Mô hình nhà vườn thông minh sử dụng công nghệ iot

Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CẮT VÀ TUỐT ĐẦU DÂY ĐIỆN TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 4.. Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CẮT VÀ TUỐT ĐẦU DÂY ĐIỆN TỰ

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Thịnh

Sinh viên thực hiện:

1 1811505410122 – Ngô Văn Quang Minh

2 1811505410116 – Lê Nguyễn Quang Kiệt Lớp: 18DT1

Đà Nẵng, 12/2022

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Thịnh

Sinh viên thực hiện:

1 1811505410122 – Ngô Văn Quang Minh

2 1811505410116 – Lê Nguyễn Quang Kiệt Lớp: 18DT1

Đà Nẵng, 12/2

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho người hướng dẫn)

1 Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Ngô Văn Quang Minh

3 Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CẮT VÀ TUỐT ĐẦU DÂY ĐIỆN TỰ

ĐỘNG ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC

4 Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Thịnh Học hàm/ học vị: Thạc sĩ

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài: (điểm tối đa là 1đ)

Đề tài có tính mới, mục tiêu của đề tài ứng dụng kỹ thuật lập trình, điện tử để thiết

5 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

Cần kiểm tra định dạng phải thống nhất ở các mục, chương; rà soát sữa lỗi chính tả

III Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm tối đa 2đ)

Thái độ làm việc tốt, chấp hành đúng quy chế học tập

IV Đánh giá:

1 Điểm đánh giá: 9,5/10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

2 Đề nghị: ☒ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày 05 tháng 01 năm 2023

Người hướng dẫn

Nguyễn Văn Thịnh

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho người hướng dẫn)

1 Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Lê Nguyễn Quang Kiệt

3 Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CẮT VÀ TUỐT ĐẦU DÂY ĐIỆN TỰ

ĐỘNG ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC

4 Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Thịnh Học hàm/ học vị: Thạc sĩ

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

6 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài: (điểm tối đa là 1đ)

Đề tài có tính mới, mục tiêu của đề tài ứng dụng kỹ thuật lập trình, điện tử để thiết

10.Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

Cần kiểm tra định dạng phải thống nhất ở các mục, chương; rà soát sữa lỗi chính tả

III Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm tối đa 2đ)

Thái độ làm việc tốt, chấp hành đúng quy chế học tập

IV Đánh giá:

1 Điểm đánh giá: 9,5/10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

2 Đề nghị: ☒ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày 05 tháng 01 năm 2023

Người hướng dẫn

Nguyễn Văn Thịnh

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỌC KỲ 1 NĂM HỌC 2022 - 2023

(Dành cho người phản biện)

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên:

2 Lớp: 18DT1

3 Tên đề tài: Thiết Kế, Chế Tạo Máy Cắt Và Tuốt Đầu Dây Điện Tự Động ỨngDụng Kỹ Thuật Lập Trình Điều Khiển Động Cơ Bước

II Nhận xét đánh giá đồ án tốt nghiệp

1 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài:

Đề tài thiết kế, chế tạo máy cắt và tuốt đầu dây điện tự động có tính thực tiễn tốt Phù hợpvới yêu cầu kỹ thuật của ngành học

2 Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án:

Kết quả đề tài phù hợp với đề cương, nội dung và nhiệm vụ ĐATN được giao Đề tài đãthiết kế máy cắt và tuốt đầu dây điện tự động Mô hình đã thực hiện các chức năng đo kéochiều dài cáp, cắt cáp đồng trục và chỉ thị kết quả theo giá trị thiết lập

3 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp:

Đề tài chia làm 4 chương, 67 trang Bố cục đề tài hài hòa, đáp ứng được yêu cầu

4 Kết quả đạt được, giá trị khoa học, khả năng ứng dụng của đề tài:

Đồ án đã thiết kế, chế tạo được mô hình thực tiễn cắp cáp đồng trục tự động Vận dụngđược các nền tảng kiến thức chuyên môn trong lĩnh vực điện tử Xây dựng được mô hình ứngdụng

5 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

Nhiều phương pháp kéo dây chỉ vẽ hình, nêu ưu nhược điểm nhưng không trình bày rõ cácphương pháp này

Một số hình ảnh lấy nguyên trên mạng, còn cả phần hình nên sở hữu bản quyền không xóanền

Các đề mục, nội dung còn trùng khớp với đề tài trên mạng, SV chưa có nhiều cải tiến, bổsung, chỉnh sửa các nội dung của riêng mình.

tối đa Điểm đánh giá

Minh

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải quyết các nhiệm vụ đồ án được giao 8,0 6,0

1a

- Tính cấp thiết, tính mới (nội dung chính của ĐATN có

những phần mới so với các ĐATN trước đây);

- Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; giá trị ứng dụng

thực tiễn;

1,0 1,0

1b

- Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến

thức cơ bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên

cứu;

- Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá;

- Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần,

hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đặt ra;

- Có kỹ năng sử dụng tài liệu liên quan vấn đề nghiên cứu

(thể hiện qua các tài liệu tham khảo)

1,0 1,0

2 Kỹ năng trình bày báo cáo đồ án tốt nghiệp 2,0 1,5

2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích; 1,0 0,75

- Đề nghị: ☒ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

ThS Phạm Văn Phát

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỌC KỲ 1 NĂM HỌC 2022 - 2023

(Dành cho người phản biện)

II Thông tin chung:

5 Họ và tên sinh viên:

6 Lớp: 18DT1

7 Tên đề tài: Thiết Kế, Chế Tạo Máy Cắt Và Tuốt Đầu Dây Điện Tự Động ỨngDụng Kỹ Thuật Lập Trình Điều Khiển Động Cơ Bước

6 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài:

Đề tài thiết kế, chế tạo máy cắt và tuốt đầu dây điện tự động có tính thực tiễn tốt Phù hợpvới yêu cầu kỹ thuật của ngành học

7 Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án:

Kết quả đề tài phù hợp với đề cương, nội dung và nhiệm vụ ĐATN được giao Đề tài đãthiết kế máy cắt và tuốt đầu dây điện tự động Mô hình đã thực hiện các chức năng đo kéochiều dài cáp, cắt cáp đồng trục và chỉ thị kết quả theo giá trị thiết lập

8 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp:

Đề tài chia làm 4 chương, 67 trang Bố cục đề tài hài hòa, đáp ứng được yêu cầu

9 Kết quả đạt được, giá trị khoa học, khả năng ứng dụng của đề tài:

Đồ án đã thiết kế, chế tạo được mô hình thực tiễn cắp cáp đồng trục tự động Vận dụngđược các nền tảng kiến thức chuyên môn trong lĩnh vực điện tử Xây dựng được mô hình ứngdụng

10.Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

Nhiều phương pháp kéo dây chỉ vẽ hình, nêu ưu nhược điểm nhưng không trình bày rõ cácphương pháp này

Một số hình ảnh lấy nguyên trên mạng, còn cả phần hình nên sở hữu bản quyền không xóanền

Các đề mục, nội dung còn trùng khớp với đề tài trên mạng, SV chưa có nhiều cải tiến, bổsung, chỉnh sửa các nội dung của riêng mình.

tối đa Điểm đánh giá

Kiệt

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải quyết các nhiệm vụ đồ án được giao 8,0 6,0

1a

- Tính cấp thiết, tính mới (nội dung chính của ĐATN có

những phần mới so với các ĐATN trước đây);

- Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; giá trị ứng dụng

thực tiễn;

1,0 1,0

1b

- Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến

thức cơ bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên

cứu;

- Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá;

- Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần,

hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đặt ra;

- Có kỹ năng sử dụng tài liệu liên quan vấn đề nghiên cứu

(thể hiện qua các tài liệu tham khảo)

1,0 1,0

2 Kỹ năng trình bày báo cáo đồ án tốt nghiệp 2,0 1,5

2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích; 1,0 0,75

- Đề nghị: ☒ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

ThS Phạm Văn Phát

Tên đề tài: “Thiết kế, chế tạo máy cắt và tuốt đầu dây điện tự động ứng dụng nguyên

lý hoạt động của động cơ bước”.

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Thịnh

Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Quang Minh

Sinh viên thực hiện: Lê Nguyễn Quang Kiệt

Đề tài: “Thiết kế, chế tạo máy cắt và tuốt đầu dây điện tự động ứng dụng nguyên

lý hoạt động của động cơ bước” Là mô hình máy cắt và tuốt dây điện tự động giúp cắt

và tuốt nhiều loại dây điện khác nhau với tốc độ gia công nhanh Hoạt động của thiết

bị dựa trên cơ chế điều khiển của động cơ bước và động cơ servo để nối với hai động

cơ có board mạch điều khiển là arduino nano và hiển thị trên màn hình LCD Kết quảthực hiện đề tài là một mô hình máy cắt chính xác chiều dài dây, tuốt chính xác độ dài

2 đầu dây, hiển thị được thông số trên màn hình LCD và thi công cơ khí lắp ghép đượccác bộ phận của hệ thống

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Văn Thịnh

1 Tên đề tài:

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CẮT VÀ TUỐT ĐẦU DÂY ĐIỆN TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Board mạch điều khiển : Arduino Nano

- Điều khiển thiết bị điện : Động cơ Servo, Động cơ bước

- Màn hình hiển thị : LCD 16x2

- Vật liệu : Kìm cắt dây, Nhôm định hình, Mica 5mm, Nút bấm

- Sử dụng nguồn Adapter 12V - 5A

Tài liệu ban đầu:

- Tìm hiểu thông tin qua những trang mạng, tài liệu tham khảo

- Tra cứu và tìm hiểu thông tin linh kiện

3 Nội dung chính của đồ án:

Trong đề tài này, nhóm sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung như sau:

1.3 Tổng quan về máy cắt tuốt dây

1.4 Sự khác nhau về động cơ bước và động cơ Servo

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT TUỐT DÂY ĐIỆN2.1 Đối tượng và quy trình nghiên cứu

2.2 Phương án thiết kế bộ phận kéo dây

2.3 Phương án thiết kế bộ phận cắt tuốt dây điện

2.4 Đề xuất phương án thiết kế máy và thông số kỹ thuật

2.5 Giao tiếp module LCD vs Arduino

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN

3.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển

3.2 Khối điều khiển trung tâm

3.3 Khối điều khiển động cơ

3.4 Xây dựng mô phỏng 3D

3.5 Thiết kế hệ thống máy

3.6 Sơ đồ thuật toán

3.7 Sơ đồ nguyên lý mạch điện

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG

KẾT QUẢ, ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

ThS Phạm Văn Phát ThS Nguyên Văn Thịnh

Trước tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn và biết ơn sâu sắc đến thầy NguyễnVăn Thịnh, là giảng viên hướng dẫn chúng em thực hiện đề tài này Thầy đã tận tìnhchỉ bảo, giúp đỡ nhóm trong suốt thời gian thực hiện và cũng là người giúp nhóm đưa

ra những ý tưởng, kiểm tra sự phù hợp của đề tài

Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô trường ĐH Sư phạm Kỹthuật đã giảng dạy và tạo điều kiện trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường

Cuối cùng, nhóm xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân đã luôn ở bên đểđộng viên và là nguồn cổ vũ lớn lao, là động lực giúp nhóm em hoàn thành đề tài này.Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đề tài trong phạm vi và khả năng có thể Tuy nhiên sẽkhông tránh khỏi những thiếu sót Nhóm em rất mong nhận được sự cảm thông và tậntình chỉ bảo của quý thầy cô và toàn thể các bạn

Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

Đề tài “Thiết kế, chế tạo máy cắt và tuốt đầu dây điện tự động ứng dụng nguyên

lý hoạt động của động cơ bước” là đề tài nhóm tự nghiên cứu thực hiện dựa vào tham

khảo một số tài liệu trước đó và không sao chép tài liệu hay công trình nào khác Nếu

có bất kì sự gian lận nào, nhóm xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình Đãthực hiện chính sửa, bổ sung, hoàn thiện theo ý kiến góp ý của Giảng viên phản biện

và Hội đồng chấm Đồ án tốt nghiệp

Nhóm sinh viên thực hiện

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1

TÓM TẮT 1

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG x

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN CẮT TUỐT DÂY ĐIỆN 2

1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 2

1.1.1 Lý do chọn đề tài 2

1.1.2 Câu hỏi nghiên cứu 2

1.1.3 Giả thuyết khoa học 2

1.1.4 Mục tiêu kĩ thuật 2

1.1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài 2

1.1.6 Kết quả mong đợi 2

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT TUỐT DÂY 3

1.2.1 Phương pháp cắt tuốt dây điện thủ công 3

1.2.2 Phương pháp dùng kiềm cắt để cắt tuốt dây điện 3

1.2.3 Phương pháp dùng kìm chuyên dụng để cắt tuốt dây điện 5

1.2.4 Phương pháp cắt tuốt dây điện bằng máy tự động 6

1.2.4.1 Ưu và nhược điểm 6

1.2.4.2 Giới thiệu một số loại máy cắt tuốt dây điện trên thị trường: 7

1.3 TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT TUỐT DÂY 8

1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ bước 8

1.3.1.3 Điều khiển động cơ bước 10

1.3.1.4 Ứng dụng của động cơ bước 11

1.3.1.5 Ưu điểm của động cơ bước 12

1.3.1.6 Nhược điểm của động cơ bước 12

1.3.2 Động cơ Servo 13

1.3.2.1 Khái niệm Servo motor 13

1.3.2.2 Phân loại động cơ Servo 13

1.3.2.3 Cấu tạo của Servo motor là gì 14

1.3.2.4 Nguyên lý hoạt động của Servo Motor 15

1.3.2.5 Ứng dụng của động cơ Servo 16

1.3.3 Vi điều khiển Arduino Nano 17

1.3.4 Màn hình hiển thị LCD 16X2 18

1.3.4.1 Giới thiệu màn hình hiển thị LCD 16X2 18

1.3.4.2 Tổng quát về LCD 16X2 18

1.3.5 Cấu tạo máy cắt tuốt dây điện 20

1.3.5.1 Con lăn 20

1.3.5.2 Vít điều chỉnh độ cao thấp, độ rộng 21

1.3.5.3 Khung máy 21

1.3.5.4 Khớp nối trục 21

1.3.5.5 Dao cắt dây 22

1.3.6 Nguyên lý hoạt động chung của máy cắt tuốt dây điện hiện nay 22

1.3.7 Sơ đồ động học của máy cắt tuốt dây điện 23

1.4 SỰ KHÁC NHAU VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC VÀ ĐỘNG CƠ SERVO 23

1.4.1 Động cơ bước 24

1.4.2 Động cơ Servo 24

1.4.3 Bảng so sánh những đặc điểm cơ bản giữa hai loại động cơ 25

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT TUỐT DÂY ĐIỆN 26

2.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU 26

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 26

2.1.2.2 Nghiên cứu kiến thức và đề xuất giải pháp: 26

2.2 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ PHẬN KÉO DÂY 28

2.2.1 Phương án hai trục cùng quay 28

2.2.1.1 Phương án dùng bộ truyền răng bánh trụ 29

2.2.1.2 Phương án dùng hai cặp bánh răng có bổ sung cánh tay đòn 30

2.2.1.3 Phương án dùng bộ truyền bánh răng nón 31

2.2.1.4 Phương án dùng bộ truyền trục vít – bánh vít 32

2.2.1.5 Phương án dẫn động hai trục từ hai động cơ khác nhau 33

2.2.1.6 Phương án dùng trục các – đăng kép 33

2.2.1.7 Phương án dùng bộ truyền xích 34

2.2.2 Phương án một trục quay 35

2.2.2.1 Phương án dẫn động trực tiếp 35

2.2.2.2 Phương pháp dùng đai dẹt, đai thang 36

2.2.2.3 Phương pháp dùng đai răng 37

2.2.2.4 Phương pháp dùng bánh răng 38

2.2.2.5 Phương pháp dùng xích 39

2.3 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ PHẬN CẮT TUỐT DÂY ĐIỆN 40

2.3.1 Một lưỡi dao cố định và một lưỡi thực hiện chuyển động cắt 40

2.3.2 Cả hai lưỡi dao cùng chuyển động thực hiên chuyển động cắt 40

2.4 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT.40 2.4.1 Đề xuất phương án thiết kế 40

2.4.2 Thông số kỹ thuật của máy 41

2.5 GIAO TIẾP MODULE LCD VS ARDUINO 41

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN 44

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN 44

3.2 KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 44

3.2.1 Thiết kế mạch ổn áp 45

3.2.1.1 Giới thiệu IC LM 2596 45

3.2.1.2 Mạch module LM 2596 47

3.3.1 Nguyên lý hoạt động của A4988 49

3.3.2 Chân ra Driver A4988 50

3.4 XÂY DỰNG MÔ PHỎNG 3D 52

3.4.1 Tổng quan về phần mềm thiết kế 52

3.4.1.2 Ưu điểm 53

3.4.2 Mô hình 3D trên Solidworks 54

3.5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY 58

3.6 SƠ ĐỒ KHỐI 59

3.6.1 Sơ đồ khối cài đặt thông số dây 59

3.6.2 Sơ đồ khối chương trình chính 60

3.7 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN 61

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 64

KẾT QUẢ, ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

PHỤ LỤC 1

Hình 1 2 Một số loại kìm cắt tuốt dây điện đa năng 4

Hình 1 3 Một số loại kìm cắt tuốt dây điện chuyên dụng 5

Hình 1 4 Các bước tuốt dây bằng kìm chuyên dụng 5

Hình 1 5 Các bước tuốt dây bằng kìm chuyên dụng 6

Hình 1 6 Máy cắt tuốt dây điện tự động thương hiệu KINGSING 7

Hình 1 7 Máy cắt tuốt dây điện tự động thương hiệu Schleuniger 8

Hình 1 8 Các loại xung vuông của điện áp điều khiển động cơ bước 9

Hình 1 9 Động cơ servo 13

Hình 1 10 Động cơ DC Servo Motor có chổi than 14

Hình 1 11 Động cơ AC Servo 15

Hình 1 12 Bên trong một microservo 17

Hình 1 13 Loại micro servo Tower Pro 9g phổ biến 17

Hình 1 14 Vi điều khiển Arduino Nano 17

Hình 1 15 Hình dáng của loại LCD thông dụng 18

Hình 1 16 Sơ đồ chân của LCD 19

Hình 1 17 Con lăn C 21

Hình 1 18 Con lăn V 21

Hình 1 19 Con lăn trụ 21

Hình 1 20 Vít điều chỉnh 21

Hình 1 21 Khớp nối trục 22

Hình 1 22 Dao cắt dây 22

Hình 1 23 Sơ đồ động học của máy cắt tuốt dây điện 23

Hình 1 24 Động cơ bước 24

Hình 1 25 Động cơ Servo 24

Hình 2 1 Hệ thống dẫn động một cặp bánh răng trụ 29

Hình 2 2 Hệ thống dẫn động hai cặp bánh răng trụ 29

Hình 2 3 Hệ thống dẫn động một cặp bánh răng trụ có bổ sung cánh tay đòn 30

Hình 2 4 Hệ thống dẫn động dùng bộ truyền bánh răng nón 31

Hình 2 5 Hệ thống dẫn động dùng bộ truyền trục vít - bánh vít 32

Hình 2 8 Hệ thống dẫn động trực tiếp 36Hình 2 9 Hệ thống dẫn động dùng đai dẹt, đai thang 37Hình 2 10 Phương pháp dùng đai răng 37Hình 2 11 Hệ thống dẫn động dùng bánh răng 38Hình 2 12 Hệ thống dẫn động dùng xích 39Hình 2 13 Sơ đồ các chân của LCD 16x2 41Hình 2 14 Sơ đồ giao tiếp giữa LCD với Arduino 42Hình 3 1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển máy cắt tuốt dây điện 44Hình 3 2 Sơ đồ khối điều khiển trung tâm 45Hình 3 3 IC LM 2596 45Hình 3 4 Sơ đồ chân IC LM 2596 46Hình 3 5 Mạch nguyên lý mạch module LM 2596 48Hình 3 6 Sơ đồ mạch in của mạch điều khiển trên Altium 48Hình 3 7 Sơ đồ mạch in 3D của mạch điều khiển trên Altium 49Hình 3 8 Sơ đồ của khối điều khiển động cơ 49Hình 3 9 A4988 – Sơ đồ nối dây 51Hình 3 10 Sơ đồ nguyên lý điều khiển Driver 52Hình 3 11 Phần mềm Solidworks 53Hình 3 13 Bánh răng kim loại 54Hình 3 12 Động cơ Servo MG996R 54Hình 3 15 Ke vuông 54Hình 3 14 Chốt động cơ 54Hình 3 16 Lưỡi kéo 55Hình 3 17 Ke góc nhôm 55Hình 3 19 Giá ống dẫn dây 55Hình 3 18 Màn hình LCD 55Hình 3 21 Puli chủ động 55Hình 3 20 Puli bị động 55Hình 3 22 Cần kéo roller 56

Hình 3 25 Giá đỡ kìm cắt 56Hình 3 27 Mặt trước khung máy 56Hình 3 26 Mặt sau khung máy 56Hình 3 29 Ống dẫn đầu 57Hình 3 28 Nút nhấn 57Hình 3 30 Ống dẫn dây 57Hình 3 31 Khung nhôm 57Hình 3 32 Máy cắt và tuốt dây điện 57Hình 3 33 Mặt trước của máy cắt và tuốt dây điện 58Hình 3 34 Mặt sau của máy cắt và tuốt dây điện 58Hình 3 35 Bảng mạch điều khiển 58Hình 3 36 Sơ đồ khối cài đặt thông số dây 59Hình 3 37 Sơ đồ khối chương trình chính 60Hình 3 38 Bộ nguồn mạch điện 61Hình 3 39 Trình điều khiển A4988 và động cơ bước 62Hình 3 40 Mạch điều khiển Arduino Nano 62Hình 3 41 LCD mạch điều khiển 63Hình 3 42 Nút bấm và động cơ Servo 63Hình 4 1 Step Motor được lắp ráp lên máy 64Hình 4 2 Bo mạch được gia công và lắp ráp lên máy 64Hình 4 3 Con lăn, kéo cắt và tuốt đầu dây điện 65Hình 4 4 Thông số đầu tuốt dây hai đầu được hiển thị trên màn hình LCD 65Hình 4 5 Thông số chiều dài của dây điện được hiển thị lên LCD 66Hình 4 6 Số lượng dây điện mà máy cắt được hiển thị lên LCD 66Hình 4 7 Mô hình sản phẩm thực tế nhìn từ phía bên cạnh 67Hình 4 8 Mô hình sản phẩm thực tế nhìn từ trên xuống 67Hình 4 9 Mô hình thực tế của sản phẩm 68

Bảng 1 2 Chức năng các chân của LCD 16X2 19Bảng 1 3 Những đặc điểm cơ bản giữa hai động cơ 25Bảng 2 1 Các thông số của động cơ bước NEMA 17 26Bảng 2 2 Thông số kỹ thuật của máy 41Bảng 3 1 Sơ đồ chân và chức năng IC LM 2596 46Bảng 3 2 Linh kiện mạch module LM 2596 47Bảng 3 3 Thông số kỹ thuật Driver Motor 50Bảng 3 4 Thông số kỹ thuật Driver A4988 51

CÁC TỪ VIẾT TẮT MÔ TẢ

MỞ ĐẦU

Khi nói đến máy cắt dây thì đa số những người làm về kỹ thuật chúng ta thườngnghĩ ngay đến một loại máy gia công các loại vật liệu có độ cứng cao trong các ngànhcông nghiệp hiện nay Tuy nhiên trong khuôn khổ bài thuyết trình này em muốn giớithiệu tới quý thầy cô một loại máy cắt dây khác và chức năng chính của nó là cắt cácloại dây theo ý muốn của người điều khiển

Loại máy này được giới thiệu lần đầu tiên vào đầu thập niên 90 tại Nhật Bản.Ngày đó, nó là công nghệ mang tính đột phá và bước đầu tạo ra được sự “cạnh tranh”với những người làm thủ công Tuy nhiên, tại thời điểm đó, máy chưa cắt được nhiềuloại dây cũng như độ chính xác không thực sự vượt trội so với con người, cho dù nóthể hiện được sự tiềm năng trong tương lai Do vậy, phương pháp gia công này khôngthu hút được nhiều sự quan tâm

Nhưng khi công nghiệp hóa bùng nổ thì các yêu cầu về việc đưa máy móc vàothay thế con người ngày càng nhiều lên Chính vì lẽ đó Máy cắt dây bắt đầu có chỗđứng, cũng như được quan tâm nhiều hơn, có nhiều tính năng mới và ngày càng hoànthiện hơn để đáp ứng và phục vụ nhu cầu ngày càng cao của các doanh nghiệp Nhưngrào cản lớn nhất khiến cho các doanh nghiệp phải cân nhắc đó là giá thành của máythường cao hơn khả năng cho phép của 1 doanh nghiệp vừa và nhỏ đến rất nhỏ Chính

vì lý do này mà máy cắt dây cỡ nhỏ được ra đời để tối ưu về chi phí Nắm bắt đượcđiều này và với sự tư vấn của thầy Thịnh thì chúng em đã chủ động xin nhận đề tàinày, với mục tiêu: Tạo ra máy cắt dây cỡ nhỏ để đáp ứng cho các doanh nghiệp nhỏtrên cả nước

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài “Thiết kế, chế tạo máy cắt và tuốt đầu dây điện tự

động ứng dụng nguyên lý hoạt động của động cơ bước” là nắm rõ nguyên lý hoạt động

của động cơ bước và động cơ servo, cùng với đó là tìm hiểu về vi xử lý arduino nano

và màn hình hiển thị LCD Nhóm mong muốn từ việc tìm hiểu cũng như thực hiện đềtài này sẽ đạt được một số thành công nhất định , thiết kế được mô hình mạch điềukhiển đẹp, tối ưu và xây dựng được mô hình cụ thể

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN CẮT TUỐT DÂY ĐIỆN1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1.1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, khi công nghiệp hóa bùng nổ thì các yêu cầu về việc đưa máy móc

vào thay thế con người ngày càng nhiều lên Để có được các đoạn dây điện với kích thước mong muốn và giống nhau, máy cắt dây tuốt dây đã được phát minh, bao gồm

nhiều tính năng thích hợp để có thể đáp ứng và phục vụ các nhu cầu ngày càng cao củacác doanh nghiệp Nhưng rào cản lớn nhất khiến cho các doanh nghiệp phải cân nhắc

đó là giá thành của máy thường cao hơn khả năng cho phép của 1 doanh nghiệp vừa vànhỏ, cho đến rất nhỏ Chính vì lý do này mà máy cắt tuốt dây cỡ nhỏ đã được ra đời đểtối ưu hóa về chi phí, và còn giúp giảm về nhân công Nắm bắt được điều này và cùngvới sự tư vấn của thầy Thịnh thì chúng em đã chủ động xin nhận đề tài này, với mụctiêu: “Tạo ra máy cắt tuốt dây cỡ nhỏ để đáp ứng cho các doanh nghiệp nhỏ trên cảnước”

1.1.2 Câu hỏi nghiên cứu

+ Dùng động cơ nào để vận hành đẩy dây và cắt chính xác chiều dài dây, tuốtdây?

+ Điều khiển các động cơ như thế nào ?

1.1.3 Giả thuyết khoa học

Sử dụng động cơ bước để điều chỉnh độ dài của dây, độ dài 2 đầu dây bị tuốt vàđộng cơ Servo để điều chỉnh kìm cắt, tuốt dây

1.1.4 Mục tiêu kĩ thuật

+ Nhằm chế tạo ra máy cắt chính xác chiều dài dây, tuốt chính xác độ dài 2 đầudây, hiển thị được thông số trên màn hình LCD

+ Thi công cơ khí lắp ghép các bộ phận của hệ thống

1.1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

+ Đề tài giúp học sinh hiểu được nguyên lý hoạt động của động cơ bước, động cơServo, ứng dụng của các động cơ vào việc cắt và tuốt đầu dây điện

+ Tính thực tiễn: Máy cắt và tuốt đầu dây tự động giúp giảm nhân công, tạo ra

các đoạn dây điện có chiều dài chính xác

1.1.6 Kết quả mong đợi

Chế tạo ra được máy chạy và vận hành ổn định

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT TUỐT DÂY

1.2.1 Phương pháp cắt tuốt dây điện thủ công

Phương pháp cắt tuốt dây điện thủ công là phương pháp dùng dao để cắt dâyđiện Phương pháp này tương đối đơn giản và dễ tiếp cận để người cắt tuốt dây điện cóthể xử lý nhanh nhất những vấn đề gặp phải khi không có các dụng cụ, công cụ chuyêndụng để hỗ trợ

Hình 1 1 Dùng dao để cắt tuốt dây điện

Ưu điểm:

+ Dễ dàng thực hiện việc cắt tuốt dây điện đơn giản

+ Công cụ cắt tuốt dây đơn giản, dễ tìm thấy

+ Thưc hiện được trong tất cả trường hợp, không gian chật hẹp

+ Cắt tuốt được tất cả các dây có đường kính và kích thước khác nhau

Nhược điểm:

+ Dây điện cắt tuốt còn bị đứt nhiều lõi

+ Kích thước dây điện cắt tuốt không đồng đều

+ Cắt tuốt dây điện chậm, mất nhiều thời gian để làm số lượng lớn

Phạm vi sử dụng:

+ Sử dụng trong hoạt động bình thường đấu nối dây điện

+ Sử dụng trong sản xuất nhỏ lẻ.

1.2.2 Phương pháp dùng kiềm cắt để cắt tuốt dây điện

Phương pháp dùng kìm cắt để cắt tuốt dây điện là phương pháp sử dụng các loạikìm đa năng để thực hiện việc cắt tuốt dây điện Phương pháp này thường được ápdụng cho các công việc không cần độ chính xác cao trong việc cắt tuốt dây điện hoặcthường thấy đối với những người thợ bán chuyên nghiệp Thông thường các bước đểthực hiện phương pháp này như sau:

Bước 1: Đặt dây điện cần tuốt dây vào phần lưỡi của kìm cắt Độ dài đoạn tuốttùy thuộc vào người sử dụng

Bước 2: Bóp kìm lực vừa đủ để làm đứt phần vỏ dây nhưng không làm đứt lõiđồng bên trong ( Lưu ý : Không nên bóp quá mạnh sẽ gây ảnh hưởng đến chất lượnglõi đồng bên trong: Gây hằn vết cắt, xước lõi… dẫn đến tình trạng hư hại, nếu vết cắtsâu có thể gây ra gãy lõi đồng )

Bước 3: Giữ, xoay kìm xung quanh sợi dây điện để làm đứt toàn bộ phần vỏdây

Bước 4: Sau khi xoay xong, dùng ngón cái của tay cầm dây điện từ từ đẩy kéo

ra xa, đồng thời kéo sợi dây điện về phía ngược lại để loại bỏ phần vỏ dây đã được cắt

Bước 5: Kiểm tra lại chất lượng lõi của đoạn dây vừa mới tuốt

Ngoài ra, đối với phương pháp này cần lưu ý một số điều như sau:

+ Không cắt dây cứng trừ khi kìm của chúng ta được thiết kế để cắt loại dâynày Lưu ý về đường kính tối đa mà kìm của ta có thể cắt được với từng loại.+ Không dùng kìm cỡ nhỏ để uốn cong, bẻ dây cứng Vì khi đó ta sẽ làm hưhại mũi kìm Chúng ta nên dùng kìm cỡ lớn cho các loại dây cứng

+ Không dùng búa đóng vào kìm để tạo lực cắt dây cứng hoặc cắt đai ốc.+ Không dùng ống nối vào cán kìm để tăng lực cắt Nếu ta cần cắt vật cứng có

độ dày lớn thì nên dùng kìm cắt cộng lực

+ Không dùng bao cán kìm như vật cách điện trừ trường hợp kìm của chúng ta

là loại chuyên dụng có cách điện (VDE) Bao cán kìm tạo sự thoải mái cho ta khi

sử dụng chứ không phải là vật cách điện hoàn hảo trừ loại kìm chuyên dụng

Hình 1 2 Một số loại kìm cắt tuốt dây điện đa năng

Ưu điểm:

+ Nhỏ gọn, có nhiều chủng loại cho người sử dụng

+ Có thể cắt tuốt được nhiều loại dây: Quá to hoặc quá nhỏ

Nhược điểm:

+ Đòi hỏi kỹ thuật của người sử dụng

+ Khi cắt tuốt dây với số lượng lớn cần phải kẻ vạch trên dây, sản phẩm khôngđẹp, không đồng đều

+ Dễ gây ra đứt gãy lõi dây

+ Mất nhiều thời gian để làm việc

Phạm vi áp dụng:

+ Phương pháp này áp dụng trong các trường hợp không yêu cầu cao trongviệc cắt tuốt dây

+ Áp dụng cho các thợ điện bán chuyên nghiệp

1.2.3 Phương pháp dùng kìm chuyên dụng để cắt tuốt dây điện

Hình 1 3 Một số loại kìm cắt tuốt dây điện chuyên dụng

Phương pháp dùng kìm chuyên dụng để cắt tuốt dây điện là phương phápthường thấy đối với thợ điện chuyên nghiệp Với phương pháp này thường có cácbước như sau:

Bước 1: Đặt sợi dây muốn tuốt vỏ vào kìm Nếu bạn muốn đoạn tuốt dài hơnthì bạn tháo chốt đỏ rồi đẩy thêm dây vào.

Hình 1 4 Các bước tuốt dây bằng kìm chuyên dụng

Bước 2: Bóp mạnh kìm, lưỡi cắt sẽ tự động tách vỏ dây điện ra cho bạn vớinhững dây điện bé hơn (ruột của đoạn dây điên bên trên chẳng hạn) làm tương tự nhưthế cũng không hề gây đứt dây điện của bạn Ngoài ra kìm còn có thể dùng để cắt dâyđiện với vết cắt rất sắc và gọn

Hình 1 5 Các bước tuốt dây bằng kìm chuyên dụng

Ưu điểm:

+ Vết cắt có độ chính xác cao hơn so với kìm cắt thông thường

+ Có khả năng tùy chỉnh độ dài tuốt theo ý muốn

Nhược điểm:

+ Khả năng tùy biến trong sử dụng không cao

+ Bị giới hạn về đường kính dây và chiều dài cần tuốt

1.2.4 Phương pháp cắt tuốt dây điện bằng máy tự động

1.2.4.1 Ưu và nhược điểm

Phương pháp cắt tuốt dây điện bằng máy chuyên dụng được biết đến là mộtphương pháp thường dùng trong sản xuất công nghiệp Các loại máy được sử dụng đểlọc bỏ lớp vỏ cách điện bên ngoài của dây điện Đối với loại máy này thì việc cắt tuốt

hai đầu trở nên nhanh, chuẩn xác và dễ dàng hơn rất nhiều Phương pháp này có thểđáp ứng được nhiều loại kích thước khác nhau, giúp tiết kiệm nhiều thời gian và côngsức.

Ưu điểm:

+ Phù hợp với mọi kích thước của dây điện

+ Tốc độ làm việc của máy rất nhanh chóng và độ chính xác cao

+ Có thể điều chỉnh tốc độ cắt tuốt dây của máy theo yêu cầu của người sửdụng

+ Lưỡi dao của máy cắt và tuốt dây điện hoạt động rất hiệu quả nhờ quay vớitốc độ cao

+ Chiều dài của lớp tuốt dây điện còn có thể điều chỉnh tùy theo yêu cầu.+ Nguyên lý làm việc dễ dàng, an toàn, chính xác và có độ bền cực kỳ cao.+ Để đáp ứng nhu cầu sử dụng, trên thị trường có 2 dạng máy thủ công:Máy cầm tay và máy cố định

+ Thành phẩm của máy cắt tuốt dây điện vừa có tính thẩm mỹ, vừa sạch đẹp

mà không gây ảnh hưởng đến lõi dây điện

Nhược điểm:

+ Trong suốt quá trình làm việc, máy vẫn còn phát ra tiếng ồn

+ Giá thành và chi phí của máy vẫn cao

1.2.4.2 Giới thiệu một số loại máy cắt tuốt dây điện trên thị trường: Máy cắt tuốt dây điện tự động thương hiệu KINGSING:

Hình 1 6 Máy cắt tuốt dây điện tự động thương hiệu KINGSING

Ưu điểm:

+ Thiết kế nhỏ gọn, có thể xử lý các dây điện/cáp có đường kính từ 4-10mm.+ Bộ phận thiết kế cho phép năng suất tối đa và thời gian phục vụ lâu dài.+ Hoàn toàn tự động, hoạt động đơn giản, linh hoạt

+ Cắt tuốt dây điện/cáp 2 lõi và 3 lõi, tuốt một nửa hoặc tuốt toàn bộ Có thểđiều chỉnh được chiều dài cắt và tuốt dây điện/cáp

+ Bộ nhớ có chức năng lưu giữ được 40 nhóm chương trình

+ Thiết lập độ dài cắt, tuốt vỏ ngoài và lõi bên trong thông qua LCD cảm ứng

Máy cắt tuốt dây điện tự động thương hiệu Schleuniger:

Hình 1 7 Máy cắt tuốt dây điện tự động thương hiệu Schleuniger

Ưu điểm:

 Màn hình cảm ứng màu sắc trực quan

 Không cần điều chỉnh cơ khí khi thay đổi kích cỡ dây

 Bộ cảm biến kích hoạt rất nhạy - hoạt động tốt cho các dây nhỏ, dây dẻo

 Người vận hành có thể bao quát toàn bộ khu vực làm việc

 Kiểm soát xoắn lõi dây bên trong

 Tính linh hoạt, đa dạng và độ chính xác cao

1.3 TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT TUỐT DÂY

1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ bước

1.3.1.1 Giới thiệu chung về động cơ bước

Động cơ bước là loại động cơ được dùng để biến đổi các lệnh cho dưới dạngxung điện thành sự dịch chuyển dứt khoát về góc hay đường thẳng

Động cơ làm việc phải có kèm theo bộ đổi chiều điện tử dùng để chuyển đổicác cuộn dây điều khiển của động cơ bước với thứ tự và tần số tuỳ theo lệnh đã cho.Góc quay tổng hợp của rotor động cơ bước tương ứng chính xác với số lần chuyểnđổi các cuộn dây điều khiển, chiều quay phụ thuộc theo thứ tự chuyển đổi, tốc

độ quay phụ thuộc tần số chuyển đổi Như vậy trong trường hợp tổng quát có thể xemđộng cơ bước với bộ điều khiển đổi chiều điện tử như là một hệ thống điều chỉnhtần số của động cơ đồng bộ với khả năng định vị trí góc xoay rotor

Với nhiệm vụ và chức năng nói trên, động cơ bước đòi hỏi những yêu cầu riêng

về kỹ thuật, ngoài những yêu cầu chung:

+ Có bước chuyển dịch bé

+ Momen đồng bộ hoá đủ lớn đảm bảo được sai số góc nhỏ nhất khi thực hiệnbước di chuyển

+ Không tích luỹ sai số khi tăng số bước

+ Động cơ và cả bộ điều khiển đổi chiều có cấu tạo đơn giản

Tuỳ theo cấu tạo, động cơ bước có những loại như :

+ Chỉ thị hay động lực

+ Có một stator hay nhiều stator

+ Có một hay nhiều cuộn dây điều khiển (quấn tập trung hoặc quấn rải)

+ Rotor tác dụng (có dây quấn kích thích hoặc nam châm vĩnh cửu) và Rotorphản kháng(không có dây quấn) hoặc lai(kết hợp cả rotor tác dụng và phảnkháng).

+ Rotor hình đĩa hay rotor mạch in

+ Bước dịch chuyển xoay hay dịch chuyển thẳng trực tiếp

Nguyên lý chung:

+ Stato gồm các cuộn dây đặt trên 1 vòng tròn Khi đặt điện áp vào cuộn dâythì cuộn dây trở thành 1 nam châm điện, có 2 cực Bắc – Nam Cách xácđịnh cực của nam châm điện dựa vào quy tắc nắm tay phải: để bàn tay khum lạisao cho ngón giữa chỉ chiều dòng diện, ngón cái chỉ chiều đường sức, haicực của nam châm tuân theo quy luật “ra Bắc vào Nam”

+ Roto là các nam châm có cực Bắc – Nam Các cực của Stato sẽ hút các cựckhác tên của Roto Bằng cách cấp điện áp cho cuộn này, tắt điện áp củacuộn khác thì sẽ làm cho roto xoay đi được 1 góc gọi là góc bước 𝜃 Để quayhết một vòng, roto cần phải thực hiện 360/ 𝜃 bước

+ Điện áp điều khiển động cơ bước thường là điện áp có dạng xung vuông

Có 2 loại xung vuông: xung 1 cực và xung 2 cực

Hình 1 8 Các loại xung vuông của điện áp điều khiển động cơ bước

1.3.1.2 Phân loại động cơ bước

Phân loại động cơ bước tùy theo số pha như sau:

+ Loại 1: Động cơ bước 2 pha chính là loại động cơ bước bao gồm có 4 dây,động cơ bước 6 dây hoặc có khi là động cơ bước 8 dây

+ Loại 2: Động cơ bước 3 pha là chính là loại động cơ bước 3 dây hoặc có khi

là động cơ bước 4 dây

+ Loại 3: Động cơ bước 5 pha chín là loại động cơ bước gồm có 5 dây

Phân loại theo số lượng cực của động cơ bước như sau:

+ Động cơ đơn cực: Dòng điện luôn luôn chạy qua cuộn dây chỉ theo cùngmột hướng Điều này cho phép động cơ sử dụng mạch điều khiển đơn giản, vì nó

sẽ tạo ra mô men xoắn ít hơn là động cơ lưỡng cực

+ Động cơ lưỡng cực: Dòng điện của động cơ có thể chạy qua cuộn dây theo 1trong 2 hướng Trong khi đó, điều này lại đòi hỏi một mạch điều khiển phức tạphơn là động cơ đơn cực, nó sẽ tạo ra nhiều mô men xoắn hơn nữa

Phân loại động cơ bước tùy theo các Rotor như sau:

+ Động cơ bước nam châm vĩnh cửu (tiếng Anh gọi là Permanent magnetstepper viết tắt là PM) chỉ sử dụng một nam châm vĩnh cửu bên trong rotor Nóhoạt động dựa trên lực hút hoặc lực đẩy giữa các bộ phận rotor PM và nam châmđiện của stator

+ Động cơ bước có biến đổi điện trở (tiếng Anh gọi là Variable ReluctanceStepper Motor viết tắt VR) có một rotor sắt trơn Nó hoạt động dựa trên nguyêntắc miễn cưỡng tối thiểu, điều này xảy ra với khe hở tối thiểu, do đó các điểmrotor của động cơ để bị hút về phía cực nam châm của phần stator

+ Động cơ bước đồng bộ lai (còn gọi là Hybrid Synchronous Stepper Motorviết tắt là HB Đặt tên như vậy bởi vì chúng sử dụng kết hợp đồng thời các kỹthuật nam châm vĩnh cửu (tức là PM) và biến đổi điện trở (tức là VR) để đạtđược công suất tối đa trong một kích thước vô cùng nhỏ gọn

1.3.1.3 Điều khiển động cơ bước

Điều khiển tốc độ quay của động cơ bước :

Động cơ bước có thể quay với bất kỳ tốc độ nào trong giải từ 0 vòng/phút đếngiá trị cực đại cho phép Do tính chất đặc biệt, động cơ bước có thể dừng đột ngột

ở bất kỳ vị trí nào trong độ phân giải của góc bước khi đang quay với bất kỳ tốc độnào trong dải cho phép Vì vậy động cơ ít khi được dùng cho các thiết bị cần quay vớitốc độ đều (trường hợp này ta sử dụng các loại động cơ khác đơn giản hơn) mà nóđược sử dụng chủ yếu để điều khiển thích nghi, nghĩa là tốc độ quay biến đổi liên tục,thậm chí động cơ phải dừng và đứng yên ở vị trí bám sát Do đó, vận tốc quay củađộng cơ bước thường luôn được hiểu là vận tốc trung bình

Giả sử trong thời gian t (giây) động cơ thực hiện n lần dịch bước (mỗi lần dịchmột bước) thì tần số dịch bước là f = n/t

Giả sử góc bước của động cơ là 0 thì để đạt được một vòng quay động cơ cầndịch 3600/ 0 bước.

Vận tốc trung bình v của động cơ bước trong thời gian t giây là :

v  f 

360Điều khiển vận tốc động cơ bước được thực hiện bằng cách thay đổi tần sốdịch bước f Lưu ý rằng tần số dịch bước f trong trường hợp tổng quát không đồngnhất với tần số các xung điều khiển, mà là tổ hợp của sự biến đổi các trạng thái của cácxung điện điều khiển đó Vì vậy việc điều khiển này thường được thực hiện bởi các vi

xử lý

Điều khiển chiều quay của động cơ bước :

Chiều quay của động cơ một chiều có thể thay đổi bằng cách đảo chiều dòngđiện cấp vào Đối với động cơ bước, chiều quay nhìn chung không đồng nhất vớichiều dòng điện cấp cho các cuộn dây mà nó phụ thuộc thứ tự chuyển dịch các bước.Chẳng hạn, rotor đang ở vị trí bước thứ n, nếu ta cấp điện sao cho nó chuyển sang vịtrí bước thứ (n+1) thì động cơ quay phải, nếu ta cấp điện sao cho rotor chuyển sang vịtrí bước thứ (n-1) thì động cơ quay trái Bộ tạo xung điều khiển sẽ thực hiện việc này

Chiều quay của động cơ bước được xác định bằng thứ tự chuyển dịch cáctrạng thái cấp điện của các cuộn dây stator

1.3.1.4 Ứng dụng của động cơ bước

+ Tự động hóa: trong thiết bị điều khiển robot, điều khiển lập trình trongcác thiết bị gia công cắt gọt

+ Điện tử tiêu dùng: dùng trong máy ảnh số để lấy nét và điều chỉnh tiêu cự.+ Ô tô và máy bay: để kiểm soát hành trình, định vị ăng ten quân sự, dùngtrong thiết bị cảm biến tự động, ăng ten, thiết bị quét

+ Thiết bị văn phòng: dùng bên trong máy tính, ổ đĩa lưu trữ dữ liệu, đầu ổ đĩaquang máy in, máy in mã vạch, máy quét

+ Y tế: trong máy quét y tế, động cơ bước điều khiển chuyển động đa trục vi

mô hoặc nano của thiết bị tự động, máy bơm pha chế, dụng cụ lấy mẫu và dụng

cụ tiêm tự động sắc ký, chụp ảnh nha khoa kỹ thuật số, máy bơm chất lỏng, mặt

nạ phòng độc, máy phân tích máu

(vòng/

s))

+ Máy công nghiệp: sử dụng trong đồng hồ đo ô tô, thiết bị sản xuất tự động(bộ điều khiển động cơ bước đơn /đa trục) và trong bộ dụng cụ trang bị thêm(bộ điều khiển động cơ bước và động cơ) cho điều khiển máy CNC.

+ Thiết bị khoa học: máy quang phổ thiết bị khoa học, định vị kính viễn vọngquan sát

+ Hóa học: thiết bị trộn và lấy mẫu sử dụng bộ điều khiển động cơ bước vàthiết bị kiểm tra môi trường có động cơ bước đơn/ đa trục được điều khiển.+ An ninh: sản phẩm giám sát mới cho ngành công nghiệp bảo mật

+ Công nghiệp games: cung cấp trong máy đánh bạc, máy kéo bánh xe

1.3.1.5 Ưu điểm của động cơ bước

+ Góc quay của động cơ tỷ lệ với xung đầu vào

+ Động cơ có mô-men quay đầy đủ ở trạng thái dừng (nếu cuộn dây được cấp điện đầy đủ)

+ Bảo trì ít hoặc không cần bảo trì

+ Phản ứng tuyệt vời để khởi động/ dừng / đảo chiều

+ Tuổi thọ của động cơ chỉ đơn giản phụ thuộc vào tuổi thọ của ổ trục

+ Động cơ được điều khiển vòng hở với các xung đầu vào kỹ thuật số giúp việc điều khiển ít tốn kém hơn và đơn giản hơn

+ Có thể đạt được tốc độ đồng bộ rất thấp với tải được ghép trực tiếp vào trục.+ Có dải rộng tốc độ quay vì tốc độ tỷ lệ thuận với tần số của các xung đầuvào

1.3.1.6 Nhược điểm của động cơ bước

+ Cộng hưởng có thể xảy ra trong động cơ nếu không được điều khiển đúng cách

+ Không dễ để vận hành động cơ ở tốc độ rất cao

+ Khả năng hạn chế khi giữ tải quán tính lớn

1.3.2 Động cơ Servo

1.3.2.1 Khái niệm Servo motor

Động cơ servo hay còn gọi là servo motor là một loại máy móc chuyên dùng đểcung cấp cơ năng cho một thiết bị, dây chuyền hay cơ cấu nào đó trong quá trình sảnxuất và chế tạo Chúng có nhiệm vụ là đầu tàu cung cấp lực kéo các dây chuyền

hay các cơ cấu khác hoạt động theo Thiết bị này sử dụng từ trường để biến điện năngthành cơ năng dưới dạng xoay nhằm kéo tải Servo là một dạng động cơ điện đặcbiệt, không giống như động cơ thông thường cứ cắm điện vào là quay liên tục, servochỉ quay khi được điều khiển với góc quay nằm trong khoảng bất kì từ 0o - 180o Mỗiloại servo có kích thước, khối lượng và cấu tạo khác nhau Có loại thì nặng chỉ 9g (chủyếu dùng trên máy bay mô mình), có loại thì sở hữu một momen lực rất lớn (vài chụcN/m).

Động cơ servo phải được kết nối với một cơ cấu cơ khí nào đó để cungcấp cơ năng thông qua chuyển động quay của mình Chính vì thế mà thực tế thì chúngchỉ có giá trị khi chúng ta kết nối giữa chúng và các thiết bị, cơ cấu khác với nhau nhưbăng chuyền, hệ thống đai, hệ thống xích, hệ thống bơm,…

Hình 1 9 Động cơ servo

1.3.2.2 Phân loại động cơ Servo

Trên thị trường hiện nay phổ biến với 2 loại động cơ servo là DC Servo motor

và AC Servo motor:

 AC servo motor là loại động cơ cho phép xử lý các dòng điện cao nên thường

được sử dụng trong máy móc công nghiệp đặc biệt là các loại máy CNC, máyphay, máy tiện cơ khí, các máy thủy lực,…

 DC servo motor không được thiết kế cho các dòng điện cao và thường phù hợp

hơn cho các ứng dụng có dòng điện nhỏ hơn như máy bơm nước, máy nén khí,

… Động cơ DC servo còn được chia làm 2 loại đó là động cơ 1 chiều cóchổi than và động cơ 1 chiều không chổi than.

Nhờ sự phát triển vượt bậc công nghệ điều khiển điện nên hiện nay hầu hếtngười ta đều sử dụng động cơ AC Servo Motor

1.3.2.3 Cấu tạo của Servo motor là gì

DC Servo Motor có chổi than: loại động cơ này sẽ bao gồm 4 bộ phận chính

đó là stato, rotor, chổi than và cuộn cảm lõi

Ưu điểm: động cơ DC servo có chổi than là tương đối dễ điều khiển, giá

thành tương đối rẻ

Nhược điểm: khi vận hành thương gây ra tiếng ồn, nhiệt độ cao khi vận

hành và quán tính cao khi giảm tốc độ Để khắc phục được vấn đề này thì người ta haydùng động cơ DC không chổi than

DC Servo Motor không có chổi than: cấu trúc của loại động cơ này sẽ

tương đối giống với động cơ có chổi than Điều khác biệt là các cuộn pha được lắp ởrotor là động cơ vĩnh cửu Hoạt động êm và không gây tiếng ồn nên thườngđược sử dụng rộng rãi và phổ biến hơn so với dòng có chổi than

Động cơ AC Servo được sử dụng trong các ngành công nghiệp đa phần là

động cơ một chiều không chổi than Động cơ Servo có cấu tạo 2 phần chính giốngvới động cơ bước là Rotor và Stator Với Rotor là nam châm vĩnh cửu có từ trường

Hình 1 10 Động cơ DC Servo Motor có chổi than