Đ ng c servoộ ơ
Biên dịch: Lâm Quỳnh Trang – Lê Trọng Hiền – Nguyễn Minh Trung – Đoàn Hiệp
Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh - Chương trình PFIEV
Đây là b n dịch có b sung từ tài liệu ả ổ The robot builder’s BONAZA : 99 Inexpensive robotics projects
c a ủGordon McComb
Tôi xin chân thành cám ơn các bạn tôi đã ng hộ và giúp đỡ rất nhiều trong quá trình biên dịch cũng nhưủ
ph biến trang web này đến mọi người. Trong tài liệu dịch có nhiều đi m sai sót do yêu cầu về thời gianổ ể
dịch, mong các bạn thông c m.ả
Gi i thi uớ ệ
Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơ
quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là động
cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được. Việc thiết lập một hệ thống điều
khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ
không 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 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.
Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiếu máy khác
nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi. Ứng
dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong
mô 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 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. Như vậy có nghĩa là ta không cần phải điều khiển robot bằng tín
hiệu vô tuyến bằng cách sử dụng một động cơ servo, trừ khi ta muốn thế. Ta có thể điều
khiển động cơ servo bằng máy tính, một bộ vi xử lý hay thậm chí một mạch điện tử đơn
giản dùng IC 555.
Trong chương này ta sẽ tìm hiểu động cơ servo R/C là gì, sử dụng chúng trong robot như
thế nào. Mặc dù còn có nhiều loại động cơ servo khác nhưng động cơ servo R/C được sử
dụng nhiều nhất. Để đơn giản ta gọi động cơ servo R/C là servo.
Ho t đ ng c a servoạ ộ ủ
1. Motor
Electronics Board
Positive Power Wire (Red)
Signal Wire (Yellow or White)
Negative or Ground Wire (Black)
Potentiometer
Output Shaft/Gear
Servo Attachment Horn/Wheel/Arm
Servo Case
Integrated Control Chip
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Hình 1: một động cơ servo R/C kích thước chu n đi n hình dùng trong mô hình máy bay vàẩ ể
xe đua. Ngoài ra còn có nhiều loại kích thước thông dụng khác.
Hình 2: Bên trong c a một động cơ servo R/C. Servo bao gồm một động cơ,ủ
một chuỗi các bánh răng gi m tốc, một mạch điều khi n và một vôn kếả ể
Động cơ và vôn kế nối với mạch điều khiển tạo thành mạch hồi tiếp vòng kín. Cả mạch
điều 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 động
cơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế. Vị trí của trục vôn kế cho biết vị trí trục ra
của 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 quay
liên tục như động cơ DC hay động cơ bước. Mặc dù ta có thể chỉnh động cơ servo R/C
quay liên tục (sẽ trình bày sau) nhưng công dụng chính của động cơ servo là đạt được góc
quay chính xác trong khoảng từ 90o – 180o. Việc điều khiển này có thể ứng dụng để lái
robot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng…
Servo và đi u bi n đ r ng xungề ế ộ ộ
Trục 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 thể
hơn, mạch điều khiển là đáp ứng của một tín hiệu số có các xung biến đổi từ 1 – 2 ms. Các
xung này được gởi đi 50 lần/giây. Chú ý rằng không phải số xung trong một giây điều
khiển servo mà là chiều dài của các xung. Servo đòi hỏi khoảng 30 – 60 xung/giây. Nếu số
này 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 kim
đồng hồ như Hình 3.)
Hình 3: Điều khi n vị trí c a trục ra c a động cơ bằng cách điều chế độ rộng xungể ủ ủ
Với độ dài xung xung 2 ms, servo quay theo chiều ngược lại. Kỹ thuật này còn được gọi là
tỉ lệ số - chuyển động của servo tỉ lệ với tín hiệu số điều khiển.