmeyebilir. İşaretleme kalemi olarak ince uçlu asetatlı kalem veya çivi kullanabilirsiniz. Delikleri açtıktan sonra robotunuzu birleştirin ve motorları yerine monte edin.

Elektronik Kısımlar :

Basit Kontrol:

Gövdenin üretimi bittikten sonra motorlarınızın gövdeyi taşıyıp taşımadığına ve robotunuzun hangi hızla gideceğine bakmak için basit bir kontrol yapmanız oldukça faydalıdır. Bunun için yapılması gereken motorların çalışma gerilimini sağlayacak miktarda pili doğrudan motorlara bağlamaktır. Bunun için motorlarınızdan çıkan kabloları pilin kutuplarına değdirmeniz yeterlidir. Dilerseniz değdirme işini timsah (krokodil) ile yapabilirsiniz. Bu eleman kolayca çekilip açıldığından, robotunuzun iki motorunu da bağladığınızda kaçıp gitmesini kolay engellemenizi sağlar. Her iki motoru da takıp deneyin. Motorları ters yada düz bağlayıp robotunuzun ileri, geri gitmesini ve sağa ve sola dönmesini gözleyin. Eğer mekanik bir sorun yoksa ve tasarımızdan memnunsanız artık robotunuza bir kontrol kartı üretebilirsiniz.

Baskı Devre:

Robotunuza bir kontrol kartı üretmek için şekil 9'daki baskı devre şemasından faydalanabiliniz. Baskı devre üretimi için ise bu dergide daha önce yayımlanmış olan, baskı devre yapımını anlatan yazılara göz atabilirsiniz. Verilen şemada uzaklık algılayıcısı olarak sharp GP2D02, siyah beyaz algılayıcısı olarak CNY70 kullanılmıştır. Uzaklık algılayıcı rakibin görülmesini, CNY70 algılayıcıları ise pistin dışına çıkılmamasını sağlar. Tüm bu elemanlardan gelen bilgiler mlkrodenetleyicide işleme konur ve motorların mikrodenetleyicideki yazılım sayesinde hareket etmesi sağlanır. Verilen örnek program da bu şemaya göre yazılmıştır. Şekil 7'de kullanılabilecek bazı malzemeler gösterilmiştir.

Verilen şemada kullanılan elemanlar:

- PIC 16F84A mikrodenetleyici        1 Adet
- L293D motor sürücü tümleşik devre  1 Adet
- LM7805 5V'luk regulator            1 Adet
- Sharp CP2D02 veya GP2D02 uzaklık algılayıcı  1 Adet
- CNY70 siyah-beyaz algılayıcı  2 Adet
- 4'lü Klemens  1 Adet
- 2'li Klemens  4 Adet
- Herhangi renkte bir LED      1 Adet
- 4 MHz'lik kristal            1 Adet
- 100 K Ohmluk potansiyometre  1 Adet
- 22pF'lık kondansatör   2 Adet
- 470uF'lık kondansatör  1 Adet
- 100nF'lık kondansatör  1 Adet
- 10K Ohmluk direnç      1 Adet
- LED'i 5 Voltta sürecek uygun direnç  3 Adet
- 1N4148 diyotu     1 Adet
- 18'lik dip soket  1 Adet
- 16'lık dip soket  1 Adet

Devrede kullanılan elemanlar baskı devrede (şekil 9) yerlerine oturtulduğunda şekil 8'deki bağlantılar yapılmış olur. Devrede TPR toprak (yani besleme kaynağınızın negatif kutbu), BSM besleme anlamına gelir. L293D Motor sürücü entegresinde ise SagM ve SolM, sağ ve sol motorları, I ileri, G geri ve g ise giriş anlamını taşımaktadır. Baskı devre şemasında görülen kırmızı yollar (3 adet) ise tek yüzlü baskı devrede bağlanması mümkün olmayan yollardır, bunları iki ucundaki deliklerden kablo kullanarak bağlayınız ve kablonun iki ucunu deliklere lehimleyiniz.

Klemensler kabloların kolayca ve sorunsuz çıkarılıp takılması içindir. CNY70 algılayıcısını kullanabilmek için şekil 11'de verilen devre ise ayrıca üretilecektir ve algılayıcı robotun tabanında nereye konacaksa oraya monte edilecektir. Bu devre küçük bir parça pertinaksa yapılabilir. Algılayıcılarınız için gereken fazladan +5V ve toprağı ise sol üst köşede fazladan gözüken ikili klemensin bacaklarından alabilirsiniz.

Basit Algılayıcı ve Motor Testi:

Elinizde varsa, bir multimetre aracılığıyla baskı devrenizin bağlantılarınızı test etmekte fayda var. Multimetrenizi kopuk bağlantı ölçme konumuna alın ve sırasıyla lehimlediğiniz elemanların bacakları ile klemenlersler arası her bağlantıyı kontrol edin. Ayrıca olası kısa devreleri test etmenizde de fayda var (Örneğin besleme ile toprak arasında bağlantı olmadığından emin olun). Daha sonra CNY70 algılayıcılarında gereken yerlere +5V ve toprak veriniz.

Programlayıcı Kart:

Mikrodenetleyicinizi programlayabilmek için çok çeşitli programlayıcılar kullanabilirsiniz. Burada ise yapılması en kolay programlayıcılardan biri olduğu için daha önce Bilim ve Teknik dergisinin şubat 2005 sayısında yayımlanmış programlayıcı devre şemasını bir kez daha yayımlayacağız. Ayrıca elektronik malzeme satan yerlerde daha gelişmiş mikrodenetleyici programlama kartları bulmak da mümkündür.

Sharp GP2D02 Uzaklık Algılayıcısı:

Kızılötesi ışık göndererek ışığın geri dönüş açısını okuyan ve bu şekilde uzaklık tayin eden Sharp GP2D02 algılayıcısının genelde piyasada GP2D02 ve GP2D05 modelleri bulunur. Bu algılayıcı Türkiye'de maalesef sadece büyük şehirlerdeki elektronik malzeme dükkanlarında bulunabilir ya da yurt dışında belli başlı robot malzemeleri satan firmaların internet sitelerinden ısmarlanabilir. Eğer sharp GP2D02 algılayıcısı edinme imkanınız yoksa, ilerleyen yazılarımızda bulunması kolay parçalardan yapılabilecek bir uzaklık algılayıcıdan bahsedeceğiz.

Sharp GP2D02 algılayıcısı ile 10-80 cm arası uzaklıklar okunabilir. Okunan değerler ise 0 ile 255 arası sayılara karşılık gelir. Ancak arada ters orantı vardır, yani okunan büyük bir değer karşıdaki cismin yakında olduğu anlamına gelir. Bu algılayıcı kullanılırken şekil 7'daki gibi bir adet 1N4148 diyotunu bağlamak gerekir. Aksi taktirde sharp GP2D02 bozulabilir. Ayrıca besleme voltajının 5 Voltun üstüne çıkması da algılayıcıya zarar verir. Beslemenin 5 Voltun altına inmesi ise yapılan ölçümlerin hassasiyetini düşürür.

Şekil 6 : Daha önce de verilmiş olan programlayıcı şeması

Şekil 7 : Sharp algılayıcısının kontrol kartına bağlanması

Şekil 8 : Sumo Kontrol Kartı - ISIS Simülasyonu

Şekil 9 : Baskı devrenin ARES programında çizimi

Şekil 10 : Baskı devrenin taban kısmı (Birebir ebatında)

Şekil 11 : Örnek CNY70 bağlantısı

Programlama :

Basit Sumo Robot Programı:

PIC Basic dilinde yazılmış ve Micro Code Studio derleyicisinde düzenlenmiş bu örnek program oldukça basittir. Sumo robotunuzu yapıp sorunsuz çalıştırdıktan sonra yaratıcı düşünerek çok çeşitli programlar yazabilirsiniz. Örneğin algılayıcı sayısı arttırılarak ve bulanık mantık kullanılarak oldukça başarılı sumo programları yazılabilir.

INCLUDE "modedefs.bas" ;BU YÖNTEM  İLE SHARP ALGILAYICISINI OKUYACAĞIZ
SYMBOL SAGILERI = PORTB.0 ;MOTORLARI TANIMLADIK
SYMBOL SAGGERI  = PORTB.1
SYMBOL SOLGERI  = PORTB.2
SYMBOL SOLILERI = PORTB.3
SYMBOL CNYSAG   = PORTB.4 ;SIYAH-BEYAZ ALGILAYICILARI TANIMLADIK
SYMBOL CNYSOL   = PORTB.5
SAAT VAR PORTB.6
;UZAKLIK ALGILAYICININ BACAKLARINA İSİM VERDİK
BILGI  VAR PORTB.7
TRISB = %10110000 ;GİRİŞ VE ÇIKIŞLARI AYARLADIK
MES CON 80
UZAKLIK  VAR BYTE
UZAKLIK1 VAR BYTE
DONUS    VAR BIT
KONTROL  VAR WORD
BULDU    VAR BIT
BIRIM    VAR BYTE
N        VAR BYTE

;*****  ANA DÖNGÜ

GOSUB  DUR ;YARIŞMA KURALINA GÖRE EN BAŞTA BEKLENMESİ GEREKEN
PAUSE  5000 ;5 SANİYELİK SÜRE
GOSUB  SAATYONU ;SAAT YÖNÜNDE DÖNEREK YARIŞA BAŞLAMA
PAUSE  10

ANA:
GOSUB  OKU
GOSUB  DEGERLENDIR
GOTO   ANA

DEGERLENDIR:
IF UZAKLIK >= MES THEN ;UZAKLIK DEĞERİ BELİRLİ BİR SAYIDAN BÜYÜKSE
CALL     DUZGIT ;RAKİP ROBOTUN YAKIN OLDUĞU ANLAŞILIR
PAUSE    1 ;VE ROBOT HEMEN DÜZ GİTMEYE BAŞLAR ENDIF
RETURN

;*****  TEKER HAREKETİ
DUZGIT:

HIGH  SAGILERI
HIGH  SOLILERI
LOW   SAGGERI
LOW   SOLGERI
RETURN

SAATYONU:
HIGH  SAGGERI
LOW   SAGILERI
HIGH  SOLILERI
LOW   SOLGERI
RETURN

TERSI:
HIGH  SAGILERI
LOW   SAGGERI
HIGH  SOLGERI
LOW   SOLILERI
RETURN

GERIGIT:
LOW   SAGILERI
LOW   SOLILERI
HIGH  SAGGERI
HIGH  SOLGERI
RETURN

DUR:
LOW   SAGILERI
LOW   SOLILERI
LOW   SAGGERI
LOW   SOLGERI
RETURN

;-----------SHARP OKUMA  RUTİNİ
OKU:
LOW  SAAT ;SAATİ (CLOCK) KAPATARAK BİLGİ GELMESİNİ BEKLER
WHILE  BILGI=0 ;BİLGİ GELENE KADAR BEKLER
WEND
SHIFTIN BILGI, SAAT, MSBPOST, (UZAKLIK) ;UZAKLIK BİLGİSİNİ SHIFTIN KOMUTU
HIGH   YESIL ;ARACILIĞIYLA MSBPOST YÖNTEMİ İLE
PAUSE  5 ;ALIP UZAKLIK DEĞİŞKENİNE ATAR ARDINDAN BİLGİ ALIŞ VERİŞİNİ
RETURN ;KAPATIR

Siz de sumo robot yarışlarını izlemek, hem eğlenmek hem de Türkiye'de yeni gelişen robot teknolojilerinin temelini kavramak istiyorsanız 24 - 25 Mart'ta 2006 ODTÜ Robot Günleri'ndeki yerinizi alın. Hatta çalışmalara başlarsanız siz de bir sumo robot yapıp turnuvalarda yerinizi alabilirsiniz.

Unutmayın burada yapımını anlattığımız sumo robot sadece temel bileşenleri içermekte. Robotunuzu iyileştirmek ve değişik stratejiler geliştirmek sizin hayal gücünüzün sınırlarına kalmış...

Şimdiden kolay gelsin...

 

Kaynaklar

Aşağıdaki bağlantılardan daha detaylı bilgi edinebilirsiniz...

Bilim Robotik Sayfası : http://bilim.ficicilar.name.tr/sayfa/robotik.html
ODTÜ Robot Topluluğu Sitesi : http://www.robot.metu.edu.tr
ODTÜ Robot Günleri Sitesi : http://robot.metu.edu.tr/org
PicUp Programı : http://www.adrnittansen.studorg.liu.se
İndirmek için : http://robot.metu.edu.tr/dosya/picup.exe
Microchip Resmi Sitesi : http://www.microchip.com/
CNY70 Datasheeti için : http://www.vishay.com
Çeşitli Sharp Algılayıcısı Dokümanları : http://www.easierrobotics.com/cgi-bin/f.cgi
L293D datasheeti için : http://www.alltronics.com
Micro Code Studio Programı için : http://www.mecanique.co.uk/code-studio/

İlgili olabilecek (otomasyon, PLC, vb.) reklam linkleri:

Bu makaleyi PDF dosyası olarak indirmek için tıklayın:   Sumo_Robot-Bilim_ve_Teknik_456_syf_86-89.pdf

Kasım 2005
Tübitak, Bilim ve Teknik Dergisi

Arama önerileri: sumo robot, ODTÜ robot topluluğu, robotik, hobi robotları, elektronik,

© 2000-2008
ilker Fıçıcılar
F.U.E.L
Bilim
www . Bilim Bilmek . com