Redüktörlü DC Motor

Redüktörlü DC motor (gearmotor), bir DC motorun çıkışına dişli kutusu eklenmiş halidir. Amaç basittir: motorun yüksek hızını düşürüp torkunu artırmak.

Robotik projelerde neredeyse her zaman redüktörlü motor kullanılır. Çünkü çıplak bir DC motor dakikada 10.000 devir dönebilir ama bir tekerleği döndürecek gücü yoktur.

Neden Redüktör Gerekir?

Bir motorun ürettiği güç sabittir. Güç, tork ile hızın çarpımıdır:

Güç ≈ Tork × Devir

Dişli kutusu bu çarpımı yeniden dağıtır: hızı böler, torku çarpar.

Örnek: 1:100 redüktörlü bir motorda

• Devir 100 kat azalır
• Tork yaklaşık 100 kat artar (dişli verimi nedeniyle pratikte ~%70–90’ı)

10.000 RPM ve 0,01 kg·cm tork üreten bir motor, 1:100 redüktörle 100 RPM ve ~0,8 kg·cm torka dönüşür. İkincisi bir robot tekerleğini döndürebilir; birincisi döndüremez.

Dişli Oranı Nasıl Okunur?

Motorun üzerinde 1:48, 1:120, 1:298 gibi bir oran yazar.

Oran, motor milinin kaç turuna karşılık çıkış milinin bir tur döndüğünü gösterir. 1:48 oranında motor 48 tur döndüğünde çıkış mili 1 tur döner.

Yaygın Redüktörlü Motor Tipleri

Sarı motor (TT motor)

Hobi robotlarının klasiğidir. Sarı plastik gövdeli, çift milli, ucuz.

Ucuzdur ve iş görür, ama plastik dişlileri zayıftır ve iki motor arasında hız farkı belirgindir (robot düz gitmez). Enkoder eklenmediği sürece konum kontrolü yapılamaz.

N20 mikro motor

Küçük, metal dişli kutulu, sağlam. Mini robotlar ve hassas mekanizmalar için idealdir.

Enkoderli versiyonları yaygındır ve kapalı çevrim kontrol için tercih edilir.

25GA / 37GA metal redüktörlü motor

Daha büyük, metal gövdeli ve güçlü motorlardır. Yük taşıyan robotlar, otomatik kapı ve konveyör gibi işler için kullanılır. 12V ve 24V modelleri yaygındır, çoğu enkoderli seçenekle gelir.

Solucan dişli (worm gear) motor

Çıkış mili ile motor mili dik açıdadır. En önemli özelliği geri sürülemez olmasıdır: enerji kesildiğinde yük mili döndüremez, mekanizma olduğu yerde kilitli kalır.

Kaldırma ve konumlandırma uygulamalarında (asansör, kepçe kolu) bu özellik çok değerlidir.

Enkoderli Motorlar

Normal bir DC motor size kaç tur döndüğünü söylemez. Enkoder bu bilgiyi ekler.

Motor miline takılı manyetik bir disk ve iki Hall sensörü, mil döndükçe darbe üretir. Bu darbeleri sayarak:

• Motorun kaç tur döndüğünü,
• Hangi yönde döndüğünü,
• Ne kadar hızlı döndüğünü öğrenirsiniz.

Kablo bağlantısı (6 kablolu tipik enkoderli motor)

A ve B fazları birbirine 90° faz farklıdır (kuadratür). Hangisinin önce geldiğine bakarak dönüş yönü bulunur.

Basit enkoder okuma

const int ENKODER_A = 2;    // kesme pini
const int ENKODER_B = 3;
 
volatile long sayac = 0;
 
void enkoderDarbesi() {
  if (digitalRead(ENKODER_B) == HIGH) {
    sayac++;
  } else {
    sayac--;
  }
}
 
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(ENKODER_A, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ENKODER_B, INPUT_PULLUP);
 
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(ENKODER_A), enkoderDarbesi, RISING);
}
 
void loop() {
  Serial.print("Sayac: ");
  Serial.println(sayac);
  delay(200);
}

volatile zorunludur; kesme içinde değişen değişkenler böyle işaretlenir.

Tur sayısına çevirme

Motorun bir çıkış turunda kaç darbe ürettiğini bilmeniz gerekir:

Darbe/tur = Enkoder darbe sayısı × Dişli oranı × 2 (veya 4, kuadratür moduna göre)

Örnek: 11 darbeli enkoder, 1:90 redüktör, tek kenar sayımı

• 11 × 90 = 990 darbe = 1 çıkış turu

const float DARBE_PER_TUR = 990.0;
 
float turSayisi() {
  return sayac / DARBE_PER_TUR;
}

Robot Hızı Hesabı

Redüktörlü motor seçerken robotun ne kadar hızlı gideceğini önceden hesaplayabilirsiniz.

Hız (cm/s) = (RPM / 60) × π × Tekerlek çapı (cm)

Örnek: 200 RPM motor, 6,5 cm çaplı tekerlek

• (200 / 60) × 3,14 × 6,5 ≈ 68 cm/s

Bu, yüksüz devire göre hesaptır. Yük altında devir düşer; gerçek hız genellikle bu değerin %60–70’i civarında olur.

Çizgi izleyen bir robot için 20–40 cm/s makul bir aralıktır; 68 cm/s çoğu kontrol algoritması için fazla hızlıdır.

Gerekli Tork Hesabı

Robotun hareket edebilmesi için gereken tekerlek başına tork:

Tork (kg·cm) = (Toplam ağırlık (kg) × Tekerlek yarıçapı (cm) × Sürtünme katsayısı) / Tekerlek sayısı

Örnek: 1,5 kg robot, 3,25 cm tekerlek yarıçapı, 2 tahrikli tekerlek, sürtünme katsayısı ~0,7

• (1,5 × 3,25 × 0,7) / 2 ≈ 1,7 kg·cm tekerlek başına

Buna eğim, hızlanma ve güvenlik payı için en az 2 kat marj ekleyin → ~3,4 kg·cm.

Bu hesap, sarı motorun (0,8 kg·cm) bu robot için yetersiz olduğunu doğrudan gösterir.

Redüktörlü Motor Kullanırken Dikkat

Mile eksenel kuvvet uygulamayın. Dişli kutusuna doğru bastırmak (örneğin tekerleği çakarken) dişlileri kırar. Tekerleği takarken mili karşıdan destekleyin.

Aşırı yüklemeyin. Plastik dişliler stall durumunda kolayca sıyrılır. Bir kez sıyrılan dişli kalıcı olarak boşluk yapar.

Nominal gerilimi aşmayın. 3–6V bir sarı motoru 12V ile beslemek kısa sürede yakar.

İki motoru eşleştirin. Aynı model iki motor bile farklı hızda döner. Robotun düz gitmesi için ya enkoder kullanın ya da yazılımda bir motorun PWM’ini kalibrasyon katsayısıyla düzeltin.

const float SOL_KALIBRASYON = 1.00;
const float SAG_KALIBRASYON = 0.92;   // sag motor hizli, kis
 
void ileriGit(int hiz) {
  analogWrite(SOL_PWM, hiz * SOL_KALIBRASYON);
  analogWrite(SAG_PWM, hiz * SAG_KALIBRASYON);
}

Özet

Redüktörlü DC motor, dişli kutusu sayesinde hızı düşürüp torku artıran motordur. Dişli oranı büyüdükçe motor yavaşlar ama güçlenir.

Bu derste şunları öğrendik:

• Redüktörün tork ile hızı nasıl takas ettiğini
• Dişli oranının nasıl okunacağını
• Sarı motor, N20, 25GA ve solucan dişli tiplerini
• Enkoderin ne işe yaradığını ve nasıl okunduğunu
• Robot hızı ve gerekli tork hesaplarını
• İki motorun hız farkını yazılımla düzeltmeyi