Bir robotun yere düşmeden önceki yarım saniyesi

Bir fuarın gösteri alanında insan boyunda bir robot kutu taşıyor. Ayağı yerdeki bir kablonun kenarına takılıyor, gövdesi öne eğiliyor ve kalça motorları onu toparlamaya yetmiyor. Robot düşüyor. Ağırlık merkezi bir metreden yere doğru inerken geçen süre yarım saniyeden az. Seyirciler yalnızca bir gürültü duyar.

O yarım saniyenin içinde ise yoğun bir trafik var. Otuz eklemin her birindeki motor sürücüsü bir karar vermek zorunda: torku kesmek mi, freni kapatmak mı, motoru kısa devre edip düşüşü yumuşatmak mı? Üstelik yere doğru hızlanan yetmiş kilonun enerjisinin bir kısmı, motorlar üzerinden robotun 48 voltluk barasına geri akmaya çalışıyor. O yarım saniye, insansı robotların (humanoid) neden hâlâ en çok donanımda zorlandığını da gösteriyor.

Neden şimdi

Honda’nın Asimo’su 2000’de yürüyordu ama hiçbir zaman ticari bir ürün olmadı. 2020’lerde üç şey aynı anda değişti. Yapay zekâ, robot hareketini elle programlanan bir şey olmaktan çıkarıp simülasyonda öğrenilen bir şeye dönüştürdü; görme, dil ve hareketi birleştiren modeller, robota yeni bir işi göstererek öğretmeyi mümkün kıldı. Elektrikli araç sektörü motorları, bataryaları, güç elektroniğini ve sensörleri seri üretime soktu ve ucuzlattı. Yaşlanan nüfus ve işçi bulunamayan fabrikalar da talebi yarattı.

Neden insan biçimi? Çünkü dünya insana göre yapıldı. Merdivenler, kapı kolları, aletler, raf yükseklikleri. Robotu dünyaya uydurmak, dünyayı robota uydurmaktan ucuz.

Abartı ve gerçek sayılar

İnsansı robotlar medyada sektörün en büyük konusu, ama sayılar daha sakin. 2025’te dünyada sevk edilen insansı robot sayısı, kaynağa göre 13 bin ile 18 bin 600 arasında. Liderler Çinli: araştırma şirketi Omdia’ya göre AgiBot 5.168 robotla birinci; Unitree kendi beyanına göre yaklaşık 5.500, Omdia’ya göre 4.200 robot sevk etti. IFR ise daha sıkı bir tanım kullanıyor: 140 santimden uzun, ticari kullanım için satılan tam boy insansı robotlar. Bu tanımla 2025’te yaklaşık 7 bin insansı robot satıldı ve IFR dünyada 174 insansı robot üreticisi saydı, yarısından fazlası Çin’de.

ABD tarafında Tesla Optimus, Figure, Agility Robotics, Apptronik, 1X ve Hyundai’nin sahibi olduğu Boston Dynamics var. Çin’de Unitree, AgiBot, UBTECH, Fourier, Xiaomi ve onlarca yeni firma yarışıyor. Avrupa’da Almanya’dan NEURA Robotics ve İspanya’dan PAL Robotics öne çıkıyor. 2026 için tahminler 30 bin (UBS) ile 50 binin üstü (TrendForce) arasında. Firma hedeflerini niyet olarak okumak gerek.

Bir donanım mühendisi için bu sayıların çevirisi şu: 15 bin robot, robot başına 30 eklem sürücüsüyle yaklaşık 450 bin sürücü eder. Aynı yıl kurulan endüstriyel robot kolları için gereken servo sürücü sayısı ise yaklaşık 3,6 milyon (Robotik sektör haritası). İnsansı robotların sürücü pazarı bugün kolların sekizde biri kadar. Ama hızla büyüyor ve teknik olarak çok daha zor.

Otuz eklem, otuz sürücü

Bir insansı robotun gövdesinde 20 ile 40 arasında aktüatör bulunur: boyunda iki ya da üç, her kolda altı ya da yedi, belde bir ile üç, her bacakta altı. Eller bunlara dahil değil; tek bir el 6 ile 20 serbestlik derecesi taşıyabilir.

Eklemlerin çoğu döner aktüatördür: çerçevesiz bir fırçasız motor, harmonik ya da planet redüktör, biri motor diğeri çıkış tarafında iki enkoder ve bazılarında fren ile tork sensörü. Tesla 2022’deki AI Day sunumunda Optimus’un bacaklarında motorun dönüşünü doğrusal kuvvete çeviren planet makaralı vidalar kullandığını gösterdi. Unitree ve MIT’nin Cheetah robotu ise yarı doğrudan tahrik (QDD) adı verilen bir yaklaşımla bilinir: redüktör oranı yalnızca 6 ile 10 arasındadır, eklem dışarıdan itildiğinde kolayca döner, darbeye dayanıklıdır ve tork doğrudan motor akımından tahmin edilebilir.

Bu harita gerçek bir robotta nasıl görünüyor? Unitree’nin G1’i 1,32 metre boyunda, yaklaşık 35 kiloluk bir insansı robot ve 23 eklemi var: her bacakta 6, belde 1, her kolda 5. Şirketin yayımladığı robot modeline göre bu 23 eklem yalnızca dört tork sınıfına dağılıyor. On kol ekleminin hepsi 25 N·m’lik aynı küçük aktüatörü, altı kalça eklemi ile bel ise 88 N·m’lik orta boy aktüatörü kullanıyor.

Sürücü tasarımcısı için bunun anlamı açık: dört sürücü kartı tasarlanır, doğrulanır ve 23 kez üretilir. Kart başına 5 dolarlık bir tasarruf robot başına 115 dolar eder. G1’in bataryası da aynı 48 voltluk dünyadan: 13 seri lityum hücre, hücre başına 3,7 V nominalle yaklaşık 48,1 V, tam doluyken 54,6 V. 9000 mAh’lik paket yaklaşık 433 Wh enerji taşır. Üreticinin verdiği iki saatlik çalışma süresi, ortalama yaklaşık 216 W’lık bir güç çekişi demektir.

Her eklemin içinde kendi sürücüsü vardır (Endüstriyel robot kolları ve cobotlar). Avuç içinden küçük bir kart, 48 volt civarındaki baradan 20 ile 60 amper çeker. Üzerinde üç fazlı evirici, MOSFET sürücüleri, akım ölçümü, bir mikrodenetleyici, enkoder arayüzü ve CAN-FD ya da EtherCAT haberleşmesi bulunur. Isısını atabileceği yer ise eklemin alüminyum gövdesinden ibarettir.

Gövdede genellikle 1 ile 2,5 kWh arasında bir batarya, BMS’i, 48 volt civarında bir ana bara, acil durdurma ve DC-DC dönüştürücüler bulunur. Üreticiler 2 ile 5 saatlik çalışma süreleri iddia ediyor. 2 kWh’lik bir batarya 4 saat dayanıyorsa robot ortalama 500 W çekiyor demektir: bir mutfak robotu kadar. Bazı robotlarda batarya birkaç dakikada değiştirilebilir.

Düşüşün enerjisi

Başa, düşen robota dönelim.

Bu yüzden düşme senaryosu, kartlar çizilmeden önce sistem düzeyinde tasarlanır. Bir seçenek, geri gelen enerjiyi bataryanın almasıdır; ama BMS’in bir şarj akımı sınırı vardır ve dolu bir batarya bu enerjiyi kabul etmeyebilir. İkinci seçenek, baraya bir frenleme kıyıcısı koyup fazlayı bir dirençte yakmaktır. Üçüncüsü sürücünün kendisinde: motorun üç fazını alt MOSFET’lerle birbirine bağlamak (aktif kısa devre). Motor bu durumda frenler ama enerjiyi baraya değil, kendi sargılarına ve MOSFET’lere verir. Hangi eklemin hangi stratejiyi seçeceği, robotun düşerken nasıl bir şekil alacağını da belirler.

Düşmek tek tepe an değil. Zıplamak, çömelmek, yerden kalkmak da eklemlere kısa süre ortalamanın birkaç katı akım çektirir ve bu akımın baradaki gerilim düşümü otuz sürücünün hepsini aynı anda etkiler. Robot çömelirken ya da merdiven inerken eklemler yine jeneratöre döner. Onlarca sürücü, uzun kablolar, kameralar ve hassas sensörlerin aynı gövdede bir arada bulunması da elektromanyetik uyumluluğu ayrı bir sınava çevirir.

Donanım hâlâ darboğaz

İnsansı robot şirketlerinin iş ilanları bu tabloyu açıkça gösteriyor. Figure “aktüatör sistemleri elektrik mühendisi”, 1X “aktüatör ve sürücü elektrik mühendisi”, NEURA “aktüasyon mühendisi” arıyor: motor sürücüsü, MOSFET sürücü devresi, güç dağıtım kartı, ölçüm devreleri, tasarım ve doğrulama. Yapay zekâ yazılımcısı bulmak görece kolay; seri üretilebilir, güvenilir ve ucuz bir eklem sürücüsü tasarlayabilen mühendis bulmak zor.

Güvenlik standartları da henüz yetişmedi. Dinamik dengeyle ayakta duran robotlar için ISO 25785-1 hazırlanıyor; o çıkana kadar endüstriyel robot, kişisel bakım robotu ve makine emniyeti standartlarının türevleri kullanılıyor. Türkiye’de insansı robot geliştiren firma az ve küçük. Ama insansı robot ekleminin içindeki beceri, yani 48 voltluk kompakt bir motor sürücüsü, güç dağıtımı ve doğrulama, savunma araçlarında, depo robotlarında, cobotlarda ve elektrikli araçlarda da aynen işe yarıyor.

İnsansı bir robotu izleyen kişi yürüyüşüne bakar. Onu tasarlayan kişi ise düştüğü yarım saniyeye.

---

Kendini sına

Önce kâğıt kalemle çöz, sonra çözümü aç.

1. 60 kiloluk insansı bir robot 0,4 metre çömeliyor ve bunu 1 saniyede yapıyor. Açığa çıkan enerji ve ortalama güç ne? Bu güç tamamen 48 V baraya geri dönseydi bataryaya kaç amper şarj akımı giderdi?

Çözüm

• Enerji: 60 × 9,81 × 0,4 ≈ 235,4 J
• Ortalama güç: 235,4 J / 1 s ≈ 235,4 W
• Akım: 235,4 / 48 ≈ 4,9 A

Gerçekte kayıplar yüzünden daha azı döner, ama birkaç amperlik geri akım dolu bir bataryanın BMS’ini korumaya sokmaya yetebilir.

2. QDD aktüatör ile yüksek oranlı harmonik redüktörlü aktüatörü darbe dayanımı, tork ölçümü ve verim açısından karşılaştır.

Cevap

QDD’nin oranı düşük olduğu için eklem dışarıdan itildiğinde geri döner ve darbeyi motorun ataletine yayar; harmonik redüktör ise darbede zorlanır. QDD’de tork motor akımından doğrudan tahmin edilebilir; yüksek oranlı redüktörde sürtünme bu tahmini bozar, ayrı tork sensörü gerekir. Verimde de düşük oranlı planet dişli genellikle öndedir. Harmonik redüktörün üstünlüğü, küçük hacimde çok yüksek tork ve boşluksuz hassas konumdur.

3. Bir robotta 30 eklem sürücüsü var ve her biri bir yılı yüzde 99,9 olasılıkla arızasız geçiriyor. Robotun bir yıl boyunca hiç sürücü arızası yaşamama olasılığı nedir? Her sürücünün arıza oranı yarıya inerse?

Çözüm

• 0,999³⁰ ≈ 0,9704 → robotların yaklaşık yüzde 3’ü yılda en az bir sürücü arızası yaşar
• 0,9995³⁰ ≈ 0,9851 → bu oran yüzde 1,5’e iner

Seri bağlı otuz parçada her parçanın küçük arıza olasılığı toplanır. Sürücü başına birkaç dolarlık tasarruf, sahadaki arızalı robot sayısını ikiye katlıyorsa pahalı bir tasarruftur.

4. Bu dizideki altı robot türü (endüstriyel kol, depo robotu, insansız kara aracı, dron, medikal robot ve dış iskelet, insansı robot) için bir tablo kur. Sütunlar: bara gerilimi, tepe faz akımı, haberleşme, güvenlik standardı, motor sayısı. Yalnız bu dizideki bilgiyi kullan; boş kalan hücreler henüz bilmediğin şeyleri gösterir.