Một số động cơ được dùng trong Robot

1.2.Kinh nghiệm chọn động cơ

Việc lựa chọn động cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng động cơ được chọn trong

cuộc thi robot thường có yêu cầu chung sau:



- Tốc độ lớn

- Khả năng chịu tải cao

- Khả năng hãm tốt, thường sử dụng loại động cơ có hộp giảm tốc

- Dòng ,áp thích hợp áp yêu càu <=9V chọn động cơ thích hợp để đạt hiệu suất cao,

tối ưu để có thể đạt tốc độ cao nhất



- Đối với động cơ dùng cho cơ cấu chuyển động (phần đế của robot) yêu cầu

đặt ra là phải có tốc độ nhanh ,và có độ hãm tốt .



2. Điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều.

Có rất nhiều phương pháp thay đổi tốc độ động cơ điện 1 chiều như: thay đổi điện

trở phần ứng, thay đổi từ thông, thay đổi điện áp phần ứng…Nhưng phương pháp hay

được dùng nhiều nhất trong robot đó là thay đổi điện áp phần ứng sử dụng PWM. Phương

pháp PWM_điều chế độ rộng xung là phương pháp hay được sử dụng nhất đặc biệt là

trong tự động hóa, robot... bởi nó đơn giản, dễ thực hiện và đảm bảo thay đổi trơn tốc độ

động cơ. Chúng ta sẽ chỉ đi nghiên cứu phương pháp này:

Điều khiển độ rộng của xung được làm bằng

cách tắt bật nhanh nguồn điện đặt lên động cơ.

Nguồn áp 1 chiều DC sẽ chuyển thành tín hiệu

xung vuông, thay đổi từ 12V(24V) xuống 0V,

bản chất của phương pháp này là thay đổi điện áp

trung bình đặt vào động cơ.

Bằng cách thay đổi khoản thời gian cấp

nguồn cho động cơ (thay đổi độ rộng xung – PWM), tức là khoảng thời gian “Bật” t on,

điện áp trung bình đặt lên động cơ sẽ thay đổi và dẫn đến thay đổi tốc độ.



Với phương pháp này chúng ta có thể có hai cách để thực hiện đó là dùng “phần

cứng” hoặc “phần mềm” để tiến hành điều chế xung.

2.1. Sử dụng vi điều khiển.

Với phương pháp này ta sử dụng các chíp vi sử lý có tích hợp sẵn tính năng PWM,

hoặc nếu chíp không tích hợp sẵn ta có thể viết chương trình tạo ra các xung PWM. Cách

này rất phổ biến và được sử dụng rộng dãi bởi nó đơn giản và tính linh hoạt rất cao.

Vi điều khiển PIC 18F4431 là dòng vi điều khiển cao cấp chuyên điều khiển động

cơ với 4 kênh điều xung PWM chúng được đánh số từ 0 ->3, Modul PWM này có 8 ngõ

ra, được đánh số từ 0->7. Trong chế độ đối nghịch các pin chẵn –pin lẻ là 1 cặp. VD:

PWM0 đối nghịch với PWM1 ; PWM2 đối nghịch với PWM3….



3. Động cơ RC SERVO

RC servo là hệ thống gồm động cơ DC, hộp số và vi mạch điều khiển. Tùy theo tín hiệu

mà nó nhận được, RC servo sẽ quay trục động cơ đến một góc xác định trong khoảng từ

00-1800.



Hình ảnh động cơ RC Servo



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.



a. Cấu tạo:

1. Động cơ

2. Bảng điện tử

3. Dây điện dương( đỏ)

4. Dây tín hiệu ( vàng hoặc



trắng)

5. Dây nối mát



6.

b. Nguyên tắc hoạt động



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…



Trục của động cơ servo R/C được định vị nhờ vào kỹ thuật gọi là điều 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

sau)



Điều khiển vị trí của trục ra của động cơ bằng cách điều chế độ rộng xung

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. Công suất cung cấp cho

động cơ bên trong servo cũng tỉ lệ với độ lệch giữa vị trí hiện tại của trục ra với vị trí nó

cần đến. Nếu servo ở gần vị trí đích, động cơ được truyền động với tốc độ thấp. Điều này

đảm bảo rằng động cơ không vượt quá điểm định đến. Nhưng nếu servo ở xa vị trí đích

nó sẽ được truyền động với vận tốc tối đa để đến đích càng nhanh càng tốt. Khi trục ra

đến vị trí mong muốn, động cơ giảm tốc. Quá trình tưởng chừng như phức tạp này diễn ra

trong khoảng thời gian rất ngắn - một servo trung bình có thể quay 60 o trong vòng ¼ - ½

giây.



CHƯƠNG 3. MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT



1.Thiết kế mạch tổng quát điều khiển Rôbôt

Mạch nguyên lý:



Sơ đồ mạch tổng quát điều khiển Rôbôt



Sơ đồ bord mạch tổng quát



* Nguyên lý hoạt động:Chíp Vi Điều Khiển nhận tín hiệu từ mạch cảm biến ngoài,mạch

cảm biến gồm 8 cảm biến đưa tín hiệu qua 8 bộ so sánh sử dụng bộ khếch đại thuật toán

IC LM324 mắc theo kiểu so sánh điện áp giữa 2 cực “ + ” và “ - ” qua Triger Smith IC

7414 tác dụng sửa xung, tạo tín hiệu xung chuẩn đưa vào Vi Điều Khiển.

- Các Port A và Port E được sử dụng để nhận tín hiệu vào cảm biến ( từ chân RA1 đến

RA5 và từ RE0 đến RE2 ).

- Các biến trở tinh chính 103 đặt vào cực “ + ” tác dụng đặt 1 điện áp lên cực “ + ” để so

sánh với điện áp cực “-” do cảm biến đưa về để đưa ra tín hiệu 0 hoặc 1 vào Vi Điều

Khiển xử lý.



- Vi Điều Khiển nhận các tín hiệu vào xử lý và đưa ra các thuật toán điều khiển động cơ

phát động và động cơ bẻ lái RC Servo bẻ lái góc thích hợp để Rôbôt có thể bảm đường tốt

và phát tốc tối đa trên đường đua để có thể nhanh nhất và đích.



2.Thiết kế mạch điện tử cụ thể cho từng môdul

* Modul mạch cảm biến



Sơ đồ board mạch cảm biến



*Nguyên lý hoạt động:Mạch cảm biến sử dụng 8 cảm biến ta sử dụng cảm biến quang và

quang trở. Quang trở mắc theo kiểu phân áp dựa vào độ phản xạ của LED phát quang sẽ

định ra mức điện áp đặt lên cực “-” của bộ so sánh khếch đại thuật toán.

-Quang trở và LED phát quang được khử nhiễu bằng cách bắt thêm chụp cảm biến tránh

LED phát phát nhiễu sang những con khác và phát ra ngoài nhiều.



* Modul nguồn:

Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn



Sơ đồ board mạch nguồn



*Nguyên lý hoạt động: Mạch nguồn cung cấp điện áp hoạt độngcho toàn mạch, mạch

nguồn tốt ổn định mạch sẽ chạy tốt và ổn định.

-MẠch nguồn của bọn em sử dụng 3 nguồn nối song song lấy nguồn từ ắc qui đưa vào,

hai nguồn 5V một nguồn sử dụng cho Vi Điều Khiển, một nguồn riêng cung cấp cho

động cơ RC SERVO do động cơ SERVO tránh nhiễu cho Vi Điều Khiển.



*Modul cảm biến đưa vào mạch điều khiển