BÁO cáo THỰC HÀNH hệ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG nghiên cứu cấu tạo và ứng dụng truyền động SERVO

Đề tài này là một chuyênngành còn khá mới mẻ ở Việt Nam, cho nên trong đồ án này em chỉ tập trung đi sâu vàocông việc chính là nghiên cứu cấu tạo và ứng dụng truyên đông SERVO Sau 2 thán

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT VIỆN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

CHƯƠNG TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ VÀ Ô TÔ

BÁO CÁO KẾT THÚC HỌC PHẦN THỰC HANH HÊ THỐNG TRUYỀN ĐÔNG

SERVO

Sinh viên thực hiện: Phạm Quốc Tú

Dương Hùng Vĩ Ngô Hoàng Khoa Giảng viên hướng dẫn: TS Huỳnh Minh Phu

Môn: Thực hành hệ thông truyền động servo

BÌNH DƯƠNG , THÁNG 4/2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

Sinh viên thực hiện:

Phạm Quốc Tú Dương Hùng Vĩ Ngô Hoàng Khoa

Bình Dương, ngày……tháng……năm……

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Hiện nay Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đang đóng một vai trò rất quan trọng trong việcnâng cao năng suất lao động Những thành tựu của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuậtđược áp dụng rộng rãi vào nền kinh tế đưa đến những đổi thay chưa từng có trong lịch sửloài người Nhận thức được tầm quan trọng của khoa học công nghệ có ảnh hưởng quyếtđịnh đến chiến lược phát triển đất nước, Nhà nước ta đã ra sức đào tạo nghiên cứu khoahọc kỹ thuật, khuyến khích đầu tư nhằm phát triển nhanh nền khoa học kỹ thuật nướcnhà

Là sinh viên của chuyên ngành cơ điện tử sau thời gian học tập và rèn luyện tạiTrường Đại học Thủ Dầu Một, được sự giảng dạy tận tình của các thầy cô cùng với sự cốgắng nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành bài tiểu luận kết thúc môn học, xác định đây

là công việc quan trọng nhằm đánh giá lại toàn bộ kiến thức mà mình đã tiếp thu đượctrong quá trình học tập tại trường, em đã có nhiều cố gắng Đề tài này là một chuyênngành còn khá mới mẻ ở Việt Nam, cho nên trong đồ án này em chỉ tập trung đi sâu vàocông việc chính là nghiên cứu cấu tạo và ứng dụng truyên đông 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, cô đặc biệt là thầy HUỲNH MINH PHÚ đã giúp em tậntình trong quá trình làm đồ án này Qua bản đồ án này cho em xin được bày tỏ lời cảm ơnchân thành tới Thầy HUỲNH MINH PHÚ và các thầy cô trong bộ môn điện công nghiệp

và dân dụng trường Đại học Thủ Dầu Một

Trong quá trình hoàn thành đồ án, với trình độ kiến thức chuyên môn chưa nhiều,kinh nghiệm thực tế còn ít và thời gian có hạn nên đồ án của em không thể tránh đượcnhững thiếu sót Do đó, em kính mong được sự chỉ bảo thêm của các thầy, cô và đónggóp 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 thiệ\u đề̀ tà̀i:

Ngày nay,robotic đã đạt được những thành tựu to lớn trong sản xuất công nghiệpcũng 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 khôngnhắc tới mobile robot với những đặc thù riêng mà các loại robot khác không có Mobile robot có thể di chuyển một cách rất linh hoạt, do đó

tạo nên không gian hoạt động lớn và cho đến nay nó đã dần

khẳng định vai trò quan trọng không 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, robottránh 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 rấtđắc lực cho con người

1.2 Mục đích chọn đề̀ tà̀i:

Robot dò 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 thự\c hiệ\n:

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 mô 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 công đoạn lập trình dựa trên những kiến thức đã học được

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2 độ\ng cơ servo là̀ 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 hệthống điều khiển, cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vậnhành Với công nghệ Driver Servo thì nó còn được biết đến tương tự như Driver máytính

Servo là môt hê thông truyên đông điều khiển hồi tiếp vòng kín, nhận tín hiệu vàthực hiện một cách nhanh chóng và chính xác theo lệnh tư PLC Bô servo bao gôm 1 bôđiêu khiên servo (servo drive), 1 đông cơ servo va 1 encoder đê phan hôi tin hiêu tư đông

cơ vê bô điêu khiên Servo được sử dụng để điều khiển vị trí chính xác, điều chỉnh men phù hợp với các ứng dụng khác nhau va thay đổi tốc độ cực kỳ nhanh (đáp ứng ởms)

mô-2.3 Cấu tạo và̀ phân loại

Động cơ servo là một thành phần trong hệ thống servo Động cơ servo nhận tínhiệu từ bộ điều khiển và cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khivận 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 Độ\ng cơ servo AC

AC Servo Motor thực chất là 1 động cơ xoay chạy bằng điện 3 pha, hoạt động dựatrên 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 thông thường là nó được tíchhợp nhiều công cụ điện tử và cảm biến để truyền thông tin và điều khiển như: bộ khuếchđại, bộ điều khiển, bộ mã hóa và màn hình Điều này làm tăng khả năng chính xác cũngnhư dễ dàng điều khiển, đây là một trong những yêu cầu cho sản xuất công nghiệp trongthời đại cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay

AC servo có thể xử lý các dòng điện cao hơn và có xu hướng được sử dụng trongmáy móc công nghiệp DC servo không được thiết kế cho các dòng điện cao và thườngphù 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 châmvĩnh cửu) và encoder

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 đuôi động cơ để phản hồi chính xác tốc độ và vị trí củađộng cơ về bộ điều khiển

Bộ điều khiển (Servo drive) co nhiêm vu nhân tin hiêu lênh điêu khiên(xung/analog) tư PLC va truyên lênh đên đông cơ servo đê điêu khiên đông cơ servo hoatđông theo lênh, đông thơi nhân tin hiêu phan hôi liên tuc vê vi tri va tôc đô hiên tai cuađông cơ servo tư encoder.

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 vòng kín Động

cơ servo nhận một tín hiệu xung điện (PWM) từ bộ điều khiển để hoạt động và đượckiểm 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 nàythông qua bộ mã hóa (encoder) Khi đó bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động và làm sailệch tốc độ cũng như vị trí mong muốn, cơ cấu hồi tiếp sẽ phản hồi tín hiệu về bộ điềukhiển Tư tin hiêu phan hôi vê, bô điêu khiên servo se so sanh vơi tin hiêu lênh va đưa rađiêu chinh phu hơp, đam bao đông cơ servo hoat đông đung theo yêu câu 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 không có quán tính)

Hiệu suất hoạt động cao tới hơn 90%, ít sinh nhiệt và hầu như không 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 công nghiệp như may công

cụ, may đóng gói, cac loai may in, may căt, cac ưng dung thu xa cuôn, cac ưng dung cânchay dưng đung vi tri, dây chuyền lắp ráp, may CNC, cánh tay robot…

Drive Servo

Là một bộ phận quan trọng trong hệ thống Servo có thể xem nó là bộ não của hệthống servo.

Drive servo co nhiêm vu nhân tin hiêu lênh điêu khiên (xung) tư PLC va truyênlênh đên đông cơ servo đê điêu khiên đông cơ servo hoat đông theo lênh, đông thơi nhântin hiêu phan hôi liên tuc vê vi tri va tôc đô hiên tai cua đông cơ servo tư encoder Tư tinhiêu phan hôi vê, bô điêu khiên servo se so sanh vơi tin hiêu lênh va đưa ra điêu chinhphu hơp, đam bao đông cơ servo hoat đông đung theo yêu câu

2.3.2 Độ\ng 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

Thông thường cấu tạo của 1 động cơ servo sẽ bao gồm 2 bộ phận rotor và stator Động cơservo DC cũng bao gồm hai bộ phận chính trên và một số bộ phận khác như:

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 trúcđơn giản lớn bắt đầu mo-men xoắn, phạm vi rộng dễ điều khiển và cũng dễ bảo trì Loạiđộng cơ này sử dụng phục vụ chủ yếu các yêu cầu về môi trường hay cho các dịp côngnghiệp và dân sự nói chung

Động cơ DC không chổi than: Thường có kích thước nhỏ và trọng lượng nhỏ hơn.Tuy nhiên, loại động cơ này phả ứng rất nhanh, quán tính nhanh nhờ mô men xoắn ổnđịnh và trơn tru Nếu so sánh thì động cơ DC servo không chổi than sẽ điều khiển phứctạp hơn nhưng chúng lại hoạt động thông minh hơn nhờ chuyển mạch điện tử linh hoạttheo sóng vuông 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

Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo DC

Động cơ servo DC được hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vòng kín chính vìvậy nguyên 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 statorcủa động cơ được cuốn bởi các cuộn dây riêng biệt và được cấp nguồn theo một trình tựthích 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 cáccuộn dây là chuẩn xác

Mạch điều khiển của động cơ được nối với tín hiệu ra Điều này có nghĩa khi động cơvận 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 sẽnhận thấy tín hiệu và mạch điểu khiển sẽ phải tiếp tục điều chỉnh sai lệch cho động cơđến khi đạt điểm chính xác

Ưu nhược điểm của động cơ DC Servo

Ưu điểm: Là hệ thống hồi tiếp vòng kín chính vì vậy động cơ servo DC rất dễ điềukhiển, dễ sử dụng Bên cạnh đó động cơ còn giúp kiểm soát tốc độ chính xác, đảm bảoquá trình vận hành được ổn định Hiện nay giá thành của động cơ Servo DC rẻ hơn so vớicác loại động cơ khác

Nhược điểm: Vì cấu tạo có bộ phận chổi than nên điểm hạn chế lớn nhất của loạiđộng cơ này chính là dễ gây ra tiếng ồn, nhiệt độ cao khi vận hành và quán tính cao khigiảm 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 bảng mạch).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

Ngoài ra động cơ DC servo còn có một số ứng dụng khác như:

oỨng dụng trong sản xuất robot vì sự chuyển động trơn tru và định vị chính xác oỨng dụng trong các loại đồ chơi điều khiển bằng radio

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

oỨng 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,

2.4 Nguyên lý hoạt độ\ng

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 vòng kín.Động cơ servo nhận một tín hiệu xung điện (PWM) từ bộ điều khiển để hoạt động vàđược 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 nàythông qua bộ mã hóa (encoder) Khi đó bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động và làm sailệch tốc độ cũng như vị trí mong muốn, cơ cấu hồi tiếp sẽ phản hồi tín hiệu về bộ điềukhiển Tư tin hiêu phan hôi vê, bô điêu khiên servo se so sanh vơi tin hiêu lênh va đưa rađiêu chinh phu hơp, đam bao đông cơ servo hoat đông đung theo yêu câu đạt được tốc độ

và vị trí chính xác nhất

2.5 sơ lược về̀ Encoder

Encoder hay còn gọi là bộ mã hóa, là một bộ cảm biến chuyển động cơ học tạo ratín hiệu kỹ thuật số đáp ứng với chuyển động Là một thiết bị cơ điện có khả năng làmbiến 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 Nógiúp 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 chuyểnđộng dọc theo một đường dẫn, còn 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 nhậnđược từ Encoder cho biết chính xác vị trí của Encoder mà người sử dụng không 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 tròn 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

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

+ Là Encoder chỉ có 1,2 hoặc tối đa 3 vòng 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 độ\ng cơ Servo

Một trong những thành phần cũng tương đối quan trọng của động cơ servo đóchính là cảm biến hồi tiếp tốc độ hay còn gọi là encoder Lưu ý có một số hãng thay vìdùng encoder thì dùng resolver, tuy nhiên về tính năng cũng là hồi tiếp tốc độ quay Đặctrưng 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/ vòng thì bạn cóthể 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 thìcác bạn nên quan tâm tới hộp số điện tử khi điều khiển motor servo

Tuy nhiên trên thực tế ứng dụng vào máy móc thì thường các bạn chỉ cần độ phân