Giới thiệu Động Cơ Servo

Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơquay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là độngcơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được. Việc thiết lập một hệ thống điềukhiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơkhông quay cũng không dễ dàng. Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giới thiệu Động Cơ ServoĐộng cơ servoBiêndịch:LâmQuỳnhTrang–LêTrọngHiền–NguyễnMinhTrung–ĐoànHiệpĐạihọcBáchKhoaThànhphốHồChíMinhChươngtrìnhPFIEVĐâylàbảndịchcóbổsungtừtàiliệuTherobotbuilder’sBONAZA:99InexpensiveroboticsprojectscủaGordonMcCombTôixinchânthànhcámơncácbạntôiđãủnghộvàgiúpđỡrấtnhiềutrongquátrìnhbiêndịchcũngnhưphổbiếntrangwebnàyđếnmọingười.Trongtàiliệudịchcónhiềuđiểmsaisótdoyêucầuvềthờigiandịch,mongcácbạnthôngcảm.Giới thiệuĐộng cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơquay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là độngcơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được. Việc thiết lập một hệ thống điềukhiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơkhông quay cũng không dễ dàng.Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu racủa động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽđược hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển độngquay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mongmuốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiếu máy khácnhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi. Ứngdụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trongmô hình máy bay và xe hơi.Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo R/C (radio-controlled). Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng vôtuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi. Động cơ servo nhận tínhiệu từ máy thu này. Như vậy có nghĩa là ta không cần phải điều khiển robot bằng tínhiệu vô tuyến bằng cách sử dụng một động cơ servo, trừ khi ta muốn thế. Ta có thể điềukhiển động cơ servo bằng máy tính, một bộ vi xử lý hay thậm chí một mạch điện tử đơngiản dùng IC 555.Trong chương này ta sẽ tìm hiểu động cơ servo R/C là gì, sử dụng chúng trong robot nhưthế nào. Mặc dù còn có nhiều loại động cơ servo khác nhưng động cơ servo R/C được sửdụng nhiều nhất. Để đơn giản ta gọi động cơ servo R/C là servo.Hoạt động của servo1. Motor 2.Electronics Board 3.Positive Power Wire (Red) 4.Signal Wire (Yellow or White) 5.Negative or Ground Wire (Black) 6.Potentiometer 7.Output Shaft/Gear 8.Servo Attachment Horn/Wheel/Arm 9.Servo Case 10.Integrated Control Chip Hình1:mộtđộngcơservoR/Ckíchthướcchuẩnđiểnhìnhdùngtrongmôhìnhmáybayvà xeđua.Ngoàiracòncónhiềuloạikíchthướcthôngdụngkhác. Hình2:BêntrongcủamộtđộngcơservoR/C.Servobaogồmmộtđộngcơ, mộtchuỗicácbánhrănggiảmtốc,mộtmạchđiềukhiểnvàmộtvônkếĐộng cơ và vôn kế nối với mạch điều khiển tạo thành mạch hồi tiếp vòng kín. Cả mạchđiều khiển và động cơ đều được cấp nguồn DC (thường từ 4.8 – 7.2 V).Để quay động cơ, tín hiệu 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 vôn kế cho biết vị trí trục racủa servo. Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽ tắt động cơ.Như ta dự đoán, động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ không phải quayliên tục như động cơ DC hay động cơ bước. Mặc dù ta có thể chỉnh động cơ servo R/Cquay liên tục (sẽ trình bày sau) nhưng công dụng chính của động cơ servo là đạt được gócquay chính xác trong khoảng từ 90o – 180o. Việc điều khiển này có thể ứng dụng để láirobot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng…Servo và điều biến độ rộng xungTrục của động cơ servo R/C được định vị nhờ vào kỹ thuật gọi là đi62u biến độ rộng xung(PWM). Trong hệ thống này, servo là 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 xung biến đổi từ 1 – 2 ms. Cácxung này được gởi đi 50 lần/giây. Chú ý rằng không phải số xung trong một giây điềukhiển servo mà là chiều dài của các xung. Servo đòi hỏi khoảng 30 – 60 xung/giây. Nếu sốnày qua thấp, độ chính xác và công suất để duy trì servo sẽ giảm.Với độ dài xung 1 ms, servo được điều khiển quay theo một chiều (giả sử là chiều kimđồng hồ như Hình3.) Hình3:ĐiềukhiểnvịtrícủatrụcracủađộngcơbằngcáchđiềuchếđộrộngxungVới độ dài xung xung 2 ms, servo quay theo chiều ngược lại. Kỹ thuật này còn được gọi làtỉ lệ số - chuyển động của servo tỉ lệ với tín hiệu số điều khiển.Công suất cung cấp cho động cơ bên trong servo cũng tỉ lệ với độ lệch giữa vị trí hiện tạicủa trục ra với vị trí nó cần đến. Nếu servo ở gần vị trí đích, động cơ được truyền động vớitốc độ thấp. Điều này đảm bảo rằng động cơ không vượt quá điểm định đến. Nhưng nếuservo ở xa vị trí đích nó sẽ được truyền động với vận tốc tối đa để đến đích càng nhanhcàng tốt. Khi trục ra đến vị trí mong muốn, động cơ giảm tốc. Quá trình tưởng chừng nhưphức tạp này diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn - một servo trung bình có thể quay60o trong vòn ...