nghiên cứu cấu tạo và ứng dụng truyền động SERVO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
VIỆN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

CHƯƠNG TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ VÀ Ơ TƠ
BÁO CÁO KẾT THÚC HỌC PHẦN THỰC HÀNH HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

SERVO
Sinh viên thực hiện:

Phạm Quốc Tú
Dương Hùng Vĩ
Ngô Hoàng Khoa

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Huỳnh Minh Phú

Mơn:

Thực hành hệ thống trùn đợng servo

Lớp:

D19CD01

Khố:

2019 – 2023

BÌNH DƯƠNG , THÁNG 4/2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
CHƯƠNG TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ VÀ Ơ
TƠ

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Sinh viên thực hiện:
Phạm Quốc Tú
Dương Hùng Vĩ
Ngơ Hoàng Khoa
Bình Dương, ngày……tháng……năm…….

TRƯỞNG BỘ MƠN
(Ký, ghi rõ họ tên)

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH
(Ký, ghi rõ họ tên)

2


LỜI CẢM ƠN
Hiện nay Cơng nghiệp hố - Hiện đại hố đang đóng một vai trị rất quan trọng trong
việc nâng cao năng suất lao động. Những thành tựu của cuộc cách mạng khoa học kỹ
thuật được áp dụng rộng rãi vào nền kinh tế đưa đến những đổi thay chưa từng có
trong lịch sử lồi người. Nhận thức được tầm quan trọng của khoa học cơng nghệ có
ảnh hưởng quyết định đến chiến lược phát triển đất nước, Nhà nước ta đã ra sức đào

tạo nghiên cứu khoa học kỹ thuật, khuyến khích đầu tư nhằm phát triển nhanh nền
khoa học kỹ thuật nước nhà.
Là sinh viên của chuyên ngành cơ điện tử sau thời gian học tập và rèn luyện tại
Trường Đại học Thủ Dầu Một, được sự giảng dạy tận tình của các thầy cơ cùng với sự
cố gắng nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành bài tiểu luận kết thúc môn học, xác
định đây là cơng việc quan trọng nhằm đánh giá lại tồn bộ kiến thức mà mình đã tiếp
thu được trong quá trình học tập tại trường, em đã có nhiều cố gắng. Đề tài này là một
chuyên ngành còn khá mới mẻ ở Việt Nam, cho nên trong đồ án này em chỉ tập trung
đi sâu vào cơng việc chính là nghiên cứu cấu tạo và ứng dụng truyền động SERVO
Sau 2 tháng tìm hiểu và tham khảo, với ý thức và sự nỗ lực của bản thân cùng
với sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cơ đặc biệt là thầy HUỲNH MINH PHU đã giúp
em tận tình trong quá trình làm đồ án này. Qua bản đồ án này cho em xin được bày tỏ
lời cảm ơn chân thành tới Thầy HUỲNH MINH PHU và các thầy cô trong bộ môn
điện công nghiệp và dân dụng trường Đại học Thủ Dầu Một.
Trong q trình hồn thành đồ án, với trình độ kiến thức chun mơn chưa
nhiều, kinh nghiệm thực tế cịn ít và thời gian có hạn nên đồ án của em khơng thể
tránh được những thiếu sót. Do đó, em kính mong được sự chỉ bảo thêm của các thầy,
cơ và đóng góp của các bạn để em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!
Tất cả thành viên nhóm

Chương 1: Mở đầu
1.1 Giới thiệu đề tài:
Ngày nay,robotic đã đạt được những thành tựu to lớn trong sản xuất công
nghiệp cũng như trong đời sống.Sản xuất robot là nghành công nghiệp trị giá
hàng tỉ
USD và ngày càng phát triển mạnh,trong các họ robot chúng ta không thể
3


không nhắc tới mobile robot với những đặc thù

riêng mà các loại robot khác khơng có. Mobile robot có thể
di chuyển một cách rất linh hoạt, do đó tạo nên khơng gian hoạt
động lớn và cho đến nay nó đã dần khẳng định vai trị quan trọng khơng thể
thiếu trong nhiều lĩnh vực, thu hút được rất nhiều sự
đầu tư và nghiên cứu. Mobile robot
cũng được chia ra làm nhiều loại: robot học đường đi, robot dò đường line, robo
ttránh vật cản, robot tìm đường cho mê cung,…trong số
đó robot dò đường line, tránh vật cản dễ dàng
ứng dụng nhiều trong cuộc sống. Việc phát triển loại robot này sẽ phục vụ rất
đắc lực cho con người.
1.2 Mục đích chọn đề tài:
Robot dị line và tránh
vật cản vừa có nhiều ứng dụng trong thực tế vừa dễ
dàng để sinh viên vận dụng những kiến
thức tiếp thu được trên giảng đường vào nó.Với những kết cấu cơ khí đơn giản
nhưng lại có thể kết hợp được với khá nhiều thành phần điện tử
encoder, sensor xác định đường line,
sensor đo khoảng cách…nên những Robot này rất phù hợp để sinh viên học
tập và nghiên cứu thêm về ngành
Tự động hóa một cách cụ thể.
1.3 Sơ lược các bước thực hiện:
Trước tiên ta phải chế tạo được khung xecủa robot. Khung xe phải đảm bảo
bền chắc và đạt độ chính xác nhất định về việc bố trí các bánh xe và động cơ.
Sau khi đã có xong mơ hình thì việc tiếp theo là chọn vi xử lí, khối óc của
mobilerobot, cũng như các mạch điện tửcần thiết cho việc điều khiển xe. Và
cuối cùng là cơng đoạn lập trình dựa trên những kiến thức đã học được.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 servo là gì?

4


Là một hệ thống truyền động điều khiển hồi tiếp vịng kín, nhận tín hiệu và thực
hiện một cách nhanh chóng và chính xác theo lệnh từ bộ điều khiển ( có thể là PLC
hoặc các bộ mạch phát xung điều khiển …). Hệ thống servo bao gồm, động cơ servo
(Motor Servo) trong động cơ Servo được tích hợp encoder để phản hồi tín hiệu từ động
cơ về bộ điều khiển, bộ điều khiển servo (servo drive). Hệ thống Servo được sử dụng
để điều khiển vị trí chính xác, điều chỉnh mô-men phù hợp với các ứng dụng khác
nhau và thay đổi tốc độ cực nhanh.
2.2 động cơ servo là gì?
Trong kỹ thuật điều khiển, Servo là gọi tắt của động cơ Servo. Nó là một thiết
bị tự động có cảm biến phản hồi để điều chỉnh hành động. Servo là một bộ phận của hệ
thống điều khiển, cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận
hành. Với cơng nghệ Driver Servo thì nó cịn được biết đến tương tự như Driver máy
tính.

Servo là một hệ thống truyền động điều khiển hồi tiếp vòng kín, nhận tín hiệu
và thực hiện một cách nhanh chóng và chính xác theo lệnh từ PLC. Bộ servo bao gồm
1 bộ điều khiển servo (servo drive), 1 động cơ servo và 1 encoder để phản hồi tín hiệu từ
5


động cơ về bộ điều khiển. Servo được sử dụng để điều khiển vị trí chính xác, điều
chỉnh mơ-men phù hợp với các ứng dụng khác nhau và thay đổi tốc độ cực kỳ nhanh
(đáp ứng ở ms).
2.3 Cấu tạo và phân loại
Động cơ servo là một thành phần trong hệ thống servo. Động cơ servo nhận tín hiệu
từ bộ điều khiển và cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi
vận hành với tốc độ và độ chính xác cực kỳ cao.

Động cơ servo được chia thành 2 loại:
+ Động cơ servo AC
+ Động cơ servo DC
2.3.1 Động cơ servo AC
AC Servo Motor thực chất là 1 động cơ xoay chạy bằng điện 3 pha, hoạt động dựa
trên nguyên lý nam châm vĩnh cửu như các loại động cơ trong máy bơm hay máy quạt.
Điểm khác biệt của AC Servo Motor so với các động cơ thơng thường là nó được tích
hợp nhiều cơng cụ điện tử và cảm biến để truyền thông tin và điều khiển như: bộ
khuếch đại, bộ điều khiển, bộ mã hóa và màn hình. Điều này làm tăng khả năng chính
xác cũng như dễ dàng điều khiển, đây là một trong những yêu cầu cho sản xuất công
nghiệp trong thời đại cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay.
AC servo có thể xử lý các dịng điện cao hơn và có xu hướng được sử dụng trong máy móc
cơng nghiệp.

DC servo khơng được thiết kế cho các dịng điện cao và thường phù hợp hơn

cho các ứng dụng nhỏ hơn.
Cấu tạo của động cơ AC servo bao gồm 3 phần: stator, rotor (thường là loại nam châm
vĩnh cửu) và encoder.

6


•

Stator bao gồm một cuộn dây được quấn quanh lõi, được cấp nguồn để
cung cấp lực cần thiết làm quay rotor.

•

Rotor được cấu tạo bởi nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh.

•

Encoder được gắn sau đi động cơ để phản hồi chính xác tốc độ và vị trí
của động cơ về bộ điều khiển.

7


Bộ điều khiển (Servo drive) có nhiệm vụ nhận tín hiệu lệnh điều khiển
(xung/analog) từ PLC và truyền lệnh đến động cơ servo để điều khiển động cơ servo
hoạt động theo lệnh, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi liên tục về vị trí và tốc độ hiện
tại của động cơ servo từ encoder.

•

Nguyên lý hoạt động:

8


Về nguyên tắc, động cơ servo là một thiết bị độc lập. Tuy nhiên động cơ servo chỉ
có ý nghĩa thực tiễn khi hoạt động trong hệ thống servo.
Chế độ hoạt động servo được hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vịng kín.
Động cơ servo nhận một tín hiệu xung điện (PWM) từ bộ điều khiển để hoạt động và
được kiểm sốt bằng bộ mã hóa (encoder).
Khi động cơ vận hành thì vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này
thông qua bộ mã hóa (encoder). Khi đó bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động và làm
sai lệch tốc độ cũng như vị trí mong muốn, cơ cấu hồi tiếp sẽ phản hồi tín hiệu về bộ

điều khiển. Từ tín hiệu phản hồi về, bộ điều khiển servo sẽ so sánh với tín hiệu lệnh và
đưa ra điều chỉnh phù hợp, đảm bảo động cơ servo hoạt động đúng theo yêu cầu đạt
được tốc độ và vị trí chính xác nhất.
Lợi ích khi sử dụng AC servo
• Khả năng điều khiển tốc độ, vị trí và mo-men cực kì chính xác.
•

Tốc độ đáp ứng và phản hồi nhanh, quán tính thấp (gần như khơng có qn
tính).

•

Hiệu suất hoạt động cao tới hơn 90%, ít sinh nhiệt và hầu như khơng dao
động.

•

Tốc độ cao và tần suất làm việc thay đổi nhanh, liên tục.

•

Hoạt động êm ái, nhẹ, tiết kiệm điện năng.

Hệ thống AC servo phù hợp với hầu hết các ứng dụng trong cơng nghiệp như máy
cơng cụ, máy đóng gói, các loại máy in, máy cắt, các ứng dụng thu xả cuộn, các ứng dụng
cần chạy dừng đúng vị trí, dây chuyền lắp ráp, máy CNC, cánh tay robot…
•

Drive Servo

9


Là một bộ phận quan trọng trong hệ thống Servo có thể xem nó là bộ não của
hệ thống servo.
Drive servo có nhiệm vụ nhận tín hiệu lệnh điều khiển (xung) từ

PLC

và truyền

lệnh đến động cơ servo để điều khiển động cơ servo hoạt động theo lệnh, đồng thời
nhận tín hiệu phản hồi liên tục về vị trí và tốc độ hiện tại của động cơ servo từ

encoder.

Từ tín hiệu phản hồi về, bộ điều khiển servo sẽ so sánh với tín hiệu lệnh và đưa ra điều
chỉnh phù hợp, đảm bảo động cơ servo hoạt động đúng theo yêu cầu.
2.3.2 Động cơ servo DC
Động cơ Servo DC Là một loại động cơ servo, DC servo phù hợp xử lý các ứng
dụng nhỏ thay vì được thiết kế cho các dòng điện cao như động cơ AC.

10


Thông thường cấu tạo của 1 động cơ servo sẽ bao gồm 2 bộ phận rotor và stator
Động cơ servo DC cũng bao gồm hai bộ phận chính trên và một số bộ phận khác như:
1. Kẹp:
2. Nam châm vĩnh cửu (stator)
3. Chổi

4. Bộ dò
5. Bộ chỉnh lưu
6. Cuộn cảm lõi (phần rotor)

Động cơ servo DC có 2 loại là động cơ bàn chải và động cơ không chổi than:
Động cơ DC servo bàn chải: Là loại động cơ sản xuất với chi phí thấp, cấu trúc
đơn giản lớn bắt đầu mo-men xoắn, phạm vi rộng dễ điều khiển và cũng dễ bảo trì.
Loại động cơ này sử dụng phục vụ chủ yếu các yêu cầu về môi trường hay cho các dịp
cơng nghiệp và dân sự nói chung.
Động cơ DC khơng chổi than: Thường có kích thước nhỏ và trọng lượng nhỏ
hơn. Tuy nhiên, loại động cơ này phả ứng rất nhanh, qn tính nhanh nhờ mơ men
xoắn ổn định và trơn tru. Nếu so sánh thì động cơ DC servo không chổi than sẽ điều khiển phức
tạp hơn nhưng chúng lại hoạt động thông minh hơn nhờ chuyển mạch điện tử linh hoạt
theo sóng vng hoặc chuyển mạch sóng sin. Động cơ cho ưu điểm tiết kiệm năng
lượng, bức xạ điện từ thấp, nhiệt độ thấp và tuổi thọ thấp.

11


•

Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo DC

Động cơ servo

DC được hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vịng kín chính vì vậy

ngun lý hoạt động của động cơ này được mô tả như sau:
Bộ phận rotor của động cơ là một nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh và stator
của động cơ được cuốn bởi các cuộn dây riêng biệt và được cấp nguồn theo một trình

tự thích hợp để quay rotor. Khi đó chuyển động quay của rotor phụ thuộc vào tần số và
pha, phần cực và dòng điện chạy trong cuộn dây stator trong trường hợp dòng điện cấp
tới các cuộn dây là chuẩn xác.
Mạch điều khiển của động cơ được nối với tín hiệu ra. Điều này có nghĩa khi động
cơ vận hành thì vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển. Lúc này nếu có
bất kỳ lý do nào ngăn cản quá trình chuyển động quay của động cơ, bộ phận cơ cấu hồi
tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu và mạch điểu khiển sẽ phải tiếp tục điều chỉnh sai lệch cho
động cơ đến khi đạt điểm chính xác.
•

Ưu nhược điểm của động cơ DC Servo

Ưu điểm: Là hệ thống hồi tiếp vịng kín chính vì vậy động cơ servo DC rất dễ điều
khiển, dễ sử dụng. Bên cạnh đó động cơ cịn giúp kiểm sốt tốc độ chính xác, đảm bảo
q trình vận hành được ổn định. Hiện nay giá thành của động cơ Servo DC rẻ hơn so
với các loại động cơ khác.
12


Nhược điểm: Vì cấu tạo có bộ phận chổi than nên điểm hạn chế lớn nhất của loại
động cơ này chính là dễ gây ra tiếng ồn, nhiệt độ cao khi vận hành và quán tính cao
khi giảm tốc độ. Nếu sử dụng động cơ DC servo không chổi than thì sẽ khiến động cơ
chạy êm và vận hành tốt hơn.
Ứng dụng của động cơ DC servo
Có rất nhiều máy móc sử dụng động cơ DC servo để hoạt động. Cụ thể động cơ DC
servo có thể ứng dụng trong ngành điện - điện tử (ví dụ như lắp các chip LSI trên
mạch).

bảng

Tuy nhiên, hiện nay động cơ DC servo rất hạn chế trong ứng dụng ngành điện -

điện tử mà thay vào đó động cơ có ứng dụng chủ yếu trong ngành sản xuất thực phẩm,
đồ uống và ứng dụng trong ngành giấy, may mặc, bao bì.
Ngồi ra động cơ DC servo cịn có một số ứng dụng khác như:
o Ứng

dụng trong sản xuất robot vì sự chuyển động trơn tru và định vị chính xác

o Ứng

dụng trong các loại đồ chơi điều khiển bằng radio

o Ứng

dụng trong sản xuất các loại thiết bị điện tử như đĩa DVD, máy nghe nhạc

blue
o Ứng

dụng trong xe ô tô để duy trì tốc độ của phương tiện

Một số sản phẩm nổi bật sử dụng động cơ DC servo: Động Cơ DC Servo giảm tốc
GA12 - N20 Encoder, động cơ DC Servo JGB37-545 DC Geared Motor, động cơ DC
Servo Giảm Tốc Hành Tinh Planetary GP36,...

13


2.4 Nguyên lý hoạt động

Về nguyên tắc, động cơ servo là một thiết bị độc lập. Tuy nhiên động cơ servo
chỉ có ý nghĩa thực tiễn khi hoạt động trong hệ thống servo.
Chế độ hoạt động servo được hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vịng kín.
Động cơ servo nhận một tín hiệu xung điện (PWM) từ bộ điều khiển để hoạt động và
được kiểm soát bằng bộ mã hóa (encoder).
Khi động cơ vận hành thì vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển
này thơng qua bộ mã hóa (encoder). Khi đó bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động và
làm sai lệch tốc độ cũng như vị trí mong muốn, cơ cấu hồi tiếp sẽ phản hồi tín hiệu về
bộ điều khiển. Từ tín hiệu phản hồi về, bộ điều khiển servo sẽ so sánh với tín hiệu lệnh
và đưa ra điều chỉnh phù hợp, đảm bảo động cơ servo hoạt động đúng theo yêu cầu đạt
được tốc độ và vị trí chính xác nhất.
2.5 sơ lược về Encoder

14


Encoder hay cịn gọi là bộ mã hóa, là một bộ cảm biến chuyển động cơ học tạo
ra tín hiệu kỹ thuật số đáp ứng với chuyển động. Là một thiết bị cơ điện có khả năng
làm biến đổi chuyển động thành tín hiệu số hoặc xung.
Bộ mã hóa Encoder là một bộ phận rất quan trọng trong cấu tạo của máy CNC.
Nó giúp đo và hiển thị các thồn số về tốc độ của máy.
Có hai loại bộ mã hóa: tuyến tính và quay. Encoder tuyến tính đáp ứng chuyển
động dọc theo một đường dẫn, cịn Encoder quay thì đáp ứng với chuyển động quay.
•

các loại cơ bản của Encoder:

+ Encoder tuyệt đối
– Encoder tuyệt đối (adsolute encoder): Đã gọi là tuyệt đối thì tức là tín hiệu ta nhận
được từ Encoder cho biết chính xác vị trí của Encoder mà người sử dụng khơng phải

xử lý thêm gì cả.
+ Sử dụng đĩa theo mã nhị phân hoặc mã Gray.
+ Có kết cấu gồm: bộ phát ánh sáng (LED), đĩa mã hóa (có chứa dãi băng mang tín
hiệu), một bộ thu ánh sáng nhạy với ánh sáng phát ra.
+ Đĩa mã hóa ở Encoder được chế tạo từ vật liệu trong suốt, người ta đã chia mặt đĩa
thành các góc đều nhau cùng các đường trịn đồng tâm.
+ Ưu điểm: giữ được giá trị tuyệt đối khi Encoder mất nguồn.
+ Nhược điểm: giá thành cao vì chế tạo phức tạp, đọc tín hiệu khó

15


•

Encoder tương đối

– Encoder tương đối (incremental encoder): phát ra tín hiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ
+ Đĩa mã hóa bao gồm một dãi băng tạo xung, thường được chia thành nhiều lỗ bằng
nhau và được cách đều nhau.
+ Chất liệu có thể là trong suốt để giúp ánh sáng chiếu qua.
16


+ Là Encoder chỉ có 1,2 hoặc tối đa 3 vịng lỗ, và thường có thêm một lỗ định vị.
+ Ưu điểm: giá thành rẻ, chế tạo đơn giản, xử lý tín hiệu trả vềdễ dàng.
+ Nhược điểm: dễ bị sai lệch về xung khi trả về. Sẽ tích lũy sai số khi hoạt động lâu
dài.

2.6 Encoder của động cơ Servo
Một trong những thành phần cũng tương đối quan trọng của động cơ servo đó

chính là cảm biến hồi tiếp tốc độ hay cịn gọi là encoder. Lưu ý có một số hãng thay vì
dùng encoder thì dùng resolver, tuy nhiên về tính năng cũng là hồi tiếp tốc độ quay.
Đặc trưng cho độ chính xác của động cơ servo đó chính là độ phân giải của encoder.
Ví dụ như động cơ ac servo có độ phân giải encoder là 2000 xung/ vịng thì bạn
có thể điều khiển motor mỗi bước quay 1/2000 vòng.
Khi sử dụng động cơ ac servo ta cần quan tâm tới độ phân giải của encoder vì
nó sẽ ảnh hưởng đến sai số của máy móc. Độ phần giải đối với servo hiện nay dao
động từ 2000 cho đến 2^17 hoặc 2^20 xung trên một vòng, khi độ phân giải encoder
quá cao thì các bạn nên quan tâm tới hộp số điện tử khi điều khiển motor servo.

17


Tuy nhiên trên thực tế ứng dụng vào máy móc thì thường các bạn chỉ cần độ
phân giải khoảng 10,000 xung trên vòng trở xuống là đảm bảo, độ phân giải quá cao
cũng có thể gây khó khăn cho bạn bởi tốc độ phát xung trên plc dòng cơ bản cũng chỉ
từ khoảng 100khz trở xuống.
Đối với một số dòng servo cũ thì tín hiệu encoder sẽ được nối trực tiếp với
driver, một số dòng servo mới sau này encoder có độ phân giải rất cao nên thường
được tích hợp board mạch để chuyển đổi dạng tín hiệu này thành truyền thơng để gửi
vị trí encoder cho driver. Chính vì vậy đối với một số động cơ servo các bạn thường rất
khó tận dụng động cơ để làm encoder.

2.7 Ứng dụng của servo
•

Điều khiển vị trí

18

Một loại servo phổ biến có hỗ trợ điều khiển vị trí. Thơng thường, các cơ cấu
servo có thể là điện, thủy lực hoặc khí nén. Chúng hoạt động trên nguyên lý phản hồi
âm, trong đó đầu vào điều khiển được so sánh với vị trí thực tế của hệ thống cơ khí
được đo lường bằng một số loại cảm biến tại đầu ra. Khoản chênh lệch giữa giá trị
thực tế và giá trị mong muốn (một "tín hiệu sai số") được khuếch đại (và chuyển đổi)
và được dùng để điều khiển hệ thống theo hướng cần thiết để giảm hoặc loại bỏ sai số.
Quá trình này là một trong những ứng dụng được sử dụng rộng rãi của lý thuyết điều
khiển. Các servo điển hình có thể cung cấp một đầu ra là chuyển động trịn (góc quay)
hoặc đầu ra chuyển động thẳng.
•

Điều khiển tốc độ

Điều khiển tốc độ thông qua một thiết bị điều tốc là một loại cơ cấu servo
khác. Động cơ hơi nước sử dụng các thiết bị điều tốc cơ khí; một ứng dụng ban đầu khác là
để điều chỉnh tốc độ của bánh xe nước. Trước Thế chiến thứ II cánh quạt tốc độ không
đổi được phát triển để điều khiển tốc độ động cơ máy bay. Điều khiển nhiên liệu cho
động cơ tuabin khí sử dụng bộ điều tốc điện hoặc thuỷ lực.
•

Khác

Các cơ cấu servo vị trí đầu tiên được sử dụng trong điều khiển hỏa lực quân sự và
thiết bị điều hướng hàng hải. Ngày nay, Cơ cấu servo được sử dụng trong các máy
công cụ tự động, ăng-ten theo dõi vệ tinh, máy bay điều khiển từ xa, hệ thống định vị
tự động trên tàu thuyền và máy bay, và hệ thống điều khiển súng phịng khơng. Những
ví dụ khác là những hệ thống điều khiển bay trong
19

máy bay,

sử dụng các servo để phát


động các bề mặt điều khiển của máy bay, và các mơ hình điều khiển bằng radio sử
dụng các RC servo với cùng mục đích. Nhiều máy ảnh tự động lấy nét cũng sử dụng
một cơ cấu servo để di chuyển các ống kính một cách chính xác. Một

ổ đĩa cứng

có một

hệ thống servo từ tính với độ định vị chính xác đến micromet. Trong các máy móc
cơng nghiệp, servo được sử dụng để thực hiện các chuyển động phức tạp, trong nhiều
ứng dụng.
2.8 Sơ đồ khối :

- Sơ đồ khối của robot xe tránh vật cản :

2.9 Sơ đồ nguyên lí :
Nguyên lí hoạt động : Khi xe bắt đầu hoạt động,cả hai động cơ dẫn động hai
bánh quay theo chiều thuận,đưa xe về phía trước,đồng thời, bộ vi xử lý ở đây là
Arduino se liên tục tính tốn khoảng cách từ cảm biến siêu âm trên robot đến bề mặt
phản xạ.Nếu khoảng cách tới bề mặt vận cảm phản xạ cho thấy nhỏ hơn 15cm thì
robot dừng lại,quét phía trái và phải,nếu phía nào trống thì 1 động cơ sẽ quay thuận
trong khi 1 động cơ dừng cho phép robot đi về 1 hướng trái hoặc phải,còn nếu khoảng
cách lớn hơn 15 cm thì robot sẽ quay đầu và đi thẳng theo hướng ngược so với lúc đầu

20

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT TRÁNH VẬT CẢN

3.1 Thiết kế robot tránh vật cản Arduino Robot:
Thiết kế robot tránh vật cản Arduino Robot được xử lý điều khiển chính trên vi điều
khiển Arduino. Gồm 14 chân I/O kỹ thuật số, chúng ta dùng 7 chân để sử dụng trong
dự án xe Robot Arduino này. Cảm biến siêu âm kết nối 4 chân: VCC, Echo, GND và
Trig. Trong đó VCC và GND kết nối lần lượt với +5V và GND của Arduino. Chân
Trig ( kích hoạt) kết nối với chân thứ 9 còn Echo kết nối với chân số 8 của Arduino
21


tương ứng. Để xoay cảm biến siêu âm chúng ta sử dụng một động cơ Servo kết nối vào
chân 11 của Arduino, các chân VCC và GND cũng lần lượt được nối vào chân +5V và
GND.
Động cơ bánh xe bên trái được nối vào 2 chân 3 và 6 của L298. Tương tự với động
cơ bên phải kết nối vào chân 11 và 14. Chân VCC1 của L298 là chân thứ 16, chân
VCC2 là chân thứ 8. VCC1 kết nối với +5V, chân VCC2 có nối ở bất kỳ giữa 4.7V và
36V. Với dự án robot tránh vật cản dùng Arduino này sẽ nối vào +5V.
3.2 Linh kiện thiết kế robot:
3.2.1 Phần cứng linh kiện cần có :
+Arduino Uno R3
+Cảm biến tìm dải siêu âm – HC – SR04
+ IC điều khiển động cơ – L298N
+Động cơ Servo (Tower Pro SG90 180 độ )
+ Động cơ giảm tốc x 2
+ Khung gầm robot
+ Nguồn cấp
+ Đầu nối pin

+ Giá đỡ pin
3.2.2 Chức năng
- Arduino Uno R3: là một bo mạch thế hệ thứ 3 (R3). Vi điều khiển ATmega328 8bit.
Có 32KB bộ nhớ Flash lưu trữ các lệnh lập trình. 2KB cho SRAM các biến khai báo
được lưu ở đây. 1KB cho EEPROM được xem là ổ cứng mini giúp lưu dữ liệu mà
khơng lo mất. Arduino Uno có 14 chân (6 chân hardware PWM) I / O kỹ thuật số.
Trong đó chúng ta sẽ sử dụng 7 chân trong đề tài.

- Cảm biến tìm dải siêu âm – HC – SR04: là một cảm biến đo khoảng cách bằng sóng
siêu âm. Là 1 module nhỏ có thể đo chính xác khoảng cách từ 2 đến 300cm.

22


- IC điều khiển động cơ – L298N:
+Module điều khiển motor L298N loại 1 có sẵn ốc gắn sử dụng IC điều khiển L298N

có thể điều khiển 2 động cơ một chiều hoặc 1 động cơ bước 4 pha.
+Module L298N loại 1:
+ Được thiết kế chắc chắn, có sẵn chỗ bắt ốc vào mơ hình
+ Có gắn tản nhiệt chống nóng cho IC, giúp IC có thể điều khiển với dòng đỉnh đạt
2A. IC L298N được gắn với các đi ốt trên board giúp bảo vệ vi xử lý chống lại các
dòng điện cảm ứng từ việc khởi động/ tắt động cơ.

23


Động cơ Servo (Tower Pro SG90 180 độ ):là động cơ servo đơn giản, thường dùng
trong thiết kế Robot. Có thể quay 90 độ ở mỗi hướng (tổng khoảng 180 độ).

Chương 4 Chế tạo và thử nghiệm
4.1 Chế tạo :
Bước 1: Các em hàn dây cho mơ tơ sau đó lắp ráp bộ khung xe lại, phần lắp ráp này
khá đơn giản.
Bước 2: Tiếp theo chúng em sẽ lắp động cơ servo lên khung xe. Em dùng bộ khung và
ốc dành cho servo để cố định lên khung robot Động cơ servo này có nhiệm vụ xoay
cảm biến siêu âm để giúp robot phát hiện vật cản ở các hướng.
+ Sau khi đã cố định Servo xong chúng em lắp khung đỡ cảm biến siêu âm
lên servo. Em dùng keo nến để dán phần khung đỡ cảm biến siêu âm này với servo.
24


Bước 3: Do phải đặt module L298N lên Broad Arduino nên chúng em sẽ bị thiếu chân
cắm vào Arduino. Vì vậy chúng em phải hàn thêm chân kết nối ở trên L298N
+ Trên module L298N đã có lỗ chờ sẵn nên tụi chỉ việc đặt jump vào và
dùng mỏ hàn lại.
Bước 4: Em dán Broad Arduno UNO R3 lên khung robot.
+ Sau đó đặt Module L298N lên trên.
Bước 5: Tiếp theo em nối dây động cơ vào cọc M2 và M4.
+ Sau đó em sẽ nối dây cho cảm biến siêu âm và Arduino
.
A1

+ Dây GND nối với GND, VCC nối với 5V, Trig nối với A0, Echo nối với

+ Và cuối cùng là nối dây cho Servo hoạt động.Em cắm dây của servo vào
chân Jump có ghi SER1. Trên mạch có ghi các kí hiệu (- + và S, S là dây tín hiệu của
servo), dây tín hiệu của servo thường có màu vàng cam.
Bước 6: Em hàn dây cho cơng tắc.
+ Sau đó đặt vào khe chờ sẵn trên khung.

Bước 7: Dán pin lên khung robot và tiến hành nối dây.Em dùng sẵn bộ khung 4 pin
tiểu 1.5V hoặc mua 2 pin cell 18650 để có thể sạc lại pin sau khi pin hết.
+ Tiếp theo em nối đầu dây âm của pin ( dây màu đen) vào chân GND trên
module L293. Đầu dây dương còn lại của pin nối vào một đầu dây của công tắc. Đầu
dây cịn lại của cơng tắc nối với chân M+ trên Module L298N
Bước 8: cái quét nối vào servo rồi nối vào arduino uno R3 vào nguồn 5V và chân số 3
output, còn đầu servo gắn với chổi quét

25