Chương 2: Đông cơ Servo

Động cơ RC (Radio Control) Servo đầu tiên được thiết kế để sử dụng trong điều khiển máy bay hoặc xe hơi. Về sau, động cơ này được sử dụng phổ biến như là các cơ cấu chấp hành được điều khiển bằng vi xử lý, vừa nhỏ gọn, vừa tiết kiệm năng lượng lại rẻ tiền. -Động cơ RC Servo có moment xoắn cao so với kích thước của nó, có thể cho vị trí góc chính xác bằng cách cung cấp xung theo phương thức điều biến độ rộng xung (PWM); độ rộng của xung sẽ quyết...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 2: Đông cơ ServoChương 2: Đông cơ Servo 1. Giới thiệu động cơ RC Servo: - Động cơ RC (Radio Control) Servo đầu tiên được thiết kếđể sử dụng trong điều khiển máy bay hoặc xe hơi. Về sau, động cơnày được sử dụng phổ biến như là các cơ cấu chấp hành được điềukhiển bằng vi xử lý, vừa nhỏ gọn, vừa tiết kiệm năng lượng lại rẻtiền. -Động cơ RC Servo có moment xoắn cao so với kích thướccủa nó, có thể cho vị trí góc chính xác bằng cách cung cấp xungtheo phương thức điều biến độ rộng xung (PWM); độ rộng củaxung sẽ quyết định vị trí góc của trục động cơ.2. Cấu tạo bên trong: Gồm 9 phần cơ bản: 1. Động cơ chính 2. Board điều khiển tín hiệu hồi tiếp 3. Dây nguồn (Red) 4. Dây tín hiệu vào (Yellow or White) 5. Dây mass (Black) 6. Volt kế 7. Trục/Bánh răng Output 8. Horn/Wheel/Arm gắn kèm 9. Vỏ Servo 10.Chip điều khiển chính. Hình 4: Cấu tạo chính của RC Servo - Động cơ và vôn kế (hình 5) nối với mạch điều khiển tạothành mạch hồi tiếp vòng kín. Cả mạch điều khiển và động cơ đềuđược cấp nguồn DC (thường từ 4.8 – 7.2 V). Để quay động cơ, tínhiệu số được gới tới mạch điều khiển. Tín hiệu này khởi động độngcơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế. Vị trí của trục vônkế cho biết vị trí trục ra của servo. Khi vôn kế đạt được vị trí mongmuốn, mạch điều khiển sẽ tắt động cơ. - Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ khôngphải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước. Mặc dù tacó thể chỉnh động cơ servo R/C quay liên tục nhưng công dụngchính của động cơ servo là đạt được góc quay chính xác trongkhoảng từ 90o – 180o. Việc điều khiển này có thể ứng dụng để láirobot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến đểquét khắp phòng…3. Cách thức hoạt động và phương pháp điều khiển: - Như đã nói ở trên vị trí góc của động cơ RC Servo điềukhiển dựa trên nguyên lý PWM. - Servo đáp ứng của một dãy các xung số ổn định. Cụ thểhơn, mạch điều khiển là đáp ứng của một tín hiệu số có các xungbiến đổi từ 1 – 2 ms. Các xung này được gởi đi 50 lần/giây – tức làta sẽ cấp xung mỗi 20ms một lần. Servo đòi hỏi khoảng 30 – 60xung/giây. Nếu số này qua thấp, độ chính xác và công suất để duytrì servo sẽ giảm. - Chú ý rằng không phải số xung trong một giây điều khiểnservo mà là chiều dài (độ rộng) của các xung, độ rộng của xungcấp sẽ quyết định vị trí góc của trục động cơ. + Với xung có độ rộng 1.5ms thì trục động cơ sẽ quay đếnvị trí góc 90o (thường được gọi là Neutral). (hình 6) + Với độ rộng xung nhỏ hơn 1.5ms thì trục động cơ sẽquay gần về vị trí góc 0o và ngược lại nếu lơn hơn 1.5ms thì trụcđộng cơ sẽ quay gần đến vị trí góc 180o Hình 5: Giản đồ xung kích Servo. - Các servo khác nhau ở góc quay được với cùng tín hiệu 1 –2 ms (hoặc bất kỳ) được cung cấp. Các servo chuẩn được thiết kếđể quay tới và lui từ 900– 1800 khi được cung cấp toàn bộ chiều dàixung. Phần lớn servo có thể quay được 1800 hay gần 1800. - Nếu ta cố điều khiển servo vượt quá những giới hạn cơ họccủa nó , trục ra của động cơ sẽ đụng vật cản bên trong, dẫn đến cácbánh răng bị mài mòn hay bị rơ. Hiện tượng này kéo dài hơn vàigiây sẽ làm bánh răng của động cơ bị phá hủy.* Điều khiển: Với nguyên tắc điều khiển như vậy thì ta có một phương áncấp xung cho động cơ như sau: góc quay của một động cơ là 1800,để quay hết 1800 đó, ta cần cấp xung có độ rộng từ 1,25ms cho đến1,75ms, tức là khoảng 500μs. Càng chia nhỏ khoảng này thì vị trígóc của động cơ đạt được càng nhiều. Ví dụ: nếu ta có thể cấpxung với độ rộng chia nhỏ khoảng 2μs thì trong khoảng 500μs tathu được 255 vị trí góc của động cơ, điều này có nghĩa là mỗi vị trígóc của động cơ là 0,70, còn nếu ta có thể cấp xung với độ rộngchia nhỏ khoảng 1μs thì trong khoảng 500μs đó, ta có thể thu được500 vị trí góc của động cơ, tức là mỗi vị trí góc là 0,350. Điều nàycó ý nghĩa rất lớn đến độ chính xác khi điều khiển hệ PAN-TILT.Trong đề tài này, độ chia đạt được đến 0,320, tức 560 vị trí góccủa động cơ.4. Chọn động cơ Servo: - Servo được chọn trong đề tài này là model S3003 của hãngFutaba. Hình 6: Model s3003 của hãng Futaba - Các thông số kỹ thuật: + Kích thước chuẩn: length x width x height = 1.6 x 0.8x 1.4 inch. + Tốc độ: 0.23sec/600 (ở 4.8V). 0.19sec/600 (ở 6.0V). + Momen xoắn: 3.2kg-cm (ở 4.8V). 4.1kg-cm (ở 6.0V). + Trọng lượng: 37.2gIII. Hệ Pan-Tilt:1. Giới thiệu Kỹ thuật Panning – Tilting: - Tilting là 1 kỹ thuật quay phim. Trong kỹ thuật này, hệthống camera đứng yên tại 1 vị trí theo 1 trục ngang và camera sẽquay theo 1 mặt phẳng thẳng đứng - vertical plane (hay” tiltingplane”). Camera di chuyển lên x ...