đồ án thiết kế chế tạo và điều khiển tay máy, chương 5 pps

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 26

5
ĐỘNG CƠ RC SERVO
5.1 GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ RC 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.

Hình 5.1 Động cơ RC Servo
GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 27

Động cơ RC Servo có moment xoắn cao so với kích thước của nó, có thể
cho vò trí góc chính xác bằng cách cung cấp xung theo phương thức điều biến độ
rộng xung (PWM); độ rộng của xung sẽ quyết đònh vò trí góc của trục động cơ.
5.2 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ RC SERVO
Động cơ RC Servo cực kỳ tiện dụng trong lónh vực Robotics. Sáu động cơ
RC Servo HS300 của hãng HITEC (hình 5.1) đã được chọn sử dụng trong đề tài
này. Động cơ này khá nhỏ với kích thước: 41 x 20 x 36,5mm, trọng lượng 47,1g
và các thông số kỹ thuật khác như sau:
- Moment xoắn 3 kg.cm.
- Điện áp sử dụng 4,8V ÷ 6V.
- Nhiệt độ vận hành -20 ÷ +60
o
C.
- Tốc độ quay tối đa 60
o
/0,19 giây.

- Dòng tiêu thụ 8mA ở trạng thái nghỉ, 150mA lúc làm
việc không tải.


Hình 5.2 Kích thước của động cơ RC Servo
Bên trong động cơ có tích hợp mạch điều khiển, bộ truyền bánh răng (hình
5.3) và một thiết bò hồi tiếp là một biến trở xoay được nối với trục ngoài của
động cơ (hình 5.4). Biến trở này có tác dụng theo dõi vò trí góc của trục động cơ
thông qua cường độ dòng đưa vào. Nếu trục động cơ đạt được vò trí góc yêu cầu
GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 28

thì động cơ sẽ được tắt, ngược lại thì động cơ sẽ quay đến khi nào đạt được vò trí
góc được quy đònh bởi độ rộng xung đưa vào.


Hình 5.3 Bộ truyền bánh răng
Trục động cơ chỉ có thể quay một góc giới hạn là 180
0
hoặc 210
0
(tùy thuộc
vào hãng sản xuất động cơ) là do có một chốt nhựa ở bên trong. Nếu muốn động
cơ RC Servo quay toàn vòng, ta phải cắt bỏ chốt này đi (hình 5.5).
Động cơ có 3 dây ra: 1 dây nguồn (đỏ), 1 dây mass (đen), 1 dây tín hiệu
điều khiển (màu vàng/trắng).


Hình 5.4 Cấu tạo bên trong của RC Servo

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 29


Hình 5.5 Chốt nhựa giới hạn trước và sau khi bò cắt
5.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ RC SERVO
Như đã nói ở trên vò trí góc của động cơ RC Servo điều khiển dựa trên
nguyên lý PWM. Để điều khiển động cơ RC Servo, ta sẽ cấp xung mỗi 20ms
một lần. Và độ rộng của xung cấp sẽ quyết đònh vò trí góc của trục động cơ.
Chẳng hạn với xung có độ rộng 1.5ms thì trục động cơ sẽ quay đến vò trí góc 90
0

(thường được gọi là Neutral), nếu độ rộng nhỏ hơn 1.5ms thì trục động cơ sẽ
quay gần về vò trí góc 0
0
và ngược lại nếu lơn hơn 1.5ms thì trục động cơ sẽ quay
gần đến vò trí góc 180
0
(hình 5.6).

Hình 5.6 Giản đồ xung kích RC Servo
Với nguyên tắc điều khiển như vậy thì ta có một phương án cấp xung cho
động cơ như sau: góc quay của một động cơ là 180
0
, để quay hết 180
0
đó, ta cần
cấp xung có độ rộng từ 1,25ms cho đến 1,75ms, tức là khoảng 500µs. Càng chia

nhỏ khoảng này thì vò trí góc của động cơ đạt được càng nhiều. Ví dụ: nếu ta có
thể cấp xung với độ rộng chia nhỏ khoảng 2µs thì trong khoảng 500µs ta thu
GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 30

được 255 vò trí góc của động cơ, điều này có nghóa là mỗi vò trí góc của động cơ
là 0,7
0
, còn nếu ta có thể cấp xung với độ rộng chia nhỏ khoảng 1µs thì trong
khoảng 500µs đó, ta có thể thu được 500 vò trí góc của động cơ, tức là mỗi vò trí
góc là 0,35
0
. Điều này có ý nghóa rất lớn đến độ chính xác khi điều khiển tay
máy. Trong luận văn này, độ chia đạt được đến 0,32
0
, tức 560 vò trí góc của động
cơ.
5.4 KẾT LUẬN
Chương này chúng ta đã nghiên cứu về động cơ RC Servo, chúng ta đã biết
được nguyên tắc xác đònh góc, cũng như các đặc tính về kỹ thuật khác của nó.
Tiếp theo chương sau chúng ta sẽ tiến hành nghiên cứu về vi xử lý họ AVR. Đây
là một họ vi xử lý khá mạnh, có thời gian đáp ứng rất cao rất thuận tiện cho việc
điều khiển động cơ.

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng