Linear actuator_ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ TRƯỢT TUYẾN TÍNH

1

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn trường Đại học Nha Trang và Khoa Cơ Khí đã tạo điều
kiện cho em học tập và nghiên cứu tốt trong suốt những năm học vừa qua. Nhờ vào chương
trình đào tạo này đã giúp cho em rất nhiều kinh nghiệm quý báu. Những kinh nghiệm đó sẽ
giúp em hoàn hơn trong công việc và môi trường làm việc sau này.
Em cũng xin cảm ơn quý thầy cô trong khoa đã tận tình giảng dạy và trang bị cho
em những kiến thức cần thiết. Chính những kiến thức này sẽ hỗ trợ em trong việc hoàn
thành khóa học 2014 – 2018 này.
Đồng thời nhà trường đã tạo cho em có cơ hội được học tập tại nơi mà em yêu thích,
cho em bước ra đời sống thực tế để áp dụng những kiến thức mà các thầy cô đã giảng dạy.
Qua công việc giảng dạy của cán bộ giáo viên em nhận ra nhiều điều mới mẻ và bổ ích, sẽ
giúp ích cho công việc sau này của bản thân em.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Thiên Chương và các
thầy cô trong khoa cơ khí đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình học tập tại trường. Đây
là báo cáo cuối cùng của em ở trường Đại học Nha Trang vì vậy nó sẽ phản ánh một phần
về kiến thức và năng lực học tập của em thời gian qua tại trường, em sẽ cố gắng hết sức
cho buổi bảo vệ Chuyên Đề.
Trong quá trình báo cáo chuyên đề tốt nghiệp sẽ không tránh những thiếu xót rất
mong nhận được sự thông cảm, chia sẻ của quý thầy cô để giúp em hoàn thành tốt lễ bảo
vệ chuyên đề tốt nghiệp!


2

MỤC LỤC
Trang bìa phụ................................................................................................................ I
Lời cảm ơn .................................................................................................................. 1
Mục lục ...................................................................................................................... 2
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ........................................................................ 4

Danh mục các bảng...................................................................................................... 5
Danh mục các hình ...................................................................................................... 4
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH TRƯỢT TUYẾN TÍNH .................... 7
1.1 Tổng quan về số cơ cấu trượt tuyến tính: ..................................................... 7
1.2 Cơ cấu truyền động cơ điện: ........................................................................ 8
1.3 Một số loại trượt tuyến tính khác và ưu nhươc điểm của chúng: ............... 9
1.4 Giới thiệu các kết quả nghiên cứu đã có trong nước: ................................ 11
1.5 Giới thiệu 1 số hãng chế tạo bộ trượt tuyến tính trên thế giới: ................. 15
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH TRƯỢT TUYẾN TÍNH1 ........ 19
2.1 Phương pháp nghiên cứu: ........................................................................... 19
2.1.1. Cơ cấu trượt sử dụng truyền động bằng vít me và dây đai: .............. 19
2.1.2. Động cơ bước nema 17: ....................................................................... 20
2.1.3. Động cơ servo: ..................................................................................... 21
2.1.4. Driver A4988: ...................................................................................... 22
2.1.5. Mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển
Ardunio NaNo và Ardunio Uno R3: ....................................................................... 23
2.1.6. Phần đệm grbl: .................................................................................... 26
2.1.7. Visual Studio 2010: .............................................................................. 28
2.2 Yêu cầu về mô hình: ................................................................................... 35
2.2.1 Yêu cầu phần cứng: .............................................................................. 35
2.2.2 Yêu cầu phần điện: ............................................................................... 35
2.2.3 Yêu cầu phần mềm và điều khiển: ....................................................... 36
2.3 phương án thiết kê: ...................................................................................... 36
2.4 Chế tạo phần cơ khí: ................................................................................... 38
2.4.1. Giới thiệu và lựa chọng vật liệu: ......................................................... 38
2.4.2. Chế tạo phần cơ khí: ........................................................................... 47
2.4.3 Chế tạo mạch điều khiển: ..................................................................... 55
2.4.4. Phần mềm điều khiển: ......................................................................... 59

3

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM ............................. 61
3.1 Kết quả nghiên cứu: ........................................................................................... 61
3.2 Thử nghiệm: ....................................................................................................... 62
3.3 Hiệu chỉnh bằng phần mềm: ............................................................................. 63
3.4. Thử nghiệm phần mềm khắc laser: .................................................................. 65
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .............................................................. 67
4.1 Kết quả đạt được: .............................................................................................. 67
4.2 Những vấn đề chưa đạt được: ........................................................................... 67
4.3 Đề xuất kiến nghị: .............................................................................................. 67
TÀI LIỆU KHAM KHẢO ....................................................................................... 68
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 69


4

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
CNC: Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều khiển bằng máy tính)
MS1, MS2, MS3: chân kết nối để set vi bước trên driver A4988
KB: Kilobyte
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Mô hình trượt tuyến tính công nghiệp............................................................ 7
Hình 1.2 Cấu tạo bên trong của một bộ trượt tuyến tính. ............................................. 8
Hình 1.3: Bộ trượt tuyến tính sử dụng động cơ có gắn encoder ................................... 9
Hình 1.4 Bộ trượt THK J1.......................................................................................... 12
Hình 1.5 Bộ trượt tuyến tính SK Robot....................................................................... 14
Hình 1.6 Bộ trượt tuyến tính KA Stage ....................................................................... 14
Hình 1.7 Sản phẩm bộ trượt tuyến tính của openbuil. ................................................ 15

Hình 1.8 Sản phẩm lắp gắp từ bộ trượt openbuil ....................................................... 16
Hình 1.9 Một số sản phẩm khác của Openbuil .......................................................... .17
Hình 1.10 Bộ trượt tuyến tính SKF CASM-32 ........................................................... 17
Hình 2.1: Cơ cấu dây đai bánh răng ......................................................................... 20
Hình 2.2 Cơ cấu truyền động vít me .......................................................................... 20
Hình 2.3 Động cơ nema 17 ....................................................................................... 21
Hình 2.4: cấu tạo động cở servo ............................................................................... 22
Hình 2.5: Driver A4988 ............................................................................................ 23
Hình 2.12: Ardunio nano .......................................................................................... 25
Hình 2.6 Sơ đồ đấu chân Ardunio R3 ........................................................................ 26
Hình 2.7 Hình đấu dây của Ardunio .......................................................................... 26
Hình 2.8 Giao diện visual studio ............................................................................... 30
Hình 2.9 Tạo project mới. ......................................................................................... 31
Hình 2.10 Vị trí mà bảng danh sách các bài tập được tạo sẽ hiện ra......................... 32
Hình 2.12 Tạo thuộc tính cho nút Connect ................................................................ 33
Hình 2.13 Tạo Phím Jog ........................................................................................... 35
Hình 2.14 Mô hình trượt tuyến tính dùng dây đai...................................................... 37
Hình 2.15 Mô hình trượt tuyến tính sử dụng vít me. .................................................. 38
Hình 2.16 Mạch mach3 ............................................................................................. 40
Hình 2.17 Nhôm định hình 2060 ............................................................................... 42
Hình 2.18: Thanh trượt tuyến tính ............................................................................. 42
Hình 2.19: Bạc đạn trượt LM8UU ............................................................................ 43


5

Hình 2.20: Vít me đai ốc phi 8 dài 400mm ................................................................ 43
Hình 2.21: Khớp nối mềm 5 x 8mm ........................................................................... 44
Hình 2.22 KFL08 ...................................................................................................... 44
Hình 2.23: Mica tấm ................................................................................................. 46

Hình 2.24 Thông số bu lông thường .......................................................................... 46
Hình 2.25 Thông số bu lông lục giác......................................................................... 47
Hình 2.26 Quạt làm mát ............................................................................................ 47
Hình 2.27 Công thức tính điện trở ............................................................................ 48
Hình 2.28 Các loại tụ dùng trong mạch điện ............................................................. 49
Hình 2.29: Công tắc hành trình ................................................................................ 50
Hình 2.23: Cầu chì 1Ampe ........................................................................................ 51
Hình 2.30 Sơ đồ nguyên lý mạch laser ...................................................................... 56
Hình 2.31 Bản vẽ layout mô tả sắp xếp linh kiện và đi dây ........................................ 57
Hình 2.32 Mạch điều khiển ....................................................................................... 58
Hình 2.33 Sơ đồ đấu nối phần điện ........................................................................... 58
Hình 2.34: Giao diện phần mềm ............................................................................... 59
Hình 3.1: Mô hình hoàn thiện ................................................................................... 61
Hình 3.2 Chọn khoảng dịch chuyển 1mm .................................................................. 62
Hình 3.3 Chọn khoảng dịch chuyển 5mm .................................................................. 63
Hình 3.4 Hiệu chỉnh xung ......................................................................................... 63
Hình 3.5 Về home ..................................................................................................... 64
Hình 3.6 Máy khắc laser ........................................................................................... 65
Hình 3.7 Kết nối với máy tính .................................................................................... 65
Hình 3.8 Chọn file gia công ....................................................................................... 65
Hình 3.9 Bấm nút bắt đầu .......................................................................................... 66
Hình 3.10 Một số sản phẩm từ phần mềm khắc laser ................................................. 66
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Ưu nhược điểm của các loại trượt tuyến tính ............................................... 9
Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật của bộ trượt TCL J1 ....................................................... 12
Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật của bộ trượt tuyến tính THK .......................................... 13
Bảng 1.4 Thông số bộ trượt KA Stage ....................................................................... 15
Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật CASM-32 ...................................................................... .19
Bảng 2.1 Cách set vi bước cho driver A4988 ............................................................ 24
Bảng 2.2: Thông số Ardunio nano ............................................................................ 23

6

MỞ ĐẦU
Ngày nay CNC đã ứng dụng vô cùng rộng rãi trên toàn thế giới, ở rất nhiều lĩnh
vực đều ứng dụng công nghệ CNC vào công việc của họ. Nó đã góp phần to lớn vào xây
dựng bộ mặt của xã hội hiện đại và đẹp đẽ như hiện tại.
Nhưng để tạo ra được những cổ máy CNC chính xác, có sức mạnh vượt trội và dễ
dàng lắp ráp và chế tạo hàng loại phải nhắc đến một bộ phận quan trọng của nó. Đó là bộ
phận truyền động tuyến tính được ứng dụng ở tất cả các trục XYZ của máy CNC, tên
tiếng Anh gọi là Linear Actuator.
Lý do chọn đề tài:
➢ Với nhu cầu phát triển các máy công cụ chính xác và hoàn thiện được sản phẩm
đầu ra như hiện nay, thì các máy tự động hóa như CNC, In 3D, Laser hay
Plasma… rất cần các cơ cấu trượt chính xác.
➢ Đồng thời bộ trượt tuyến tính có thể kết hợp, lắp ghép dễ dàng với nhau để tạo ra
các máy công cụ này một cách dễ dàng và thuận tiện. Vì vậy em đã nghiên cứu và
cho ra mô hình sản phẩm trượt tuyến tính với các tính năng như giá rẻ, lắp ráp dễ
dàng, có độ bền cao và quan trọng là có khả năng kết hợp các bộ trượt để tạo ra các
máy công cụ.
Mục tiêu nghiên cứu:
➢ Thiết kế, chế tạo mô hình bộ trượt tuyến tính.
Đối tượng nghiên cứu:
➢ Mô hình bộ trượt tuyến tính
Những kết quả nghiên cứu về bộ trượt tuyến tính đã có ở trong và ngoài nước.
Sản phẩm được bán sẵn trong nước.

Phạm vi nghiên cứu:
➢

➢
➢
➢

Cơ cấu truyền động dùng trong bộ trượt tuyến tính.
Động cơ nema 17.
Phần đệm GRBL.
Ngôn ngữ C# để tạo giao diện trên phần mềm Visual Studio V10.


7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH TRƯỢT TUYẾN TÍNH
Mô hình trượt tuyến tính là một thiết bị truyền động mà tạo ra chuyển động theo một
đường thẳng, ngược lại với chuyển động xoay tròn của một động cơ điện thông thường. Cơ
cấu chấp hành theo chuyển động thẳng được sử dụng trong các máy công cụ và máy móc
công nghiệp, trong các thiết bị ngoại vi của máy tính như ổ đĩa và máy in, trong van và bộ
giảm chấn, trong đó yêu cầu phải chuyển động thẳng. Xi lanh thủy lực hoặc khí nén vốn
tạo ra chuyển động thẳng. Nhiều cơ cấu khác cũng được sử dụng để tạo ra chuyển động
thẳng từ động cơ quay.

Hình 1.1 Mô hình trượt tuyến tính công nghiệp.
1.1 Tổng quan về số cơ cấu trượt tuyến tính:
Các cơ cấu truyền động cơ khí chuyển động thẳng thông thường hoạt động bằng
cách chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng. Việc chuyển đổi này thường
được thực hiện thông qua một vài loại cơ cấu đơn giản:
➢ Trục vít: tất cả các cơ cấu chấp hành vít me, kích vít, vít me bi và trục vít con lăn đều
hoạt động trên nguyên tắc máy cơ đơn giản được gọi là trục vít. Bằng cách xoay ốc
➢

➢

vít của thiết bị truyền động này, trục vít sẽ di chuyển theo một đường thẳng.
Bánh xe và trục: các cơ cấu chấp hành Palăng, tời, thanh răng và bánh răng, truyền
động bằng xích, xích đứng và dây cua-roa đứng hoạt động dựa trên nguyên lý của
bánh xe và trục. Một bánh xe quay làm cáp, thanh răng, xích chuyển động theo, tạo
ra chuyển động thẳng.
Cam: các cơ cấu chấp hành Cam hoạt động dựa trên nguyên tắc tương tự như cái
nêm, nhưng hỗ trợ cho hành trình tương đối bị hạn chế. Khi một cam hình giống
bánh xe quay, hình dạng khác thường của nó dùng để sinh ra lực đỡ tại đáy của


8

trục.

Hình 1.2 Cấu tạo bên trong của một bộ trượt tuyến tính.
1.2 Cơ cấu truyền động cơ điện:
Các thiết bị truyền động cơ khí thường chuyển đổi chuyển động quay của một núm
hoặc tay cầm điều khiển thành chuyển động thẳng thông qua ốc vít và/hoặc bánh răng mà
núm hoặc tay cầm.
Một họ thiết bị truyền động khác được dựa trên các trục phân đoạn (segmented
spindle). Chuyển động quay của cần tay cầm (handle) kích được chuyển đổi cơ khí thành
chuyển động thẳng của đầu kích.
Các thiết bị truyền động cơ khí cũng thường được sử dụng trong lĩnh vực laser và
quang học để thao tác trong các vị trí cần chuyển động thẳng, chuyển động quay, dụng cụ
giữ gương, máy đo góc và các dụng cụ định vị khác. Để định vị trí chính xác và có thể lặp
lại, các đánh dấu chỉ số có thể được sử dụng trên các nút điều khiển. Một số thiết bị truyền
động bao gồm một bộ mã hóa (encoder) và thiết bị đọc vị trí kỹ thuật số. Điều này tương
tự như các nút bấm điều chỉnh được sử dụng trên thước đo micromet ngoại trừ mục đích

của chúng là điều chỉnh vị trí chứ không phải đo vị trí.
Các thiết bị truyền động cơ-điện cũng giống như các thiết bị truyền động cơ khí
ngoại trừ các núm hoặc cần điều khiển được thay thế bằng động cơ điện. Chuyển động quay
của động cơ được chuyển thành chuyển động thẳng. Có rất nhiều thiết kế của thiết bị truyền


9

động thẳng hiện đại và mỗi công ty sản xuất chúng có xu hướng có một phương pháp độc
quyền.

Hình 1.3: Bộ trượt tuyến tính sử dụng động cơ có gắn encoder
1.3 Một số loại trượt tuyến tính khác và ưu nhươc điểm của chúng:
Loại thiết bị truyền
động

Cơ khí

Ưu điểm
Giá rẻ. Có thể lặp lại được.
Không yêu cầu phải cung cấp
năng lượng. Khép kín. hành vi
mở rộng hoặc co lại đồng nhất

Nhược điểm

Chỉ hoạt động bằng tay.
Không có chế độ tự động.

với nhau.

Cơ-điện

Giá rẻ. Có thể lặp lại được.
Hoạt động có thể được tự động
hóa. Khép kín. hành vi mở rộng Nhiều bộ phận chuyển động
hoặc co lại đồng nhất với nhau.
Động cơ DC hoặc động cơ
bước. Có thể phản hồi vị trí tốt.

nghiêng bị bào mòn.


10

Thiết kế đơn giản. Cần ít bộ
phận chuyển động nhất. Có thể
Động cơ tuyến tính

đạt tốc độ cao. Khép kín. Hành
vi mở rộng hoặc co lại đồng

Lực từ thấp tới trung bình.

nhất.
Hành trình ngắn trừ khi

Piezoelectric (áp
điện)

Có thể dịch chuyển động rất

khuếch đại bằng cơ khí. Yêu
cầu điện áp cao, thường là

nhỏ ở tốc độ cao. Tiêu thụ hầu
như bất cứ nguồn năng lượng

24V hoặc lớn hơn. Đắt tiền,
và mong manh. Chỉ tốt khi

nào.

nén, không tốt khi kéo.
Thường được dùng cho các
bộ Phun Nhiên liệu
Có thể bị rò rỉ. Yêu cầu phản
hồi vị trí để lặp lại. Yêu cầu
có bơm thủy lực ở bên ngoài.
Một số thiết kế chỉ khi nén.

Thủy lực

Có thể tạo ra lực rất lớn.

Khí nén

Điều khiển vị trí chính xác
Mạnh mẽ, trọng lượng nhẹ, đơn
ngoại trừ tại các điểm dừng

giản, nhanh chóng.
hoàn toàn

Động cơ Wax (sáp
ong)

Hoạt động trơn tru.

Trục phân đoạn

Rất nhỏ gọn. Phạm vi của các
chuyển động lớn hơn chiều dài
của thiết bị truyền động.

Cuộn dây dịch
chuyển

Lực, vị trí và tốc độ có thể điều
khiển và lặp lại. Khả năng đạt
được tốc độ cao và vị trí chính
xác. Có thể chuyển động thẳng,
quay, và hành động
thẳng+quay.

Không đáng tin cậy như các
phương pháp khác.
Vừa chuyển động thẳng vừa
chuyển động quay.

Yêu cầu thông tin phản hồi vị

trí để có thể lặp lại.


11

Tạo ra lực lớn và có thể điều
MICA (moving iron

khiển được. Lực càng hớn và

controllable actuator)
- cơ cấu chấp hành di

tổn thất càng ít so với cuộn dây Hành trình bị giới hạn vài
dịch chuyển. Tổn thất dễ bị tiêu mm, ít tuyến tính hơn cuộn

chuyển sắt có thể điều tán. Driver (trình điều khiển)
khiển được
điện tử dễ dàng cho thiết kế và

dây dịch chuyển

cài đặt.
Bảng 1.1: Ưu nhược điểm của các loại trượt tuyến tính
1.4 Giới thiệu các kết quả nghiên cứu đã có trong nước:
Ở Việt Nam hiện nhu cầu về bộ trượt tuyến tính có nhu cầu rất cao, nó là một phần
quan trọng trong cơ cấu của những loại máy chính xác như: CNC, In 3D, Laser, Plasma,
Fiber…
Nhưng hầu như chưa có công ty nào của Việt Nam sản xuất bộ trượt tuyến tính
chuyên nghiệp phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu, cũng như công nghiệp chế tạo máy.

Bên cạnh đó thì trong nước đã có nhiều công ty gia công các phụ kiện hoặc mua bán các
thiết bị dùng để chế tạo bộ trượt như: Thanh trượt tuyến tính, động cơ Servo, động cơ
bước, vít me, chống tâm, bánh răng, dây đai…
Một số bộ trượt tuyến tính chuyên nghiệp có mặt ở Việt Nam điều là hàng từ các
bãi công nghiệp được nhập về từ phế thải nước ngoài, đã qua sử dụng và giảm đáng kể
chất lượng của nó.
➢ Một số bộ trượt tuyến tính đã bán ở Việt Nam:
Bộ trượt THK:
THK là một công ty sản xuất
linh kiện chính xác lâu đời, đến
từ Nhật Bản.

Hình 1.4 Bộ trượt THK J1


12

Thông số kỹ thuật của bộ trượt tuyến tính THK:
Loại thiết bị

TLC J1

Công suất định mức động cơ [W]

50

Bi vít me [mm]

6

Tốc độ định mức ×1 [mm/s]
Công suất tối
đa ×2 [kg]

Tốc độ tăng tốc Gắn ngang 0.3G
và giảm tốc
Gắn dọc 0.3G

300
10
5

Lực đẩy ×3 [N]

134

Lực đẩy tối đa ×4 [N]

293

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật của bộ trượt TCL J1
Bộ trượt tuyến tính Hiwin:

Hình 1.5 Bộ trượt tuyến tính SK Robot


13

Thông số kỹ thuật SK Robot:
Loạt

SK Robot

Đường kính ngoài

60 mm

Ballscrew chì chiều rộng

5 mm

Độ chính xác cao cấp

Độ chính xác

Thứ tự đặc biệt của Ballscrew

Loại bình thường

Chiều dài đường ray

150 mm

Thứ tự đặc biệt đường sắt

Loại bình thường

Loại khối

Bình thường

Số khối

1

Chặn thứ tự đặc biệt

Loại bình thường

Động cơ adapter mặt bích

Động cơ nhà ở F0

Loại bìa

Che

Limit Switch

Chỉ chuyển đổi đường sắt

Động cơ

Cung cấp với động cơ

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật của bộ trượt tuyến tính THK


14

Bộ trượt tuyến tính KA Stage Type:

Hình 1.6 Bộ trượt tuyến tính KA Stage

Tên sản phẩm

KA Stage Type

Đường kính ngoài

90 mm

Loại ổ

Ballscrew

Chì

5 mm

Lớp chính xác

Độ chính xác

Thứ tự đặc biệt của Ballscrew

Loại bình thường

Stroke hiệu quả

50 mm

Loại thanh trượt

Tiêu chuẩn

Đơn đặt hàng đặc biệt trượt

Loại bình thường

Động cơ Loại Mặt Bích

Thẳng thắn

Thứ tự đặc biệt mặt bích

Loại bình thường


15

Loại bìa

không có bìa

Nút Giới hạn

Omron SX671

Động cơ

DC Servo
Bảng 1.4 Thông số bộ trượt KA Stage

1.5 Giới thiệu 1 số hãng chế tạo bộ trượt tuyến tính trên thế giới:
Cộng đồng OpenBuil:
OpenBuilds được thành lập vào năm 2013 bởi nhà khai thác tự tin Mark Carew. Mục
tiêu của ông là tạo ra một nơi mà các nhà sản xuất và nhà thiết kế cơ khí có thể cộng tác và
chia sẻ ý tưởng trong môi trường tự do và cởi mở.
Cộng đồng OpenBuilds là nơi dành cho mọi người thuộc mọi cấp độ kỹ năng để chia
sẻ ý tưởng và giúp nhau tìm ra giải pháp. Là một nhà xây dựng avid, Mark đã trải nghiệm
trước sự thất vọng của việc cố gắng tìm kiếm các bộ phận từ các nhà cung cấp khác nhau
sẽ phù hợp với nhau. Đôi khi, phần anh cần không tồn tại. Anh biết rằng phải có một cách
tốt hơn, vì vậy Mark bắt đầu thiết kế và thử nghiệm phần cứng có thể hoạt động trong bất
kỳ cấu hình có thể tưởng tượng nào. Do đó, hệ thống xây dựng mô-đun OpenBuilds đã ra
đời.
Với V-Slot và sau đó là đường ray tuyến tính C-Beam làm nền tảng khung, một bộ
phận tương thích hoàn chỉnh được phát triển để mọi nhà sản xuất trên toàn thế giới có thể
dễ dàng tìm thấy những gì họ cần. about-us-mark-clr.png Chúng tôi tin rằng nguồn mở cho
phép mọi người đóng góp và cải thiện mọi thứ.
OpenBuilds cam kết chia sẻ thiết kế của họ với cộng đồng cho chính xác mục đích
này. OpenBuilds có gần 40 thành viên trong nhóm và một kênh ý tưởng để châm ngòi cho
sự sáng tạo của bạn trong nhiều năm tới. Hệ thống OpenBuilds, cùng với cộng đồng trực
tuyến OpenBuilds, có thể giúp bất cứ ai “Giấc mơ nó! Xây dựng nó! Chia sẻ nó!"

Hình 1.7 Sản phẩm bộ trượt tuyến
tính của openbuil.


16

Bộ trượt tuyến tính bị truyền động dây đai:
Kiểm tra định vị: di chuyển về phía trước và quay lại năm điểm thiết lập, lặp lại 6
lần
Trình điều khiển động cơ được đặt thành 8X microstepping, khoảng 1.25A hiện tại
các bước / mm được đặt thành 199,1.
Thông số kỹ thuật:
➢ Thay đổi áp lực trong không khí xi lanh cho đến khi thiết bị truyền động không còn có
thể di chuyển một khoảng cách thiết lập
➢ Tốc độ được đặt thành 2000mm / phút
➢ Tăng tốc được đặt thành 50 mm / s ^ 2
➢ Kết quả: Các quầy hàng động cơ khoảng 26lb (115N)
➢ Kiểm tra tốc độ: tăng tốc độ và tăng tốc và kiểm tra chuyển động đủ dài để cho phép
thiết bị truyền động đạt được khoảng cách tốc độ tối đa được thử nghiệm là 250mm
➢ Tăng tốc được đặt thành 200 mm / s ^ 2
➢ Thử nghiệm được thực hiện không tải
➢ Tốc độ tối đa: 8000mm / phút, vượt ra ngoài quầy hàng động cơ này

Hình 1.8 Sản phẩm lắp gắp từ bộ trượt openbuil


17

Hình 1.9 Một số sản phẩm khác của Openbuil.
➢ Các bộ trượt hầu như sử dụng động cơ Nema 17 và Nema 23.
➢ Kích thước và hành trình được nới dài tùy ý.
➢ Dễ dàng tháo lắp.
➢ Tốc độ tùy vào bước của Vít me, vít me được dùng là phi 8.
Bộ trượt tuyến tính SKF CASM-32:

Hình 1.10 Bộ trượt tuyến tính SKF CASM-32


18

SKF CASM là một nhà sản xuất bộ trượt tuyến tính làm bằng vật liệu cao cấp được
thiết kế để chịu được ngay cả những điều kiện khắc nghiệt nhất.
SKF CASM 32 là bộ trượt tuyến tính có sẵn với các vít bi, có kích thước khác
nhau và độ dài hành trình phù hợp với một loạt các ứng dụng. Cùng với một động cơ,
CASM trở thành một thiết bị cơ điện.
Một tính năng của CASM là hệ thống niêm phong của nó bao gồm các con dấu
cung cấp bảo vệ IP54S, và một bộ lọc thiêu kết bù đắp cho sự khác biệt áp lực.
SKF cung cấp các tùy chọn đính kèm đa dạng và một số bộ điều hợp động cơ (trục
hoặc song song) để kết nối động cơ bạn chọn. Lợi thế như vậy làm giảm chi phí thiết kế
và lập trình.
Tính năng và công dụng:
• Dễ dàng tích hợp và lắp ráp nhanh
• Hệ thống mô-đun đa lựa chọn
• Hiệu quả năng lượng cao
• Độ chính xác cao nhất và độ lặp lại
• Kích thước nhỏ gọn
• Bộ điều khiển chuyển động tích hợp
• Lập trình với trợ lý lái xe
• Giao diện PLC
• Phanh tích hợp
• Bôi trơn cho cuộc sống
• Bộ mã hóa tích hợp
• Vít bóng chất lượng cao
Thông số kỹ thuật:
Thuộc tính

Giá trị

Tăng tốc tối đa

6m / s²

Tốc độ tối đa

150 mm / giây

Độ dài nét tối đa

300mm

Loại truyền động

Vít Me
Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật CASM-32.


19

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH TRƯỢT TUYẾN TÍNH
2.1 Phương pháp nghiên cứu:
❖ Từ những cơ sở lý thuyết và thực tiễn đã tìm hiểu đề tài sẽ được thực hiện với
các bước cụ thể sau:
➢ Thực nghiệm, kết hợp với nghiên cứu tài liệu.
➢ và tham khảo các hệ thống trượt tuyến tính đã được áp dụng trong thực tế.
➢ Thiết kế mô hình bộ trượt tuyến tính.

➢ Chế tạo cơ khí và mạch điều khiển.
➢ Từ những lý thuyết của ngôn nhữ C, C# viết chương trình điều khiển hệ thống.
➢ Lắp ráp, thử nghiệm và phân tích kết quả.
❖ Từ những cơ sở trên đề tài được kết cấu từ 4 chương chính:
➢ Chương 1: Tổng quan về bộ trượt tuyến tính
Giới thiệu các kết quả nghiên cứu đã có trong nước
Giới thiệu các sản phẩm trên thế giới.
Tổng quan về bộ trượt tuyến tính, các thành phần liên quan đến hệ thống và phân
loại các loại cơ cấu trượt tuyến tính.
➢ Chương 2: Phương pháp và nội dung nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu.
Yêu cầu về hệ thống.
Phương án thiết kế.
Chế tạo.
➢ Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thử nghiệm
➢ Chương 4: Kết luận và đề xuất.
2.1.1. Cơ cấu trượt sử dụng truyền động bằng vít me và dây đai:
Tính xung cấp cho động cơ bước:
Số bước/mm lý thuyết đối với truyền động đai răng:
➢ Số bước/mm lý thuyết: (360/A*B)/(C*D)

Hình 2.1: Cơ cấu dây đai bánh răng


20

Số bước/mm lý thuyết đối với truyền động vít me, trục ren:
➢ Số bước/mm lý thuyết: (360/A*B)/F

Hình 2.2 Cơ cấu truyền động vít me

➢ A Góc quay mỗi bước của động cơ (thường là 1.8 hoặc 0.9 độ)
➢ B (thường B = 1/16 với A4988 hoặc 1/32 với DRV8825)
Tỉ số truyền của hệ truyền động tính từ trục của động cơ bước tới cơ cấu di
chuyển (đơn vị tính độ/mm), bao gồm:
➢ C Khoảng cách đỉnh răng của đai răng
➢
➢
➢
➢
➢
➢
➢

D Số răng của puli dẫn động
E Tí số truyền cặp bánh răng dẫn động
F Bước ren của vít me/trục ren
G Đường kính puli/bulông tời nhựa
F là bước ren của vít me hoặc trục ren.
F được ghi cụ thể trong phần thông số kỹ thuật của sản phẩm.
Nếu sử dụng trục ren, có thể tra bảng bước ren của trục ren hệ mét tương ứng trên
Google hoặc dùng thước kẹp để đo trực tiếp.

2.1.2. Động cơ bước nema 17:
Các thành phần của động cơ gồm có:
Nam châm vĩnh cửu có một cặp cực Bắc-Nam (N-S).
Stator 200 răng (độ phân giải của động cơ là 1.8o), được lái bởi các cặp cuộn dây A1A2 và B1-B2.


21

Hai cực được đặt lệch nhau 1 răng. Khi cực A-A1 có được cấp điện sao cho cực A
là cực Bắc và cực A1 là cực Nam, khi đi cực A sẽ hút cực Nam trên rô-to về gần nhất,
đồng thời cực Bắc trên rô-to sẽ xa cực A nhất vì có sự bố trí lệch 1 răng trên rô-to.
Các răng trên A và A1 cũng không được bố trí đối xứng mà chúng lệch nhau 1 răng,
vậy nên khi cực Bắc của rô-to xa A nhất thì nó lại gần A1 nhất, còn cực Nam của rôto gần A nhất thì nó lại xa A1 nhất. Như vậy lực hút giữa rô-to và Stator là lớn nhất.
rô-to luôn được giữ ở vị trí cố định trong từ trường của Stator tạo ra sao cho tại cùng
một bản cực trên Stator thì một cực của rô-to gần nó nhất còn cực còn lại thì xa nhất.
Khi cuộn A-A1 bị ngắt điện đồng thời cuộn B-B1 được cấp điện, khi đó từ trường của
Stator bị lệch đi 3 răng bằng với khoảng chênh lệch giữa cặp AA1 và B-B1, từ trường
này sẽ kéo rô-to quay lệch đi 1 răng. Cứ tuần tự cấp điện như vậy, ta sẽ tạo ra từ
trường quay quanh trục của Rotor và kéo rô-to quay hết vòng.

Hình 2.15: cấu tạo motor
Hình 2.3 Động cơ nema 17
2.1.3. Động cơ servo:
Được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được
nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về
mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ,
cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển
tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. Các động cơ servo điều
khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo RC (radio-controlled). Trong thực
tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy
thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi. Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này.


22

Cấu trúc động cơ servo
Trong công nghiệp, hầu hết các dạng
động cơ servo sử dụng động cơ một chiều

không chổi than.
Rotor của động cơ là một nam châm
vĩnh cửu có từ trường mạnh. Stator của động
cơ được cuốn các cuộn dây riêng biệt, được
cấp nguồn theo một trình tự thích hợp để quay
rotor.

Hình 2.4: cấu tạo động cở servo
Nếu thời điểm và dòng điện cấp tới các cuộn dây là chuẩn xác, chuyển động quay
của rotor phụ thuộc vào tần số, pha, phân cực và dòng điện chạy trong cuộn dây stator.
Hãy kích chuột vào từng phần của động cơ servo để xem các thành phần bên trong của động
cơ.
Ta có thể thấy:
➢ Đĩa bộ mã hóa xung vòng quay
➢ Nam châm vĩnh cửu
➢ Cuộn dây stator
Chức năng của bộ điều khiển động cơ servo
Cần có nguồn điện cấp tương thích với thiết kế của động cơ servo. Bộ điều khiển động cơ
servo thực hiện chức năng này.
Bộ điều khiển cung cấp nguồn cho động cơ servo đúng lượng, đúng thời điểm để điều
khiển vị trí, tốc độ và mô men tương ứng với các đầu vào từ bộ điều khiển chuyển động,
phản hồi từ bộ mã hóa xung vòng quay và từ bản thân động cơ servo.
Các chức năng khác của bộ điều khiển bao gồm:
➢ Truyền thông với bộ điều khiển chuyển động
➢ Đọc phản hồi từ bộ mã hóa xung vòng quay và điều chỉnh thời gian thực cho mạch
vòng điều khiển kín.
➢ Xử lý các tín hiệu vào/ra ví dụ như các thiết bị an toàn, chế độ đầu vào và các tín hiệu
đầu ra về trạng thái hoạt động.

23

2.1.4. Driver A4988:

Hình 2.5: Driver A4988
Thông số kỹ thuật: Mạch điều động cơ mô tơ bước A4988 là 1 mạch vi bước lưỡng cực
điểu khiển động cơ bước. Driver cho phép điểu chỉnh cường độ dòng điện bằng biến để
bảo vệ quá tải dòng điện và nhiệt độ.
A4988 có5chế độ điều khiển:
• Chế độ full bước (fullstep): mỗi tín hiệu điều khiển, động cơ bước quay 1.8 (hoặc 0.9)
độ ứng với động cơ 1.8 (hoặc 0.9) độ
• Chế độ ½ bước : mỗi tín hiệu điều khiển, động cơ quay một góc bằng ½ so với chế độ
full bước.
• Chế độ ¼ bước : mỗi tín hiệu điều khiển, động cơ quay một góc bằng ¼ so với chế độ
full bước.
• Chế độ 1/8 bước : mỗi tín hiệu điều khiển, động cơ quay một góc bằng 1/8 so với chế độ
full bước.
• Chế độ 1/16 bước : mỗi tín hiệu điều khiển, động cơ quay một góc bằng 1/16 so với chế
độ full bước.
MS1

MS2

MS3

Chế độ điều khiê

Không

Không

Không

Full bước

Cắm

Không

Không

½ bước

Không

Cắm

Không

¼ bước

Cắm

Cắm

Không

1/8 bước

Cắm

Cắm

Cắm

1/16 bước

Bảng 2.1 Cách set vi bước cho driver A4988


24

2.1.5. Mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển Ardunio NaNo và Ardunio Uno R3:
✓ Thông số kỹ thuật của mạch Ardunio Nano:
Vi điều khiển

ATmega328 (họ 8bit)

Điện áp hoạt động

5V – DC

Tần số hoạt động

16 MHz

Dòng tiêu thụ

30mA

Điện áp vào khuyên dùng

7-12V – DC

Điện áp vào giới hạn

6-20V – DC

Số chân Digital I/O

14 (6 chân PWM)

Số chân Analog

8 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O

40 mA

Dòng ra tối đa (5V)

500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V)

50 mA

Bộ nhớ flash

32 KB (ATmega328) với 2KB dùng bởi
bootloader

SRAM

2 KB (ATmega328)

EEPROM

1 KB (ATmega328)

Kích thước

1.85cm x 4.3cm
Bảng 2.2: Thông số Ardunio nano


25

Hình 2.12: Ardunio nano
✓ Thông số kỹ thuật của mạch Ardunio Uno:
Vi điều khiển

ATmega328 họ 8bit

Điện áp hoạt động

5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động

16 MHz

Dòng tiêu thụ

khoảng 30mA

Điện áp vào khuyên dùng

7-12V DC

Điện áp vào giới hạn

6-20V DC

Số chân Digital I/O

14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog

6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O

30 mA

Dòng ra tối đa (5V)

500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V)

50 mA

Bộ nhớ flash

32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader

SRAM

2 KB (ATmega328)

EEPROM

1 KB (ATmega328)

Kích thước

6.86cm x 5.34cm
Bảng 2.3: Thông số Ardunio Uno