Hiểu động cơ servo giúp bạn sử dụng chúng hiệu quả

Bạn có bao giờ thắc mắc vì sao robot lại có thể thực hiện chuyển động chính xác đến từng milimet? Bí mật nằm ở động cơ servo, thiết bị cho phép điều khiển chính xác vị trí và tốc độ cho hệ thống. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng khám phá cấu tạo, nguyên lý hoạt động và những ứng dụng nổi bật của động cơ servo trong lĩnh vực robot hiện đại.

1. Động cơ servo là gì?

Động cơ servo là dạng động cơ điện chuyên dụng có khả năng điều khiển chính xác vị trí, tốc độ và lực xoắn. Nhờ đặc tính này, nó trở thành bộ phận quan trọng trong các hệ thống tự động hóa ngày nay. Điểm nổi bật của nó nằm ở cơ chế phản hồi, cho phép nhận tín hiệu điều khiển để di chuyển đến vị trí mong muốn. Nhờ đó, động cơ servo đảm bảo hoạt động trơn tru và kiểm soát tốt trong những ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao về chuyển động và vị trí, đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định, chính xác và tiết kiệm năng lượng.

2. Các thành phần chính cấu tạo động cơ servo 

Một động cơ servo được cấu thành từ ba phần chính: động cơ, bộ mã hóa và bộ điều khiển. Trong đó, bộ điều khiển có nhiệm vụ so sánh lệnh điều khiển vị trí với tín hiệu phản hồi từ bộ mã hóa về vị trí và tốc độ, sau đó sẽ điều chỉnh dòng điện điều khiển phù hợp.

Động cơ servo liên tục theo dõi trạng thái vận hành thông qua dữ liệu của bộ mã hóa và sẽ gửi tín hiệu cảnh báo đến bộ điều khiển nếu phát hiện động cơ dừng bất thường. Bên cạnh đó, chúng cũng cần điều chỉnh các thông số điều khiển để thích ứng với đặc tính cơ học và điều kiện tải. Hiện nay với công nghệ tự động điều chỉnh theo thời gian thực, quá trình này đã trở nên nhanh chóng và thuận tiện hơn.

• Bộ mã hóa: thiết bị được lắp tại đầu trục động cơ, đảm nhận việc truyền thông tin chính xác về vận tốc và vị trí của trục động cơ đến hệ thống điều khiển. Có hai dạng phổ biến: bộ mã hóa gia tăng chuyên cung cấp dữ liệu về sự thay đổi vị trí, và bộ mã hóa tuyệt đối sẽ ghi nhận tọa độ chính xác của trục tại từng thời điểm.

• Động cơ (bao gồm động cơ AC và động cơ DC): Đây là nguồn cung cấp công suất cơ học chính trong hệ thống. Động cơ AC thường được sử dụng trong các trường hợp đòi hỏi tốc độ cao và công suất lớn, trong khi động cơ DC lại phù hợp hơn với các ứng dụng cần độ chính xác cao. 
• Bộ điều khiển servo: đóng vai trò trung gian giữa động cơ và hệ thống điều khiển. Nó tiếp nhận tín hiệu từ bộ điều khiển trung tâm (PLC, v.v.), sau đó cung cấp nguồn điện phù hợp để động cơ thực hiện chuyển động. Dựa trên tín hiệu phản hồi từ bộ mã hóa, bộ điều khiển sẽ tự động điều chỉnh điện áp và dòng điện để đảm bảo động cơ vận hành chính xác theo yêu cầu.

Có thể bạn quan tâm: Danh mục bộ điều khiển servo thay thế cho cánh tay robot công nghiệp, Danh mục động cơ trục robot ABB

3. Nguyên lý hoạt động của động cơ servo 

Động cơ servo có hiệu suất rất cao nên được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Chúng có khả năng kiểm soát chính xác vị trí (tịnh tiến hoặc góc quay), gia tốc và tốc độ của vật thể. Nhờ vào độ chính xác vượt trội này, mà chúng đặc biệt phù hợp cho những nhiệm vụ mà động cơ thông thường khó có thể đáp ứng được, ví dụ như trong hệ thống tự động hóa hoặc lĩnh vực robot công nghiệp.

Bước 1: Nhận tín hiệu điều khiển

Động cơ servo nhận một tín hiệu điều khiển công suất thấp từ bộ điều khiển. Tín hiệu này chứa thông tin về vị trí, tốc độ, gia tốc và mô-men xoắn mong muốn của trục động cơ.

Bước 2: Xử lý và khuếch đại tín hiệu

Bộ điều khiển servo tiếp nhận và xử lý tín hiệu điện công suất thấp để xác định mức năng lượng cần cung cấp cho động cơ. Sau đó, bộ khuếch đại sẽ nâng tín hiệu này lên thành dòng điện và điện áp cao đủ để vận hành động cơ. Quá trình này luôn được giám sát bởi cảm biến phản hồi (thường là bộ mã hóa) nhằm đảm bảo độ chính xác.

Bước 3: Kích hoạt động cơ

Tín hiệu đã được khuếch đại được đưa vào động cơ để kích hoạt trục quay nhờ lực điện từ. Nếu động cơ có bánh răng dẫn động, chuyển động từ trục sẽ truyền qua bánh răng, giúp giảm tốc độ, tăng mô-men xoắn và đạt được khả năng điều khiển chính xác.

Bước 4: Phản hồi liên tục

Khi động cơ quay, các cảm biến (như bộ mã hóa, bộ giải mã góc hoặc chiết áp) sẽ theo dõi vị trí và tốc độ của trục. Tín hiệu phản hồi này được gửi về bộ điều khiển servo để so sánh giữa chuyển động thực tế và tín hiệu điều khiển. Nếu có sai lệch, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh nguồn cấp. Đây là cơ chế điều khiển vòng kín, cho phép servo đạt độ chính xác và hiệu suất rất cao.

Bước 5: Duy trì vị trí hoặc chờ lệnh mới

Khi động cơ đạt đến vị trí hoặc tốc độ mong muốn, hệ thống có thể giữ nguyên trạng thái ổn định này. Khi có lệnh mới từ bộ điều khiển, toàn bộ quy trình sẽ được lặp lại.

4. Động cơ servo ứng dụng trong lĩnh vực robot như thế nào?

Kích thước nhỏ gọn cùng độ chính xác cao khiến động cơ servo trở thành lựa chọn lý tưởng trong lĩnh vực robot. Đặc biệt, chúng còn cho phép lặp lại thao tác một cách chính xác và hoàn hảo. Trong thực tế, động cơ servo được ứng dụng trong nhiều loại robot khác nhau, ví dụ như:

– Cánh tay robot công nghiệp: chúng điều khiển các khớp, cánh tay và bộ phận chấp hành để thực hiện các nhiệm vụ.

– Robot hình người: được sử dụng để giúp duy trì thăng bằng và tạo ra chuyển động.

– Robot y tế: động cơ servo được tích hợp trong thiết bị y tế và robot phục vụ phẫu thuật.

– Robot thám hiểm: ứng dụng trong robot lặn và thám hiểm không gian, cho đến robot cứu hộ đều sử dụng động cơ servo.

– Cobots (robot cộng tác): nhờ động cơ servo mà cobot có thể vận hành an toàn, tránh gây thương tích hay va chạm.

Đọc thêm: Các loại cảm biến robot thông dụng trong hệ thống tự động hóa

5. Kết luận 

Động cơ servo không chỉ là một loại động cơ điện, mà là giải pháp giúp điều khiển chuyển động chính xác nhờ cơ chế vòng kín kết hợp giữa động cơ, bộ điều khiển và hệ thống phản hồi. Với khả năng kiểm soát vị trí, tốc độ và mô-men xoắn trong thời gian thực, động cơ servo đóng vai trò cốt lõi trong lĩnh vực robot trở thành thành phần then chốt trong công nghệ robot, góp phần đảm bảo hoạt động ổn định, linh hoạt và hiệu quả.

Thiết bị robot là kênh phân phối trực tuyến các bộ phận, thiết bị robot mới hoặc đã qua sử dụng, dầu mỡ robot và các linh kiện cơ khí. Tại đây, chúng tôi tự hào cung cấp khối lượng lớn vật tư từ các thương hiệu và nhà cung cấp lớn, bao gồm: FANUC, ABB, Kuka, Yaskawa, Mitsubishi, Staubli, Hyundai, CKD, v.v.

Liên hệ ngay với Thiết Bị Robot để được hỗ trợ tư vấn:

Hotline: 091 9225 197

Địa chỉ: 97/2 Kha Vạn Cân, phường Hiệp Bình Chánh, Thủ Đức, TP. HCM

=============

Facebook: Linh Kiện Robot