Servo, gücünü, sahip olduğu bir şaft üzerinden dışarıya aktarabilen bir tür mekanizmadır. Bu şaftın konumu, hareket edebildiği aralıkta belirli bir pozisyona, servoya gönderilen kodlu bir sinyale uygun olarak getirilebilir. Kodlu sinyal servonun giriş ucunda bulunduğu sürece konum aynen korunacaktır. Kodlu sinyaldeki değişimlere göre şaftın açısı da değişecektir. Pratikte servolar uzaktan kumandalı uçak, araba vs gibi hobi araçlarının yönlendirme mekanizmalarının harekete geçirilmesinde kullanılır. Tabi radyo kontrollü gemiler, kuklalar ve tabi robotlar da diğer kullanım alanlarının başında gelir.




A Futaba S-148 Servo Servolar robotikte son derece faydalıdır. Yukarıdaki resimde görebileceğiniz gibi oldukça küçük boyutlu olan bu motor tipi, bu boyut içerisinde hem motoru, hem redüksiyon dişlilerini hem de gereken kontrol ve sürücü devrelerini içerir. Kapladığı alana oranla çok güçlüdür ve çok az akım çeker. Futaba S-148 tipi standart bir servo yaklaşık 0.1kgm lik bir torka (yani döndürme gücü) sahiptir. Bu da 1m lik ağırlıksız bir çubuğun ucuna bağlayacağınız 100 gramlık bir ağırlığı rahatça kaldırabileceği anlamına gelir. Servonun çektiği akım da kaldırmakta olduğu güçle orantılı olarak değişecektir. Hafif yükler altında çalışan bir servo bu yüzden fazla akım çekmeyecektir. Bir servonun parçalarını aşağıdaki fotoğrafta görebilirsiniz. Kontrol devreleri, motor, dişli grubu ve dış kutu. Dış dünyaya bağlantıyı sağlayan 3 adet tel de görünmekte. Bunlardan biri güç bağlantısı için + 5V (Vcc - KIRMIZI), diğeri şasi (GND - SİYAH) ve üçüncüsü de kontrol sinyali girişi (Vs - SARI veya BEYAZ) Şimdi servomotorun çalışmasına bir göz atalım. Servomuz bir kontrol devresine ve potansiyometre denen değişken direnç elemanına sahiptir. Bu değişken direnç servonun çıkış şaftına doğrudan bağlıdır. Yukarıdaki resimde potansiyometre devre kartının hemen sağ tarafında görülmektedir. Bu potansiyometre, kontrol devresinin şaftın o anki konumunu görebilmesini sağlamaktadır. Eğer şaft gereken açıda ise motor durur. Devre, şaftın doğru açıda olmadığını görürse, motoru şaftı doğru açıya getirecek miktarda döndürür. Servomotorların çıkış şaftının dönme miktarı yaklaşık 0-180° aralığındadır. Bu açı üreticiye ve modele bağlı olarak 210° ye kadar artabilmektedir. Normal bir servo bu aralığın ötesinde bir açıya dönemez. Bu, dişli grubuna eklenen, mekanik bir sınırlama sayesinde sağlanır. Kontrol devresince motora uygulanan güç, katedilmesi gereken mesafe ile doğru orantılıdır. Eğer şaftın geniş bir açıyı katetmesi gerekiyorsa motor tam hızda çalıştırılır. Eğer küçük bir açıda dönme gerekiyorsa motor hızı kontrol devresince düşürülür. Bu, oransal kontrol olarak adlandırılır. Servoya, şaftın konumlanmasını istediğimiz açıyı nasıl bildireceğiz? Bunu üçüncü tel olan haberleşme ya da sinyal bağlantısı yardımı ile yapıyoruz. Şaftın konumlanacağı açı, bu bağlantı üzerinden gönderilen bir sinyalin darbe boyu tarafından belirlenir. Buna darbe kodlu modülasyon adı verilir. Servomotorun devresi her 20 milisaniyede (0.02saniye) bir darbe gönderilmesini bekler. Darbenin uzunluğu şaftın ne kadar uzağa konumlanacağını bildirir. Örneğin 1.5 milisaniyelik bir darbe gelirse şaft yaklaşık 90° ye konumlanacaktır. Bu pozisyona genelde nötr pozisyon adı verilir. Eğer darbe 1.5 ms den kısa süreli ise şaft konumu 0° ye doğru, 1.5ms den uzun ise şaft 180° ye doğru ilerleyecektir. Çizimde de görebileceğiniz gibi, darbenin süresi çıkış şaftının konumlanacağı açıyı belirler (oklu yeşil daire ile gösterilmiştir). Burada gösterilen zamanlamalar yaklaşıktır ve motor üreticilerine göre değişiklik gösterebilmektedir. Bununla birlikte çalışma prensibi aynıdır.
Artık bir servonun nasıl çalıştığını biliyorsunuz. Aranızdaki meraklı mühendis tipi arkadaşların bu aşamadan sonra ilk yapacağı şey bir servo bulup onu parçalara ayırmak, içini incelemek olacaktır. Bu da oldukça normal tabi . Hatta robotik yetenekleriniz için faydalı bir çalışma olur. Bu yazıda bu tip bir RC servomotoru parçalara ayırdıktan sonra üzerinde gereken modifikasyonları yaparak onu bir redüksiyonlu motor haline getirmenize yetecek tüm işlemleri anlatmaktadır. Gereken değişiklikler servonun iç yapısını anladıktan sonra oldukça basitçe gerçekleştirilebilir. Bu modifikasyon birçok standart servoda başarıyla gerçekleştirilen ve oldukça sık yapılan bir işlemdir. Bu modifikasyonun arkasındaki teori ise servo kontrol devresine çıkış şaftının hep 90° de olduğu bilgisinin gitmesini sağlamaktır. Bu, servo içerisindeki potansiyometrenin sökülüp yerine servo şaftı 90° deyken okunacak pot değerlerine eşdeğer birkaç direncin monte edilmesiyle sağlanır. Bu işlem gerçekleştirildikten sonra servoya gönderilecek bir 0° açı bilgisi servonun sürekli bir yöne, 180° açı bilgisi ise aksi yöne dönmesine neden olacaktır. Artık şafta bağlı bir potansiyometre olmadığı için şaftın aynı yöndeki dönüşü 360° sürekli olarak, giriş sinyali geldiği sürece devam edecektir.
Gerçekleştirdiğimiz bu işlemin sonucu gayet minik boyutlarına rağmen oldukça güçlü ve tüm gereken sürücü devreleri de içinde barındıran bir redüktörlü motor elde etmiş olacağız. Bu motorun bağlantısı da aynı şekilde bir 5V, bir GND ve bir de sinyal girişinden oluşacaktır. eh.. 20 dolarlık bir servo ile tüm bunları elde etmek de hiç fena değil. Detaylara gelirsek, servo üzerinde yapılması gereken iki modifikasyon var.

• Pozisyon algılayıcı potansiyometre elektriksel olarak eşit değerlerde bir direnç grubu ile değiştirilecek.
• Çıkış şaftının 360° dönmesini engelleyen mekanik çıkıntı kırılacak.

Bu adımları gerçeklemek için aşağıdaki araçlara ihtiyacınız olacak;

• servo kasasını açmak için minik bir yıldız tornavida.
• Havya
• Potansiyometreyi sökmek için bir lehim emici pompa.
• Mekanik durdurucu çıkıntıyı çıkartmak için keskin bir çakı ve ya maket bıçağı.
• İki adet 2.2kohm direnç (2.2 ile 3.3 arası herhangibir değer olabilir, gereken iki direncin de eşit olmasıdır.)

Aşağıdaki adımlar gereken modifikasyonları yapmanızda size yardımcı olacaktır.

• Servomotorun alt kısmında bulunan 4 adet vidayı gevşeterek servo kasasını açın. Alttaki kapak kolaylıkla çıkar. Kutuyu açtığınızda bir dişli grubu göreceksiniz. Bu dişliler beyaz renkli bir gres yağı ile kaplıdırlar. Bu yağı pisletmemeye ve dişlilerden sıyırmamaya dikkat edin.

• Servo dişlilerinin birbirlerine nasıl geçmiş olduğuna çok dikkat edin ve sonra onları yerlerinden çıkartın. Aşağıdaki resmi dikkatlice inceleyin.

Üst kapağı ve dişlileri çıkartılmış servo

• Soldaki şaft üzerinde bulunan iki minik vidayı bulun ve sökün. Bu vidalar kasanın kapağından geçerek içerdeki minik DC motorun üzerindeki deliklere girerler.
• Bundan sonra servo kontrol kartını kasa içerisinden söküp çıkartacaksınız. Bunu yapabilmek için kasanın sağ tarafında olan sarı şafta biraz kabakuvvet uygulamanız gerekecek . Bu potansiyometrenin de şaftıdır.
• Dikkatlice bastırarak üzerindeki motor ve potansiyometre ile birlikte devre kartını kasadan çıkartalım. Sonuçta masa üzerinde şu parçalar kasadan ayrık olacak bulunmalı.

Parçalara ayırılmış servo motor.

• Şimdi asıl modifikasyon işlemleri başlıyor. Devreden potansiyometreyi havya ve lehim sökücü kullanarak ayırın.
• Şimdi potansiyometreyi söktüğünüz yere, önceden hazırladığınız dirençleri takın ve lehimleyin. Önceden hazırladığınız dediğim de dirençleri yanyana tutun ve bir taraftaki uçlarını birbirine dolayarak lehimleyin. Bu potansiyometrenin orta ucuna gidecek. Diğer uçlar ise potun her iki yandaki uçlarının lehimlendiği yerlere lehimlenecek. Aşağıdaki resimde bu değişimin bitmiş görünümü.

Modifiye edilmemiş (SOL) ve modifiye edilmiş devre kartları.

• Şimdi kartı kasadaki yerine geri yerleştirin. Bu aşamada kartın içindeki potansiyometre eksildi ve onun yerini iki direncimiz aldı. Dolayısıyla kasanın üzerinden sadece DC motor şaftı çıkacak. Potansiyometre şaftı yokoldu.
• Dişlileri yerlerine takmadan önce çıkış miline bağlı olan büyük dişliyi, üzerindeki mekanik durdurucu çıkartılacak şekilde değiştirmeniz gerekiyor. Bu durdurucu çıkıntı dişli yüzeyinden hiç yükselti yapmayacak şekilde kesilerek yokedilmeli. Bunun detayını da aşağıdaki fotoğraflarda görebilirsiniz.

modifiye edilmemiş (SOL) ve modifiye edilmiş bir çıkış şaftı.

• Dişlileri motoru söktüğünüz zamanki ilk hallerine uygun şekilde yerleştirin. motoru tutan iki vidayı yerleştirdikten sonra hafifçe sıkın. Dış kapakları da aynı şekilde kapatın ve vidaları yerlerine takın.
• İşte Bitti

Motor şu anda kendi çevresinde dönebiliyor olmalı. Mili elinizde yavaşça dönecek şekilde güç uygulayarak olabilecek mekanik sorunları gözleyin. Eğer varsa tekrar kasayı açıp bunları düzeltmeniz gerekiyor. Motor direnç göstermeden kolayca ve serbestçe dönebiliyor olmalı. Bu mekanizma çıkış şaftından doğru döndürülecek şekilde tasarlanmadığı için bu şekilde fazla güç uygulamaktan kaçının. içerideki dişlileri zarara uğratabilirsiniz. Alıntıdır: Yazan Kevin Ross / Çeviren Özkal Özsoy