Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
2 Hệ thống truyền động

2 Hệ thống truyền động

Tải bản đầy đủ - 0trang

9



Hình 2.7: Động cơ quay theo chiều kim đồng hồ.



Xét hoạt động của DC motor:





Như hình trên ta thấy rằng khi cho dòng diện một chiều (tuyệt đối ko dùng

điện xoay chiều) đi qua motor sẽ khiến cho motor quay như trên hình.



Hình 2.8: Động cơ quay theo chiều ngược kim đồng hồ.



Khi ta đảo hai cực của dòng điện thì ta sẽ sẽ đuợc hiện tượng như hình trên, đó là động

cơ sẽ quay theo chiều hồn tồn ngược lại so với hình truớc đó. Qua đó ta có thể rút

đuợc kết luận như sau:

- Động cơ DC cho dòng diện một chiều chạy qua và làm quay phần Roto dẫn đến

motor quay, nếu ta đổi chiều dòng điện thì motor sẽ quay theo chiều ngược lại. Do đó

ta có thể điều chỉnh được hướng quay của DC Motor. Đặc tính kĩ thuật của hầu hết

động cơ DC là tốc độ quay (vòng/phút) cao và moment ngẫu lực thấp. Nhưng mà hầu

hết robot cần tốc độ quay chậm và moment ngẩu lực cao. Do đó một hộp số có thể

được lắp vào DC Motor nhằm giảm tốc độ quay và tăng moment ngẫu lực. Trên hộp số

thường ghi rõ thì số truyền động giữa trước và sau hộp số, ví dụ tốc độ quay của một

DC Motor là 1000 vòng/phút đuợc gắn vào 1 hộp số 1000:1. Có nghĩa là tốc độ quay



10



của đầu ra hộp số đuợc 1/1000 của tốc độ DC Motor khi chưa gắn hộp số. Vận tốc hộp

số = Vận tốc DC Motor/1000 = 8000/1000 = 8 vòng/phút.

Chú ý: Điện áp V và dòng I không nên vượt quá giá trị được ghi trên motor, nếu

không motor sẽ bị hỏng. Tuy nhiên nếu ta đặt một điện áp thấp hơn V hoặc một dòng

điện thấp hơn I, thì tốc độ và độ chịu tải của motor sẽ giảm theo.

- Điều khiển chiều quay của DC Motor:

Trong phần này ta xét 2 cách điều khiển phổ biến nhất đa số đuợc các đội

Robocon sử dụng.





Điều khiển chiều DC Motor bằng mạch cầu H: Mạch cầu H rất được nhiều đội

thi Robocon sử dụng bởi tỉnh đơn giản của nó, sở dĩ nó có tên mạch cầu H vì sơ

đồ của nó có hình chữ H:



Hình 2.9: Mạch cầu H.



Trước hết ta xét trường hợp xoay thuận của DC Motor, ta lấy một ví dụ: Trong

đoạn mạch dưới đây, tưởng tượng rằng đoạn mạch là một chiếc cầu và hãy xem những

transistor Q1, Q2, Q3, Q4 là những khúc cầu bị gãy, người ta bắt đầu đi từ nguồn điện

đến mass, một chiếc cầu nếu bị gãy thì người ta sẽ khơng thể qua đựơc do đó người ta

sẽ không thể đi qua các điển Q1, Q2, Q3, Q4. Khi mà nhà nước nghe tin cầu gẫy thì sẽ

cho kĩ sư sữa cầu đến sữa cầu bằng đường “thuận” và theo đường “thuận” chỉ sữa được

những điểm Q1, Q4.Sau khi sữa xong thì cầu đã liền lại các điểm Q1,Q4 do đó người



11



ta có thể đi từ nguồn điện đến Mass bằng đường nguồn điện DC Motor Q1 Q4 Mass .

Bây giờ trở lại thực tế.Ta thay thế người điqua cầu bằng dòng điện, những đoạn cầu

gãy Q1, Q2, Q3, Q4 là những transistor và những kĩ sư sữa cầu là dòng điện 3V được

truyền đến theo đường dây “thuận”, đường thuận là đuờng dây màu đen, như đã mơ

phỏng như trên thì dòng điện sau khi đựơc khai thông sẽ chay qua motor làm motor

quay:

Bây giờ, ta xét trường hợp xoay nghịch của DC Motor, cũng trong đoạn mạch

trên, tưởng tượng rằng đoạn mạch là một chiếc cầu và hãy xem những transistor Q1,

Q2, Q3, Q4 là những khúc cầu bị gãy, người ta bắt đầu đi từ nguồn điện đến mass, một

chiếc cầu nếu bị gãy thì người ta sẽ khơng thể qua đựơc do đó người ta sẽ khơng thể đi

qua các điểm Q1, Q2, Q3, Q4. Khi mà nhà nước nghe tin cầu gãy thì sẽ cho kĩ sư sữa

cầu đến sữa cầu bằng đường “nghịch” và theo đường “nghịch” chỉ sữa được những

điểm Q2,Q3. Sau khi sữa xong thì cầu đã liền lại các điểm Q2, Q3 do đó người ta có

thể đi từ nguuồn điện đến Mass bằng đường nguồn điện DC Motor Q2 Q3 Mass. Bây

giờ trở lại thực tế. Ta thay thế người đi qua cầu bằng dòng điện, những đoạn cầu gãy

Q1, Q2, Q3, Q4 là những transistor và những kĩ sư sữa cầu là dòng điện 3V được

truyền đến theo đường dây “nghịch”, đường dây nghịch là những đường màu đỏ, như

đã mơ phỏng như trên thì dòng điện sau khi đựơc khai thơng sẽ chay qua motor làm

motor quay. Đó là cách mà mạch cầu H – Brigh hoạt động.





Điều khiển DC Motor bằng Role (Relay):



Role (Relay) là một IC đựơc cấu tạo bởi 1 mạch điện có 1 đoạn mạch nối với 1 cái bản

lề đuợc mở hoặc đóng nhờ 1 một cuộn dây nam châm.



Hình 2.10: Rơ le và sơ đồ ngun lý.



Ngun lí hoạt động là cuộn dây khi có dòng diện sẽ hút các thanh (mình nghĩ là sắt

nên nó mới hút đựơc) kim loại về phía cuộn dây lập tức 2 thanh kim loại này sẽ rời bỏ



12



2 đầu dây cũ và tiếp xùi 2 đầu dây khác:

- Ta xét hình thứ 1:



Hình 2.11: Cuộn nam châm chưa có dòng điện đi qua.



Lúc này khi chưa có dòng điện đi qua cuộn dây nam châm (2 cực đều là x ), các thanh

kim loại (thanh màu đen ấy ) đều nối đầu 1 đến đầu a , đầu 2 đến đầu c, do vậy dòng

điện chỉ đi từ đầu 1 đến đầu a và đầu 2 đến đầu c.

- Ta xét hình thứ 2:



Hình 2.12: Cuộn nam châm có dòng điện đi qua.



Lúc này đã có dòng điện đi qua cuộn dây nam châm và cuộn dây sẽ hút các thanh kim

loại về phía cuộn dây, do đó các thanh kim loại lúc này sẽ nối từ đầu 1 đến dầu b và

đầu 2 đến đầu c, do vậy dòng điện chỉ đi từ đầu 1 đến đầu b và đầu 2 đến đầu c.

Qua nhưng gì bạn đã thấy ở trên thì chúng ta kết luận rằng: nguyên lý hoạt động của

Role là biến đổi dòng điện thành từ trường thông qua quộn dây, từ trường lại tạo thành

lực cơ học thông qua lực hút để thực hiện một động tác về cơ khí như đóng mở cơng

tắc, đóng mở các hành trình của một thiết bị tự động.

Ứng dụng Role vào mạch điều khiển chiều quay cho DC Motor:



13



Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý.



Ta xem đoạn mạch trên có 2 đoạn dây cần nối với nhau là dây ROLE1 nối với

dây ROLE1 và dây PWM1 nối với dây PWM1.dây role là dây điều khiển tín hiệu

chiều của động cơ.Nếu dây ROLE1 chuyền đến tín hiệu 12V thì động cơ quay chiều

thuận.Nếu ROLE1 chuyền đến tín hiệu < 11 V thì Motor quay theo chiều nghịch,Dây

PWM1 là chuyện tínhiệu xung để điều khiển vận tốc của động cơ, cái này thì mình sẽ

nói sau. Ngồi ra trên mạch còncó IRF540 con FET này dùng để bảo vệ cho Role mổi

khi xoay chiều (con này bắt buộc phải có). - Như vậy chúng ta đã được biết 2 cách

phổ biến nhất đến điều khiển chiều quay của động cơ rồi.

 Động cơ bước (Stepper Motor)



Các hệ truyền động rời rạc thường được thực hiện nhờ động cơ chấp hành đặc biệt

gọi là động cơ bước. Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng

khác biệt với đa số các loại động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động

cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế

tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của Rotor và có khả

năng cố định Rotor vào những vị trí cần thiết.

Như hình 2.14 minh họa: Bên trong động cơ bước có 4 cuộn dây Stator được sắp xếp

theo cặp đối xứng qua tâm. Rotor là nam châm vĩnh cửu có nhiều răng. Động cơ bước

hoạt động trên cơ sở lý thuyết điện - từ trường: Các cực cùng dấu đẩy nhau và các cực

khác dấu hút nhau. Chiều quay được xác định bởi từ trường của Stator, mà từ trường

này là do dòng điện chạy qua lõi cuộn dây gây nên. Khi hướng của dòng thay đổi thì

cực từ trường cũng thay đổi theo, gây nên chuyển động ngược lại của động cơ (đảo

chiều).



14



Hình 2.14: Bên trong động cơ bước.



Động cơ bước làm việc được là nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều

khiển vào Stator theo một thứ tự nhất định và một tần số nhất định. Tổng số góc quay

của Rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của

Rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.

Nếu xét trên phương diện dòng điện, khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây

Stator (phần ứng) của động cơ bước, thì Rotor (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một

góc nhất định, góc ấy là một bước quay của động cơ. Ở đây ta có thể định nghĩa về góc

bước (Step Angle) là độ quay nhỏ nhất của một bước do nhà sản xuất quy định.

Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì Rotor

sẽ quay liên tục (thực chất chuyển động đó vẫn theo các bước rời rạc).



Hình 2.16: Cấu tạo của động cơ bước.



15



Theo một phương diện khác, có thể coi động cơ bước là linh kiện hay thiết bị số

(Digital Device) mà ở đó các thơng tin được số hố đã thiết lập sẽ được chuyển thành

chuyển động quay theo từng bước. Động cơ bước sẽ thực hiện trung thành các lệnh đã

số hóa mà máy tính u cầu.

.



Hình 2.16: Một xung tương ứng với một bước của rôto (1 xung – 1 bước).



Hình 2.17: Mơ tả tương quan giữa q trình điện và quá trình cơ của động cơ bước.



Nguyên lý làm việc chung của động cơ bước

Khác với động cơ đồng bộ thơng thường, Rotor của động cơ bước khơng có cuộn

dây khởi động mà nó được khởi động bằng phương pháp tần số, Rotor của động cơ

bước có thể được kích thích (Rotor tích cực) hoặc khơng được kích thích (Rotor thụ

động).

Xung điện áp cấp cho cuộn dây Stator có thể là xung 1 cực hoặc 2 cực:



16



Hình 2.18: Xung điện áp cấp cho cuộn dây Stator.



Chuyển mạch điện tử có thể cung cấp điện áp điều khiển cho các cuộn dây Stator

theo từng cuộn riêng lẻ, hoặc theo từng nhóm các cuộn dây. Trị số cũng như chiều của

lực điện từ tổng F phụ thuộc vào vị trí của các lực điện từ thành phần. Do đó vị trí

Rotor của động cơ bước trong khơng gian, hồn tồn phụ thuộc vào phương pháp cung

cấp điện cho các cuộn dây:



Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý động cơ bước m pha với Roto 2 cực và các lực điện từ

khi điều khiển bằng xung 1 cực.



17



Hình 2.19 vẽ sơ đồ nguyên lý động cơ bước m pha với Rotor có 2 cực (2p=2) và

khơng được kích thích. Nếu các cuộn dây của động cơ bước được cấp điện cho từng

cuộn dây riêng lẻ theo thứ tự 1, 2, 3,… m, bởi xung 1 cực, thì Rotor của động cơ bước

có m vị trí ổn định trùng với trục của các cuộn dây (hình 2.19a).

Để tăng cường lực điện từ tổng của Stator do đó tăng từ thơng và moment đồng

bộ, ta cấp điện đồng thời cho hai, ba hoặc nhiều cuộn dây. Lúc đó Rotor của động cơ

bước sẽ có vị trí cân bằng (ổn định) trùng với vector lực điện từ tổng F. Đồng thời lực

điện từ tổng F cũng có giá trị lớn hơn lực điện từ thành phần của các cuộn dây Stator

(hình 2.19b, 2.19c). Hình 2.19b vẽ lực điện từ tổng F khi cung cấp điện đồng thời cho

một số chẵn cuộn dây (2 cuộn dây). Lực điện từ tổng F có trị số lớn hơn và nằm ở vị

trí chính giữa hai trục của hai cuộn dây. Hình 2.19c vẽ lực điện từ tổng F khi cung cấp

điện đồng thời cho một số lẻ cuộn dây (3 cuộn dây). Lực điện từ tổng F nằm trùng với

trục của một cuộn dây và cũng có trị số lớn hơn.

Tóm lại, trong cả hai trường hợp cấp điện cho một số chẵn cuộn dây và cấp điện cho

một số lẻ cuộn dây, Rotor của động cơ bước sẽ có m vị trí cân bằng. Góc xê dịch giữa

hai vị trí liên tiếp của Rotor bằng 2π/m.

Nếu cấp điện theo thứ tự một số chẵn cuộn dây, rồi một số lẻ cuộn dây (ví dụ, kết

hợp giữa hình 2.19b, 2.19c), hay nghĩa là số lượng cuộn dây được điều khiển luôn luôn

thay đổi từ chẵn sang lẻ và ngược lại, thì số vị trí cân bằng của Rotor sẽ tăng lên gấp

đôi là 2m, độ lớn của một bước sẽ giảm đi một nửa bằng 2π/m . Trường hợp này được

gọi là điều khiển không đối xứng, hay điều khiển nửa bước (half step).

Nếu số lượng cuộn dây được điều khiển luôn luôn không đổi (một số chẵn cuộn

dây hoặc một số lẻ cuộn dây, ví dụ hình 2.19b hoặc hình 2.19c) thì Rotor có m vị trí

cân bằng và được gọi là điều khiển đối xứng, hay điều khiển cả bước (full step).

 Động cơ trợ động (Servo Motor)



Động cơ servo được sử dụng để kiểm soát chuyển động trong một loạt các ngành

công nghiệp cơ điện, từ robot để sản xuất CNC công nghệ hàng không vũ trụ. Động cơ

servo là một phần của một hệ thống khép kín, được gọi là “một hệ thống động cơ

servo”, mà không sử dụng một động cơ bước. Hệ thống động cơ servo được bao gồm

một số bộ phận cụ thể là một mạch điều khiển, động cơ servo, trục, chiết áp, ổ bánh



18



răng (tùy thuộc vào loại động cơ servo), bộ khuếch đại và cả một endocer. Động cơ

servo phải có khả năng:





Hoạt động ở một loạt các tốc độ khơng q nóng;







Hoạt động ở tốc độ số trong khi vẫn giữ đủ mô-men xoắn giữ một tải ở vị trí; và







Vận hành một tốc độ rất thấp trong thời gian dài với mức ra quá nóng.



Ba loại cơ bản của động cơ servo được sử dụng trong các hệ thống động cơ servo là:





Động cơ servo AC (dựa trên thiết kế động cơ cảm ứng).







Động cơ DC servo (dựa trên thiết kế động cơ một chiều).







Động cơ servo không chổi than (dựa trên thiết kế động cơ đồng bộ).



Như là một phần trong chuyển động liên tục, servo motor thường bị phá vỡ và cần

phải sửa chữa. Trong ngành công nghiệp sản xuất, một động cơ servo bị bắn rơi có thể

phá vỡ sản xuất và lập kế hoạch thỏa hiệp. Trong nền kinh tế ngày nay, bạn khơng thể

đủ khả năng để được phía sau đúng tiến độ hoặc bỏ lỡ thời hạn.

Điều Xung PWM, điều chỉnh vận tốc cho động cơ

Điều xung PWM (Pulse With Moduration) là một khâu quan trọng trong thiết kế

Robocon. Qua đó bạn có thể điều khiển tốc độ linh hoạt cho DC Motor từ đó có thể

dùng các hàm vận tốc để cho robot có thể bám theo vạch trắng mà đi. Điều xung nói

chung là cách bật tắt nguồn điện của Motor liên tục làm Motor lúc nhận đựơc điện lúc

mất điện. Khi tần số đủ cao Motor sẽ quay ổn định ở 1 tốc độ nhờ moment quay của

bánh xe.

Xung vuông là một đồ thị biểu trạng thái của nguồn điện. Nguồn được mở thì

Motor hoạt động, lúc này xung vuông đang ở trạng thái cao và nguồn tắt thì Motor

dừng lúc này xung vng ở trạng thái thấp. Tốc độ của motor phụ thuộc vào dộ dài của

xungvuông các bạn xem hình biểu thị một xung vng dứơi đây gồm: Xung 20%,

xung 50% và xung 80% xem khác biệt của nó.



Hình 2.20: Xung vng PWM.



19



Ta xem các xung trên, mỗi xung dù là 20% 50% hay 80% đều có 2 trạng thái là

12V và 0V, 12V đựơc gọi là trạng thái cao ở trạng thái này Motor sẽ quay, còn 0V là

trạng thái thấp ở trạng thái này Motor sẽ có có điện áp dừng. Trong một biểu đồ xung,

tổng % của trang thái cao và trạng thái thấp là 100% và con số xung 20%, 50% và 80%

là xung cao. Cho nên % xung thấp = 100% - Xung cao. Nếu xung cao càng dài thì tốc

độ Motor càng cao, do đó ta có Motor đạt đựơc tốc độ cao nhất khi motor được gửi đến

xung 100% và Motor dừng có khi có xung 0% đựơc gửi tới.

Biện pháp điều xung cho một motor:

Chúng ta chỉ có thể điều xung cho 1 Motor khi dùng 1 con vi điều khiển có hỗ trợ

kênh điều xung mà thơi. Các con vi điều khiển có kênh điều xung có rất nhiều như là

Pic16F877A hoặc là P89C51RD của Philip....

2.3 Bánh xe đa hướng



Hình 2.21: Bánh xe Omi và Mecanum



Hình 2.22: Robot đa hướng dùng Mecanum



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

2 Hệ thống truyền động

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×