Bu araştırma, elektrik tesisatlarında kablo rafları ve asma tavan boşlukları gibi dar ve engelli alanlarda öncü/kılavuz kabloyu çekerek ilerleyebilecek bir kablo döşeme robotu geliştirmektedir. Robot, yeniden yapılandırılabilir tek eyleyicili dalga (Reconfigurable Single-Actuator-Wave, RSAW) birimlerinin oluşturduğu ilerleyen dalgayı yüzeyle temas yoluyla itkiye dönüştürmektedir. İlk prototip kablo rafında ilerleyebilmiş ancak birimler arasındaki eklemlerde dalganın sürekliliği bozulduğu için tavan birleşim taşıyıcısına takılmıştır. Araştırmacılar bunun üzerine mekanik eklem yapısını yeniden tasarlamış, birimler arasındaki ilerleyen dalgayı sürekli hâle getirmiş ve dört helisin fazlarını PID geri beslemesiyle senkronize etmiştir. Yeni robot düz zeminde yaklaşık 42 mm/s ilerlemiş, yerinde dönüş yapabilmiş, ek ağırlık altında yaklaşık 7,5 N olarak raporlanan çekiş seviyesine ulaşmış ve yapay tavan ortamındaki 57 mm yüksekliğindeki birleşim taşıyıcısını yaklaşık 60 saniyede aşmıştır. Bulgular tasarımın temel hareket kabiliyetini doğrulamakla birlikte gerçek şantiye koşullarında uzun süreli kablo çekme ve dayanıklılık doğrulaması sunmamaktadır.

Çalışmanın temel yeniliği yalnızca dalga biçiminde hareket eden bir robot geliştirmek değildir. Asıl mühendislik problemi, birden fazla RSAW birimi eklemlerle birbirine bağlandığında ilerleyen dalganın eklem noktalarında kesintiye uğramasını önlemektir. İlk prototipin tavan yapısında takılması doğrudan bu sorunu görünür hâle getirmiş; yeni tasarımda hem mekanik geometri hem de motor faz senkronizasyonu bu probleme göre değiştirilmiştir.

Yeni robotun merkezinde yan yana iki RSAW birimi bulunur. Ön ve arka birimler bu merkezi yapıya eklemlerle bağlanır. Merkezi iki helisin ters yönlerde döndürülmesi robotun yön değiştirmesini sağladığı için ayrı yaw hareketi azaltılmış ve eklemlerde yalnız pitch hareketi için servo kullanılmıştır. Böylece toplam motor sayısı önceki yılan-benzeri robotun 15 motorundan yeni tasarımda 6 motora düşmüştür.

Türkiye açısından anlamı: Bu yaklaşım, asma tavan elektrik tesisatı ve kablo tavası/rafı bulunan yapılarda tehlikeli veya erişimi zor kablo çekme işlerinin otomasyonuna yönelik ilginç bir mekanik çözüm sunmaktadır. Ancak çalışmanın deney geometrileri Japonya'daki belirli kablo rafı ve tavan konstrüksiyon ölçülerine göre oluşturulmuştur. Türkiye'deki farklı kablo taşıma sistemleri, askı geometrileri, yangın tesisatı elemanları, tavan kaplamaları, yük sınırları ve iş güvenliği gereklilikleri için ölçülerin ve robotun temas geometrisinin yeniden doğrulanması gerekir.

Araştırmanın temel problemi nedir?

Kablo döşeme işleminde ana kablo doğrudan dar tavan boşluğuna itilmek yerine önce ince bir öncü veya kılavuz kablo hedef güzergâhtan geçirilir; daha sonra ana kablo bu öncü kabloya bağlanarak çekilir. Geleneksel uygulamada çalışanların merdiven veya yükseltilmiş çalışma platformlarıyla karanlık ve dar tavan boşluklarına erişmesi gerekebilir.

Araştırmacılar aynı robotun iki farklı geometrik ortamda çalışmasını hedeflemiştir: aralıklarla yerleştirilmiş enine elemanlara sahip kablo rafı ve çok sayıda taşıyıcı/engel içeren asma tavan boşluğu. Önceki özel amaçlı sistemlerin bir ortamda başarılı olup diğerinde geometrik olarak yetersiz kalması, iki ortamı da geçebilen yeniden yapılandırılabilir bir yapı gereksinimini oluşturmuştur.

RSAW mekanizması nasıl hareket ediyor?

RSAW biriminin temelinde dönen üç boyutlu bir helisin düşey düzleme izdüşümünden oluşan ilerleyen sinüs dalgası vardır. Çalışmada temel dalga:

\[ y(x,t)=A\sin\left(\frac{2\pi}{L}x-\omega t\right) \]

şeklinde ifade edilmektedir. Burada \(A\) dalga genliğini, \(L\) dalga boyunu, \(\omega\) açısal frekansı, \(x\) boyuna konumu ve \(t\) zamanı temsil eder.

Dalganın teorik yayılma hızı:

\[ V_w=\frac{\omega L}{2\pi} \]

olarak tanımlanır. Bu değer doğrudan robotun gerçek ilerleme hızı değildir; çünkü robotun zemindeki hareketi dalga ile yüzey arasındaki çok noktalı temas ve sürtünmeye bağlıdır.

Araştırmacılar bağlantı elemanının uç hızını dalga parametreleriyle:

\[ V_l=(2\pi)^2\frac{A}{L}rf \]

ilişkisi üzerinden tanımlamıştır. Burada \(r\) bağlantı ucunun uzunluğu, \(f\) ise frekanstır.

Temas noktasındaki kinetik sürtünme için:

\[ f_{ki}=\mu_iN_i \]

ifadesi kullanılır. Ancak robot aynı anda birden fazla noktadan yüzeye temas ettiği için araştırmacılar gerçek ilerleme davranışının tek temaslı basit Coulomb modeliyle tamamen açıklanamayacağını belirtmiş ve hareket performansını deneysel olarak değerlendirmiştir.

Kablo rafı robot tasarımını nasıl belirledi?

Deneyde kullanılan kablo rafının enine alt kirişleri 40 mm genişliğinde ve birbirinden 300 mm aralıkta yerleştirilmiştir. Ana kiriş uzunluğu 3000 mm, seçilen raf genişliği ise 600 mm'dir.

Bu geometri RSAW helisinin boyutlarını doğrudan etkilemiştir. Araştırmada çevreye uyarlanmış birimin helis parametreleri şöyledir:

Üç birim seri hâlde düşünüldüğünde dalga geometrisinin, bir dönme çevrimi boyunca kablo rafının alt kirişleri üzerinde temas noktalarının korunmasına izin verecek biçimde seçildiği gösterilmektedir.

İlk RSAW birimi neden tavan elemanına takıldı?

İlk deneysel RSAW biriminde helisi çevreleyen, kablo taşıyıcı benzeri bağlantı elemanları arasında boşluklar bulunuyordu. Birim tavan birleşim taşıyıcısının üzerine geldiğinde bu boşluklardan biri metal profile oturuyor ve hareket duruyordu.

Yeni bağlantı elemanı bu nedenle birbirini takip eden parçalar arasında takılmaya neden olacak boşlukları azaltacak biçimde yeniden tasarlandı. Kaynakta verilen temel boyutlar şöyledir:

Geometrik değerlendirmede bağlantı elemanının izin verdiği maksimum bükülme açısı yaklaşık 75,7°, uygulamada gerekli görülen maksimum açı ise 31,2° olarak hesaplanmıştır. Böylece mekanik açı kapasitesi hedeflenen engel geometrisini aşmaktadır.

İlk çok birimli robot neden başarısız oldu?

İlk çok birimli prototip üç RSAW biriminin iki mafsallı eklemle seri bağlanmasından oluşuyordu. Her eklem yaw ve pitch hareketleri için iki servo motor içeriyordu. Bu prototip kablo rafında ileri yönde hareket edebilmiş, ancak yapay tavan ortamında eklem bölgesi birleşim taşıyıcısına takılmıştır.

Araştırmacılar bu başarısızlığı eklem bölgesindeki ilerleyen dalga süreksizliğine bağlamıştır. Başka bir ifadeyle, ayrı birimler kendi dalgalarını oluşturabilse de dalganın geometrisi eklem üzerinden kesintisiz devam etmediği için eklem gövdesi yüzeyden dışarı taşmış ve engelle mekanik olarak kilitlenmiştir.

Yeni robotun mekanik yapısı nasıl değiştirildi?

Yeni tasarımda orta bölüm yan yana yerleştirilmiş iki RSAW biriminden oluşturulmuş, ön ve arka RSAW birimleri bu merkezi yapı tarafından bağlanmıştır. Motor torku eklem bölgesinden dişliler aracılığıyla aktarılmış ve servo motorlar ilerleyen dalganın temas yoluna müdahale etmeyecek biçimde üst bölgeye taşınmıştır.

Merkezdeki iki helis ters yönde döndürüldüğünde robot yön değiştirebildiği için eklemlerde ayrı yaw servolarına olan ihtiyaç azaltılmıştır. Her eklemde yalnız pitch hareketi servo motorla gerçekleştirilir. Sonuçta yeni robotun toplam motor sayısı 6 olmuştur.

Merkez bölgesinde batarya ve gövde üzeri kontrolcü için de yer ayrılmıştır. Bu, önceki yılan-benzeri robotta gereken dış kablolu güç ve kontrol bağlantısına göre önemli bir yapısal avantajdır. Bununla birlikte deneylerde hareket modlarının PC ile mikrodenetleyici arasındaki seri iletişim üzerinden klavye komutlarıyla seçildiği belirtilmektedir; çalışma bağımsız çevre algılama ve otonom güzergâh planlamasını test etmemiştir.

Faz senkronizasyonu neden gerekli?

Mekanik olarak kesintisiz bir dalga oluşturmak yeterli değildir; dört RSAW helisinin açısal fazları da birbirini takip etmelidir. Bir motor diğerlerinden öne veya geriye kayarsa eklem üzerinde yeniden geometrik süreksizlik oluşabilir.

Bu nedenle her helisin enkoderinden ölçülen \(\theta_i\) açısı ortak hedef açı \(\theta_r\) ile karşılaştırılmış ve PID geri beslemesi uygulanmıştır.

İleri hareket deneyinde ilk geçici davranış bastırıldıktan sonra dört helisin hedef açıya göre bağıl hatası 2° içinde kalmıştır. Bu sonuç, çalışma koşullarında faz senkronizasyonunun sağlandığını göstermektedir.

Robot nasıl yön değiştiriyor?

Dönüş sırasında ön ve arka RSAW birimleri servo motorlarla yerden yaklaşık 20° kaldırılmakta ve merkezde bulunan iki RSAW helisi birbirine ters yönde döndürülmektedir. Deney fotoğrafları robotun her iki yönde de dönüş yapabildiğini göstermektedir.

Bu mekanizma robotun büyük bir yay çizerek dönmesi yerine yaklaşık kendi ekseni çevresinde yön değiştirmesine izin verdiği için araştırmacılar dönüş yarıçapını yaklaşık sıfıra yakın olarak nitelendirmiştir.

Tavan birleşim taşıyıcısı nasıl aşıldı?

Yapay tavan ortamının uzun tarafı 1820 mm'dir. Tavan panelinden birleşim taşıyıcısının üstüne kadar ölçülen yükseklik 57 mm, birleşim taşıyıcıları arasındaki mesafe yaklaşık 900 mm ve tavan bağlantıları arasındaki mesafe yaklaşık 300 mm'dir. Gerçek alçıpan yerine deney düzeneğinde kontrplak kullanılmıştır.

Robot engeli tek bir sabit gövde açısıyla aşmak yerine beş aşamalı eklem dizisi kullanmıştır. İki eklemin açıları sırasıyla ön ve arka bölümlerin engel üzerine çıkmasını, gövdenin engeli ortalamasını ve sonrasında arka kısmın ayrılmasını sağlayacak biçimde değiştirilmiştir.

Yeni robot bu sekansla tavan birleşim taşıyıcısını tamamen geçmiştir. İlk temas anından robotun engelden tamamen ayrılmasına kadar geçen süre yaklaşık 60 saniye olarak raporlanmıştır. Araştırmacılar bu sürenin ileride daha yüksek motor hızı ve iyileştirilmiş eklem hareketleriyle azaltılmasını hedeflemektedir.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• RSAW birimlerinin eklem noktalarında dalga sürekliliğinin korunması, tavan tipi engellerin aşılması açısından kritik bir tasarım gereksinimidir.
• Yeniden tasarlanan bağlantı yapısı tek RSAW biriminin tavan birleşim taşıyıcısı üzerinde takılmadan hareket etmesine izin vermiştir.
• Dört helisin PID ile faz senkronizasyonu deney koşullarında hedef açı takibini yaklaşık ±2° aralıkta tutmuştur.
• Yeni robot ileri-geri hareket ve iki yönde dönüş gerçekleştirmiştir.
• Yeni robot yapay tavan ortamındaki birleşim taşıyıcısını aşmıştır.
• Yeni tasarımın toplam motor sayısı karşılaştırılan sistemlere göre daha düşüktür.

Çalışmanın desteklemediği veya test etmediği sonuçlar

• Robotun gerçek bir şantiyede eksiksiz kablo döşeme işini sürekli olarak gerçekleştirdiği gösterilmemiştir.
• Ağır ana kablolarla uzun mesafeli sürekli çekme testi yapılmamıştır.
• Uzun süreli dayanıklılık ve tekrarlı görev ömrü değerlendirilmemiştir.
• Gerçek alçıpan tavan üzerinde kapsamlı yapısal yük güvenliği doğrulanmamıştır.
• Çevre algılama, engel tanıma ve otonom güzergâh planlama sistemi doğrulanmamıştır.
• Yeni robotun tüm farklı kablo rafı ve tavan konstrüksiyonlarına genellenebilirliği gösterilmemiştir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Deney ortamı ve tasarım parametreleri

Yeni robot ile önceki sistemlerin karşılaştırması

Çekiş kuvveti deneyinin sonucu

Yapay tavan düzeneğinin düz zemininde yapılan ölçümde robot tek başınayken metinde ortalama çekiş kuvvetinin yaklaşık 3,1 N olduğu belirtilmiştir. Yaklaşık 1,06 kg alüminyum ek ağırlık yerleştirildiğinde aynı metin ortalama çekiş kuvvetini yaklaşık 7,5 N olarak vermektedir.

Bununla birlikte çalışmanın Tablo 5 başlığı bu 7,5 N değerini yeni robotun tepe çekiş kuvveti olarak sınıflandırmaktadır. Kaynak iki farklı istatistiksel tanım kullandığı için 7,5 N'nin kesin olarak ortalama veya tepe değer olduğuna dair Verianla tarafından yeni bir seçim yapılmamıştır.

Başlıca deneysel sonuçların teknik özeti

• Düz zemin ilerleme hızı: yaklaşık 42 mm/s.
• Faz senkronizasyonunda geçici rejim sonrasında bağıl açı hatası: 2° içinde.
• Robot tek başına metinde raporlanan ortalama çekiş: yaklaşık 3,1 N.
• Yaklaşık 1,06 kg ek yükle raporlanan çekiş: yaklaşık 7,5 N.
• Toplam motor sayısı: 6.
• Robot kütlesi: 1,14 kg.
• Besleme gerilimi: 7,4 V.
• Yapay tavan birleşim taşıyıcısını aşma süresi: yaklaşık 60 s.
• Dönüş sırasında ön ve arka birim kaldırma açısı: 20°.

Bilimsel ve mühendislik sınırlılıkları

Çalışma bir ürün sertifikasyonu veya şantiye ölçekli kablo döşeme demonstrasyonu değildir. Deneyler kontrollü kablo rafı, düz yüzey ve yapay tavan düzeneğinde yürütülmüştür. Yapay tavan panelinde alçıpan yerine kontrplak kullanılmıştır.

Yeni robotun uzun mesafelerde gerçek bir öncü kabloyu, ardından ağır ana kabloyu sürekli biçimde çekmesi değerlendirilmemiştir. Araştırmacılar sürdürülebilir yük, uzun süreli çalışma ve dayanıklılık testlerinin daha sağlam bir prototip geliştirilmesinden sonra yapılması gerektiğini açıkça belirtmektedir.

Ayrıca yeni robotun doğrudan raporlanan son doğrulama deneyleri düz yüzey ve yapay tavan birleşim taşıyıcısı üzerindedir. Önceki prototip kablo rafında ilerlemiştir; ancak yeni tasarımın bütün olası kablo rafı geometrilerindeki performansı bu çalışma tarafından kapsamlı biçimde doğrulanmamaktadır.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün çalışma adı: Development of Cable-Laying Robot Based on Reconfigurable Single-Actuator-Wave Units

Yazarlar, kaynak sırasıyla: Fuga Inagaki; Yuki Sadasue; Masami Iwase.

Eş katkı/eş birinci yazar: Kaynakta eş katkı veya eş birinci yazarlık bildirimi bulunmamaktadır.

Sorumlu yazar: Fuga Inagaki.

Kurum: Department of Robotics and Mechatronics, Tokyo Denki University, 5 Senju Asahi-cho, Adachi-ku, Tokyo 120-8551, Japan.

Dergi: Machines.

Yayınevi: MDPI, Basel, Switzerland.

Yayın kimliği: Machines 2026, 14(5), 521.

DOI: 10.3390/machines14050521.

Resmî yayın bağlantısı:https://doi.org/10.3390/machines14050521

Alınma / revizyon / kabul / yayın: 26 Şubat 2026 / 30 Nisan 2026 / 1 Mayıs 2026 / 8 Mayıs 2026.

Kaynak türü ve hakemlik durumu: Hakemli araştırma makalesi.

Lisans: Creative Commons Attribution (CC BY); telif hakkı © 2026 yazarlara aittir.

Finansman: Araştırmanın dış finansman almadığı bildirilmiştir.

Veri erişilebilirliği: Çalışmanın özgün katkılarının makale içinde bulunduğu, ek soruların sorumlu yazara yöneltilebileceği belirtilmektedir.

Çıkar çatışması: Yazarlar çıkar çatışması bulunmadığını beyan etmektedir.

Teşekkür: Araştırmacılar deneylere ilişkin tavsiyeleri için TOKO ELECTRICAL CONSTRUCTION Co., Ltd.'ye teşekkür etmektedir.

Yazar katkıları: Kavramsallaştırma, metodoloji, yazılım, doğrulama, biçimsel analiz, araştırma, kaynaklar ve veri düzenleme Fuga Inagaki ve Yuki Sadasue tarafından; ilk taslak Fuga Inagaki tarafından; inceleme/düzenleme, danışmanlık, proje yönetimi ve finansman edinimi Masami Iwase tarafından yürütülmüştür. Görselleştirme Fuga Inagaki'ye aittir.

Kaynak içi tutarlılık notu 1: Çekiş kuvveti bölümünde yaklaşık 7,5 N değeri “ortalama çekiş kuvveti” biçiminde anlatılırken Tablo 5 aynı değeri “peak traction force” olarak adlandırmaktadır. Bu iki tanım kaynakta bulunduğu biçimiyle korunmuştur.

Kaynak içi tutarlılık notu 2: Yeni robot için 42 mm/s, prototip için 45 mm/s ve yılan-benzeri robot için 40 mm/s hız verilmiştir. Bu nedenle yeni robotun hız avantajı yılan-benzeri robotla karşılaştırmada geçerlidir; Tablo 5'e göre prototipten daha hızlı değildir.

Temel bilimsel sınır: Araştırma, RSAW tabanlı yeni robot mimarisinin temel hareket yeteneği, faz senkronizasyonu, düz zemin çekişi ve yapay tavan birleşim taşıyıcısı geçişini doğrulamaktadır. Gerçek şantiyede uzun mesafeli, sürekli ve ağır kablo yükü altında operasyonel güvenilirlik kanıtı sunmamaktadır.

İçeriğin hazırlanma yöntemi: Bilimsel açıklama yüklenen çalışmanın metin, denklemler, tablolar, deney fotoğrafları, geometrik çizimleri ve grafiklerine dayanmaktadır. Dış kaynaklardan yeni bilimsel deney veya sonuç eklenmemiş; dış doğrulama yalnız bibliyografik yayın kimliği ve derginin hakemlik statüsünün kontrolünde kullanılmıştır. Makaledeki inline SVG'ler kaynak verilerinden yeniden çizilmiş veya çalışmanın yöntem ve bulgularına dayanarak hazırlanmış Türkçe açıklayıcı şemalardır.