Động cơ servo

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 bản dịch có bổ sung từ tài liệu The robot builder’s BONAZA : 99 Inexpensive robotics projects
của Gordon McComb

Tôi xin chân thành cám ơn các bạn tôi đã ủng hộ và giúp đỡ rất nhiều trong quá trình biên dịch cũng như
phổ biến trang web này đến mọi người. Trong tài liệu dịch có nhiều điểm sai sót do yêu cầu về thời gian
dịch, mong các bạn thông cảm.

Giới thiệu

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

Servo Attachment Horn/Wheel/Arm
9.
Servo Case
10.
Integrated Control Chip
Hình 1: một động cơ servo R/C kích thước chuẩn điển hình dùng trong mô hình máy bay và
xe đua. Ngoài ra còn có nhiều loại kích thước thông dụng khác.

Hình 2: Bên trong của một động cơ servo R/C. Servo bao gồm một động cơ,
một chuỗi các bánh răng giảm tốc, một mạch điều khiển và một vôn kế 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 90
o
– 180
o
. Việc điều khiển này có thể ứng dụng để lái


Vì độ dài xung có thể thay đổi tùy theo hãng chế tạo nên ta phải chọn servo và máy thu vô
tuyến thuộc cùng một hãng để đảm bảo sự tương thích. Đối với robot, ta phải làm một vài
thí nghiệm để xác định độ dài xung tối ưu. Vai trò của Vôn kế

Vôn kế trong servo giữ vai trò chính trong việc cho phép định vị trí của trục ra. Vôn kế
được gắn vào trục ra (trong một vài servo, Vôn kế chính là trục ra). Bằng cách này, vị trí
của Vôn kế phản ánh chính xác vị trí trục ra của servo. Ta đã biết Vôn kế hoạt động nhờ
cung cấp một điện áp biến thiên cho mạch điều khiển, như hình 20.4.

Khi cần chạy bên trong Vôn kế chuyển động, điện thế sẽ thay đổi.

Mạch điều khiển trong servo so sánh điện thế này với độ dài các xung số đưa vào và phát
“tín hiệu sai số” nếu điện thế không đúng. Tín hiệu sai số này tỉ lệ với độ lệch giữa vị trí
của Vôn kế và độ dài của tín hiệu vào. Mạch điều khiển sẽ kết hợp tín hiệu sai số này để
quay động cơ. Khi điện thế của Vôn kế và độ dài các xung số bằng nhau, tín hiệu sai số
được loại bỏ và động cơ ngừng. Các giới hạn quay

Các servo khác nhau ở góc quay được với cùng tín hiệu 1 – 2 ms (hoặc bất kỳ) được cung
cấp. Các servo chuẩn được thiết kế để quay tới và lui từ 90
o
– 180
o
khi được cung cấp toàn

buồm nhỏ và buồm chính trong mô hình thuyền buồm.

Servo thu bộ phận hạ cánh(landing-gear retraction servo): dùng để thu bộ phận hạ cánh
trong mô hình máy bay vừa và lớn. Thiết kế bộ phận hạ cánh thường đòi hỏi servo phải
đảm bảo góc quay ít nhất là 170
o
. Các servo này thường nhỏ hơn kích thước chuẩn vì
không gian giới hạn trong mô hình máy bay. Hệ thống truyền động bánh răng và truyền công suất

Động cơ bên trong servo R/C quay khoảng vài ngàn vòng / phút. Tốc độ này quá nhanh để
có thể dùng trực tiếp lên mô hình máy bay, xe hơi hay robot. Tất cả các servo đều có một