MakinaTek dergisi, Türkiye makina imalat sektörünün gelişimine ve büyümesine katkı sağlamayı ana misyonu olarak görmekte ve sektörün gelişen profilini sergilemeyi amaçlamaktadır.

Servo Motorlar İle Lineer Hareket

[kutusatir=9543]

ÖZET: Motor sınıflarında önemli bir yere sahip olan servo motorlar insan-robot iletişimini, kullanıcının sınıfında en yaygın olarak kullandığı, servo motorlar ile sağlamak insanların işlerini birçok alanda kolaylaştıran motor kontrol sistemlerinin daha yaygın kullanımına imkan tanımaktır. Şu an yazıcılarda dahi olan bu teknoloji ileriki zamanlarda işimizi daha kolaylaştıracaktır. Bu çalışmada, lineer hareket için servo motorlar öngörülmüş ve çeşitli örnekler incelenmiştir. Lineer hareket için kullanılan servo motorların istenilen sonuca ulaşılmıştır.

GİRİŞ

Servo motorlar endüstride çok önemli bir yere sahiptir. İnsan hayatını kolaylaştırmak amacıyla yapılmış birçok sistemden biridir. Bu projede bunlara örnek olacak biçimde oluşturulmuştur. Dünyada motor teknolojisi son derece gelişmektedir. Bizim ülkemizde de bu sistemlerle çalışan öncü şirketler bulunmaktadır. Özellikle sanayide büyük önem yer edinmeye başlamıştır.

1. SERVO MOTOR
Servo, sistemlerdeki açısal doğrusal pozisyon, hız ve ivme kontrolünü hatasız bir şekilde yapan sistem olarak tanımlanır. Yani hareket kontrolü yapılan düzenektir. Servo motorlar, robot teknolojilerinde en çok tercih edilen motor çeşitlerindendir. RC Servo Motorlar ilk olarak uzaktan kumandalı model araçlarda kullanılmaya başlanmıştır. Servolar, istenilen komutu alması ve yeni bir komut gelmediği sürece bulunduğu konumu değiştirmemesi amacıyla tasarlanmıştır. Aldığı tetikleme ile motorun dönüşünü belirler. Konum denetleyicilerinde ve robot kontrollerinde kullanılır [1].

Servo motorların en önemli parçaları DC motor, kontrol devresi ve potansiyo¬metredir. Bunların dışında motorun dönüşün momentini ve torkunu belirleyen dişli yapısı da vardır.

Servo motorların içinde motorun hareketliliğini sağlayan bir DC motor bulunmaktadır. Potansiyometrenin amacı motor milinin dönüş miktarını, devrini ölçmektedir. Servo içerisinde bulunan DC motor hareket ettikçe potansiyometre hareket eder ve kontrol devresi motorun bulunduğu konum ile istenilen konumu karşılaştırarak motor sürme işlemi yapar. Yani, servo motorlar diğer motorlar gibi ayrı bir motor sürücüsüne ihtiyaç duymadan istenilen hareketi sağlarlar.

Servo motorlar PWM sinyali ile çalışırlar. PWM yani sinyal genişlik modülasyonu sinyaller bir mikro kontrolcüden veya uzaktan kumandadan sağlanabilir.

Servo, her 20 ms içinde bir pals değeri okur. Palsin uzunluğu motorun dönüş yönünü belirler. Mesela 1.5ms’lik bir pals, motorun 90 derece ileri konumuna dönmesini imkan sağlayacaktır. Servolar dönmeleri için bir komut aldıklarında önce istenilen pozisyona hareket ederler, daha sonra başka bir komut gelmediyse o pozisyonda kalmaya devam ederler. Servolar bulundukları pozisyonu dururken, kendilerine dışarıdan herhangi bir kuvvet geldiğinde bu güce direnirler. Bulundukları pozisyonu sonsuza kadar koruyamazlar, pozisyonlarını koruyabilmeleri için komutun tekrar edilmesi gerekebilir. Hareket etmeleri için gereken pals genişliklerinin minimumları ve maksimumları vardır ve bu değerler değişkendir. Fakat genellikle minimum pals genişliği 1 ms, maksimum pals genişliği ise 2 ms’dir.
Aslında genel olarak baktığımızda servo sistem denmektedir. Servo motor ise herhangi bir enerjiyi herhangi bir harekete dönüştürmekte kullanılan bir makinedir.

1.1. Servo Motorların Yapısı
Servo motorlar çalışma olarak bir motor ve geri besleme ünitesinden oluşur. Motor DC ya da AC olabilir. Geri besleme ünitesi ise bir tako jeneratör ya da enkoder (kodlayıcı) olabilir. Servo motorlar, 1 d/d’ lık hız bölgelerinin altında bile kararlı çalışabilen, hız ve moment kontrolü yapan makinelerdir. Servo motorlar ile diğer motorlar arasındaki önemli farkı, çok hızlı ivmelendirme ve frenleme özellikleridir. Bunun için döndürme momentinin büyük, eylemsizlik momentinin olabildiğince küçük olması gerekmektedir. Bunu sağlamanın da iki yolu vardır. Bir silindirde eylemsizlik momenti çapa bağlıdır. O halde rotor çapı küçük tutulur. Gerekirse uzunluk arttırılır. Çünkü atalet momentine uzunluk orantılı etki yaparken çap ise üstel olarak etki yapar. Bu yüzden servo motorların ortak özelliği çaplarının küçük, boylarının uzun olmasıdır. İkincisi; atalet momentini etkileyen diğer etken rotorun ağırlığıdır. Bundan dolayı servo motorların rotorları hafif yapılmaktadır. Rotor demir yerine, daha hafif bir malzemeden yapılır ve eylemsizlik momenti 8–10 kat azalır.

Hızlanma ve yavaşlama diğer motorda saniyelerle ölçülürken servo motorlarda ise milisaniye ile ölçülür. Servo sistemlerde ihtiyaca göre değişik tipte motorlar da kullanılabilir. Fırçalı DC motor, fırçasız DC motor, kısa devre rotorlu asenkron motor ve senkron motorlar bunlara örnek olabilir.

Servo motor 0 ila 180 derece arasında 1 derece hassasiyetle dönen motor çeşididir. Tam tur atamazlar.
Genellikle robot kolu gibi tam tur dönmesine gerek duyulmayan, hassas açılı yerlerde kullanılır. Servoların kaldırabileceği yük tork gücü olarak hesaplanır. Servoların torku, motor miline bağlı 1 cm uzunluğundaki çubuğun kaldırabileceği maksimum yüktür. Piyasada bulunan servolar çoğunlukla 1,4 kgf.cm torka sahiptir. Mesela çubuğun uzunluğu 10 cm ise en fazla 140 gramlık yük kaldırabilirsiniz. Servo motorun dört adet bağlantı kablosu vardır. Kırmızı, turuncu, siyah ve kahverengi renk olan bu kablolar görevlerine göre renklendirilmiştir. Kırmızı renk besleme bağlantısı, siyah veya kahverengi renk de toprak bağlantısıdır. Turuncu kablo ise motorun açısını belirleyen veri bağlantısıdır [2].

1.1.1. AC-DC Servo:
Servolar AC Servo ve DC Servo olarak çeşitte adlandırılır. AC Servo ve DC Servo. AC Servoların endüstride, DC Ser¬voların robot teknolojilerinde kullanıldığı görülmektedir.

1.1.2. Dijital-Analog Servo:
Servolar devre yapılarına göre Analog Servo ve Dijital Servo olarak iki çeşittir. Dijital servolar daha yüksek frekansta çalışırlar. Bu sayede dijital servolar komutlara net ve hızlı tepki verirler, daha iyi bir tutma torku bulundururlar. Hızlanmaları daha yumuşaktır. Analog servolar ise daha az enerji tükettiğinden pil ömürleri daha uzundur.

1.1.3. Çekirdeksiz-Fırçasız Motor:
Servolar, içlerindeki mekanizmada bulunan motorlara gö¬re de değişkenlik gösterir. Çekirdeksiz motorlar yapılarında mıknatıs bulundurmadan kabloların yardımıyla manyetik alan oluşturur. Yani daha hafif olup daha çabuk tepki verirler ve daha yumuşak hareket ederler. Fırçasız motor ise daha verimli olup daha çok tork üretirler [3].

1.2. Servo Motorların Karakteristik Özellikleri
1.2.1. Güç Sağlayıcı (PowerSupply) Voltajı:
Robotik uygulamalarda kullanılan servo motorlar için vol¬taj değerleri genellikle 4 V ile 6 V arasındadır. Bu aralığın dışında da servo motorlar bulunabilir.

1.2.2. Akım:
Servo motorun maksimum yükte çektiği akımdır. Servo motorlarda akım değeri yüke göre değişir. Genellikle servo motorların akım aralığı ise 100 mA ile 2 A arasıdır.

1.2.3. Uygulama Hızı:
Servo motorun şaftının kontrol palsini aldıktan sonra istenilen pozisyona gelebilmesi için gereken süre olarak tanımlanır. Genellikle servo motorların uygulama hızları 0,05 s / 60 º ile 0,2 s / 60 º arasındadır.

[kutusatir=9542]

Tablo 1. Servo motor ile yapılan denerysel çalışma değerleri

1.2.4. Tork:
Diğer motorlarda olduğu gibi tork kg / cm ya da N-cm olarak verilir. Genel tork değerleri 0,5 kg / cm ile 10 kg /cm arasındadır

1.2.5. Kontrol Palsi:
Kontrol palsi şaftın istenilen pozisyona gelebilmesi için kullanılan sinyaldir. Uygulamalarda kullanılan iki temel çeşit bulunur. Bunlar 1-2  ms aralığında ki pals ve 1,25-1,75 ms aralığında ki pals değerleridir.

1.2.6.Kararlılık:
Kararlılık, bir komut sinyali algılandığında servo motorun şaftının pozisyonunun istenilen açıya göre netliğidir. Servo motorların kararlılık aralığı genelde 1 º ile 10 º arasındadır.

2. LİNEER HAREKET SİSTEMLERİ
Bir doğru boyunca harekete lineer, doğru hareketi yapan sistemlere lineer hareket sistemleri denmektedir. Yalnızca ileri-geri, sağa-sola, aşağı-yukarı yönlü 3 eksende hareket sağlanmaktadır. Bu hareket elle ya da motor yardımıyla sağlanabilmektedir. Motorla hareket sağlanan sistemlerde vidalı mil, kayış, kremer mekanizmaları da kullanılmalıdır.

2.1. Lineer Harekette Yaşanan Sıkıntılar
-Lineer hareketin istikrarsızlığı -Kullanılan parçaların ömürlerinin azalması -Hızın sabit kalamadığı durumlar -Motorun sisteme uyumsuz kalması Bunları minimuma indirmek için servo sistemler oldukça kullanışlıdır. Sürücü yardımı ile hızın sabitliği, konum has¬saslığı, gereksiz çalışma olmaması ile çözüm olanakları doğurur [4].

2.2 Lineer Hareketi Kullanım Alanları
CNC (Computer Numeric Control) yani Bilgisayar Sayısal Kontrol sistemleri, konveyör bandlar, robot teknolojileri gibi alanlarda sıkça kullanılır. Kullanım nedeni insan ihtiya¬cına en yakın hareketlerden olmasıdır. Örneğin günümüz teknolojisinde neredeyse insan hareketlerini birebir yapan robotlar x, y, z eksenlerinde ki hareketlerle çalışmaktadır.
CNC sistemlerinde en çok ihtiyaç duyulan 2 tip motor servo ve step motorlardır. Ülkemizde bu motorların üretiminin az olmasıyla gelişmesi hızlanmamış olsa da günümüzde kullanılmaktadır. Bu alanda servo motorlar aşırı toza maruz kalmayan ve yüksek hız gerektiren yerlerde, step motorlar ise çok hassas konum gerektiren yerlerde tercih edilirler.

Robot teknolojilerinde servo motorlar; sessiz çalışması, yüksek kalite kontrolü ve robotların hareketini sağlaması açısından oldukça önemli yer edinmiştir. Ayrıca özel olarak üretilen servo motorlar aşırı yük kapasitesi, frenleme sistemi, enerji verimliliği açısından da kullanılmaktadır. Yeni gelişen endüstri 4.0 da bile iletişim için servo motor ve sürücüleri yerini korumaktadır. Bunun için geliştirilen çok amaçlı akıllı bağlantılar mevcuttur [6,7].

SONUÇ
Bu çalışmada, servo motorların kullanım amaçlarını servo motorların lineer hareket sistemlerinde yerini ve servo motorların yapısını incelenmiştir. Servo motorların kulla¬nım alanları çok geniştir. Sanayide endüstride ve birçok alanda hayatımızın içine giren servo motorlar birçok işi kolaylaştırmak amacıyla tercih edilir.

Motor sınıflarında önemli bir yere sahip olan servo motorlar insan-robot iletişimini, kullanıcının sınıfında en yaygın olarak kullandığı, servo motorlar ile sağlamak insanların işlerini birçok alanda kolaylaştıran motor kontrol sistem¬lerinin daha yaygın kullanımına imkan tanımaktır. Bu teknoloji çalışmalar devam ettikçe daha da faydalı olmaya başlayacaktır.

KAYNAKÇA
[1] https://www.muhendisbeyinler.net (erişim tarihi: 15.05.2018)
[2] http://www.elektrikport.com (erişim tarihi: 15.05.2018)
[3] http://www.elektrikrehberiniz.com (erişim tarihi: 15.05.2018)
[4] Servo Motor Ve Sürücüleri (523EO0076), MEB
[5] http://www.makinatek.com.tr
[6] Hafif Robotları Doğrudan Sürücüler, http://www.kollmorgen.com
[7] CNC Tezgahları Nedir?, http://www.mudinmakine.com