nema 17 etiketine sahip kayıtlar gösteriliyor. Tüm kayıtları göster
nema 17 etiketine sahip kayıtlar gösteriliyor. Tüm kayıtları göster

28 Mayıs 2014 Çarşamba

Kit içeriğini tanıyalım: Motorlar

Parçaları tanıttığım önceki yazılarımda sigma profillerden, bağlantı elemanlarından (cıvata-somun),  plastik parçalardan, ve miller, gijonlar, rulmalardan bahsetmiştim. Bu yazımda, montajdaki bir sonraki aşamamız olan Y ekseni motorunu yerine yerleştirme aşamasından önce, biraz motorlar üstüne konuşmanın faydalı olabileceğini düşünüyorum. Motorlar 3 boyutlu yazıcımızda en önemli parçalar arasındalar. İsterseniz kit içerisinde kaç tane motor bulunduğunu ve ne işe yaradıklarını hızlıca gözden geçirelim. Kutuda 4 tane bağımsız motor var, bir tanesi de ekstruderin üzerine önceden monte edilmiş halde geliyor. Yani toplamda 5 motorumuz var. Aşağıdaki resimde bir yere bağlı olmayan motorları görüyoruz:


Aşağıdaki resimde ise esktrudere bağlı olan motor var:


Yukarıdaki resme dikkatle bakarsak, motorun arka tarafında bir etiket olduğunu görüyoruz. Etiketin üst kısmında "STEPPER" kelimesi dikkatimizi çekiyor. Bu kelime, motorumuzun bir stepper motor olduğunu belirtiyor. Peki nedir stepper motor? Başka hangi tür motorlar mevcut?

Aslında motorların hepsi basit bir mantık ile çalışıyorlar. Bu mantık, lise fiziğinden hatırlayabileceğimiz bir prensibe bağlı: Bir bölgeden elektrik akımı geçerse, akım yönüne dik bir manyetik alan oluşur (Faraday kanunuydu yanlış hatırlamıyorsam). Bu manyetik alan, metal bir şaftı çevirmek için kullanılabilir. Bu prensiple çalışan cihazlara motor adı verilir. Temel olarak hobi elektroniğinde kullanılabilecek 3 tip motor mevcuttur:

1) DC motor
2) Servo motor
3) Stepper motor

Bu kelimeler açıkcası bana çok fazla bir şey ifade etmiyordu. Servo motoru özellikle robot kitler veya uzaktan kumandalı uçaklar ile ilgilenenler duymuş olabilir, ben maketlerle ilgilenen bir arkadaşımın bu tip motorlardan bahsettiğini duymuştum. Internette araştırıp ne olduklarını ve farklarını taradım. İşte bulabildiğim bilgiler:

1) DC Motor:

En basit motor formu diyebiliriz. Ayrıca en ucuzu. DC, "Direct Current" yani "Doğru Akım" demek.  İç yapısında genelde 2 veya daha fazla sabit doğal mıknatıs ve merkezde bir elektromıknatıs var. Doğal mıknatıslar zıt polaritede (yani birinin pozitif, diğerinin negatif yüzü içe bakıyor). Elektromıknatısa, doğal mıknatıslara komşu yüzleri aynı polaritede olacak şekilde elektrik verildiğinde (yani + tarafı dönük olan doğal mıknatısa bakan yüz + polarite kazandığında) eş yükler birbirini ittiklerinden birbirlerinden uzaklaşmaya çalışıyorlar. Bu durum bir dönme hareketi başlatıyor. Hareketin sürebilmesi için elektromıknatıstaki akımın yönü tersine çevriliyor ve tekrar eş yüklerin birbirleri ile karşılaşmaları sağlanıyor. Bu sayede motor sürekli dönüyor. Aşağıdaki resimde bir DC motor var:


Bu tip motorlar kullanımı en kolay motorlar diyebiliriz. Sadece iki tane kablolarının olması da bu durumu ispat eden bir özellik. Ancak kolay kullanılabilir olmaları, kolay kontrol edilebildikleri anlamına gelmiyor. Bu tip motorların ne kadar dönüş yaptıklarını (kaç derece döndüklerini) motorun kendisi hesaplayamıyor. Mutlaka ek bir devre ile bunun sağlanması gerekiyor. Ayrıca çoğu zaman yeterli torka sahip değiller. Ayrıca çok iyi bir standardizasyonları yok. Yani isteyen üretici, kendi keyfine uygun şekilde motor dizaynı yapabiliyor. Şekil standart olmadığından, bir tasarıma eklenmeleri daha zor (tasarımcının kullandığı motor, sizin satın aldığınız motora benzemiyorsa, onu kullanamayabilirsiniz). Kontrol edilmeleri zor olduğundan genellikle üç boyutlu yazıcı gibi hassas kontrol isteyen aletlerde kullanılmıyorlar.

2) Servo motor:

Servo kelimesi Latince "servus" tan geliyor ve esir/hizmet eden anlamını taşıyor. Servolar daha önce de belirttiğim gibi hobi elektroniğinde, özellikle de robot ve uzaktan kumandalı uçak tasarımında çok sık kullanılan motor tipleri. Aşağıda bu amaçla kullanılan bir servo motorun resmi mevcut:


Servoların diğer motorlara göre en önemli farkları, ne kadar (kaç derece) hareket ettiklerini bilmelerini sağlayan bir geri-bildirim (feed-back) mekanizmasına sahip olmaları. O anki kesin pozisyonlarını hesaplayabiliyorlar ve kendilerine söylenen pozisyona gidebiliyorlar. Bu amaçla DC motorlardakine ek olarak bir kabloları daha var ve bu kablo üzerinden pozisyon sinyallerini alıyorlar (bu kabloya sinyal kablosu veya PWM kablosu deniyor. PWM, Pulse Width Modulation demek ve analog bir sinyali, dijital olarak taklit edebilmek için kullanılan bir yöntem). Servolar hassas kontrol gerektiren işler için yapılmışlar ve eş boyutlu stepper motorlara kıyasla daha yüksek torka sahipler (tork, bir motorun çevirme gücü olarak tarif edilebilir). 3 Boyutlu yazıcılarda genellikle servoların kullanıldığını görmüyoruz. Bunun bazı sebepleri var. Birincisi, yavaş hareket gerektiren işlerde, çok güçlü tork gerekmediğinde, stepperlar da aynı işi görüyorlar ve stepperlar çok daha ucuzlar (servolar daha komplike makineler ve bu yüzden pahalılar). Yine de bazı projelerde bazı tasarımcılar servo kullanmışlar, yani imkansız değil. Ancak modifiye edilmeleri gerekiyor.

3) Stepper motorlar:

Stepper motor, özel bir motor tipi. DC motorlar kadar kontrolsüz değiller, yani istenilen bir dereceye çevrilebiliyorlar ve bu çevirme işi adım adım (step) yapılıyor. Adı da buradan geliyor. Bu motoru elinizle çevirmek isterseniz bu adımlı yapılarını hissedebilirsiniz. Genellikle üç boyutlu yazıcılarda stepperlar kullanılıyor. Aşağıda bir stepper motorun resmi var:


Kablo sayımızın 4'e çıktığı dikkatinizi çekmiş olabilir. RepRap projelerinde kullanılan stepper motorların her bir uyarıda dönüş miktarları 1.8 derece. Yani her bir adımını 1.8 derece gibi düşünebiliriz. Motoru sola doğru 360 derece döndürmeyi istediğimiz zaman, o yöne dönmeyi sağlayacak 200 tane elektrik pulsu almaları gerekiyor (200x1.8 = 360). Bu pulsun frekansı (yani saniyede kaç tane puls gönderildiği) motorun hızını ayarlıyor (1 saniyede 200 puls verildiğinde, 10 saniyede 200 puls verilmesine göre daha hızlı dönüyor). 3 Boyutlu yazıcılar, bundan daha hassas bir kontrol mekanizmasına ihtiyaç duyduklarından, microstepping denen bir yöntemle kontrol ediliyorlar. Microstepping, yukarıda belirttiğimiz 1.8 derece'den daha küçük açılarla dönüş işleminin yapılabilmesini sağlıyor. Yazıcımız 1/16 microstepping modunda kullanılıyor ve bu sayede bir tur 200 yerine, 200x16=3200 stepe bölünmüş oluyor. Bu, çok daha hassas bir kontrol sağlıyor ancak bunun da bir bedeli var, o da tork kaybı. Normal modda (1 turun 200 step olduğu) torka %100 dersek, 1/16 mikrostep modunda tork % 9.8'e düşüyor. Bu çok ciddi bir kayıp ama muhtemelen üç boyutlu yazıcılar çok ağır yükler altında çalışmadıklarından çok da önemli değil.

Stepper motorların servo motorlara göre bazı farkları var. En önemli fark, stepper motorların o anki pozisyonlarını bilmelerini sağlayan bir mekanizmalarının bulunmaması. Bir servoya 36 derece sola dön gibi bir komut verdiğinizde, içerisinde yer alan kontrol mekanizması kaç derece dönüş yaptığını anlayabiliyor. Eğer 36 yerine 34 derece dönmüş ise bunu düzeltiyor. Stepper motor ise konumundan haberdar değil. Stepper'a aynı komutu, yani 36 derece sola dön komutunu, verirsek stepperın kontrol devresi 36 derece dönmek için normal modda 36/1.8= 20 step'lik dönüş yapması (microsteppingde 320 step) gerektiğini hesaplayıp bunu motora iletiyor. Motor da 20 adım dönmeye çalışıyor. Çalışıyor diyorum, çünkü örneğin ağır bir yük altında ise bir veya daha fazla adımı kaçırabilme olasılığı mevcut. Bu durumda 20 adım dön komutu almasına rağmen 18 adım dönüyor ve bundan da haberdar olmuyor. Yani çok hassas kontrol gerektiren işler için stepper problemli olabilir.Başka bir fark da stepper motorların o anda bulundukları konumu sabit tutabilmek için enerjiye ihtiyaç duymaları. Servolar buna ihtiyaç duymuyor, emredilen pozisyona gelince otomatik olarak o pozisyonda kilitli kalıyorlar. Stepper konumunu sabit tutmak için sürekli bir elektrik yükü altında kaldığından servoya göre daha çok ısınıyor.

Stepperlar ile ilgili güzel bir nokta, çoğunlukla endüstriyel kullanım amacıyla tasarlanmış olduklarından çok iyi standardize edilmiş olmaları. Stepperlar için standardizasyon koşullarını "National Electrical Manufacturers Association" adı verilen Amerika'lı bir cemiyet belirliyor. Bu cemiyetin baş harfleri kullanılarak oluşturulan NEMA kısaltması motorların isimlendirilmesinde kullanılıyor. RepRap projelerinde genellikle NEMA 17 motorlar kullanılıyor ama NEMA 24'ün de kullanıldığı projeler var. 17 rakamı motorun ön yüzünün bir kenarının inç biriminden uzunluğunun 10 ile çarpılmış hali. Yani bu motorun bir kenarı 1.7 inç (yaklaşık 43 mm) uzunluğa sahip. Aşağıdaki resmi Internet'te robot malzemeleri satan bir dükkanın web sitesinden aldım:


Motorun NEMA rakamı yükseldikçe motor daha güçlü ama daha ağır hale geliyor. Genel olarak tasarımcılar NEMA 17'nin üç boyutlu yazıcılar için uygun tork/ağırlık oranını sağladığını düşündüklerinden bunu kullanıyorlar.

Motorlarımızı da bu şekilde tanıtmış olduk. Bir sonraki aşamada motor montajımızdan bahsedeceğiz.