Phân loại và nguyên lý hoạt động của động cơ bước trong robot công nghiệp

Phân loại động cơ bước

Căn cứ vào cấu tạo, động cơ bước được phân thành hai loại thông dụng là động cơ bước có từ trở biến đổi ( Variable reluctance – VR ) và động cơ bước nam châm vĩnh cửu ( Permanent Magnet – PM ), cả hai loại động cơ bước này đều hoạt động bằng cách kích thích xung điện áp chữ nhật vào cuộn dây stato, từ đó sẽ biến đổi thành chuyển dịch theo góc, ngoài ra còn loại động bước kiểu lai, nó là sự kết hợp của hai loại động cơ bước trên. Là động cơ có các cuộn dây cuốn trên các răng của của stato còn rôto làm bằng sắt non là loại sắt từ không có khả năng giữ từ trường khi ngừng kích thích. Tuy nhiên do rôto không có mômen dư khi ngừng kích thích , động cơ quay tự do, góc bước của động cơ VR thường là 7,50 và 150.

Ta kích thích cuộn dây một pha nào đó bắng nguồn một chiều khi đó lực từ trường do cuộn dây của stato sinh ra sẽ đẩy rôto tới vị trí mà tại đó tiết diện răng rôto và tiết diện răng stato đối diện vì tại vị trí này từ trở nhỏ nhất nên động cơ sẽ ở trạng thái cân bằng. Giả xử khi pha C được kích thích thì Rôto ở vị trí như hình a, nếu ngừng kích thích pha C và kích thích pha B thì răng rôto có vị trí gần pha B sẽ được đẩy vào vị trí đối diện thẳng hàng với răng của stato khi đó rôto sẽ chuyển động được một bước. Cứ tiếp tục kích thích xung như vậy thì rôto sẽ chuyển động theo vòng trò, đây là lý do tại sao động cơ bước loại VR hoạt động được.

Tuy nhiên nếu ta kích thích pha C thay vì pha A thỉ rôto sẽ quay theo chiều kim đồng hồ trở về vị trí pha C ban. Cực từ của nam châm vĩnh cửu của rôto sẽ tương tác với cực từ được sinh ra trên stato theo nguyên tắc cùng dấu thì đẩy nhau trái dấu thì hút nhau, đây chính là nguyên nhân làm cho rôto chuyển động. Trên hình a là pha A được kích thích với điện áp dương, khi pha A ngắt điện cho pha B được kích thích với điện áp dương thì rôto sẽ dịch thêm một đoạn cùng chiều đó.

3 : Hai cuộn stato (một cuộn điều khiển đơn cực và một cuộn điều khiển lưỡng cực) được đặt ở trong hai nửa stato. Động cơ PM có đặc điểm là khi động cơ bị cắt nguồn cấp cho các pha thì vẫn còn có từ trường dư ở các pha stato tác dụng với từ trường nam châm vĩnh cửu trên rôto vì vậy động cơ vẫn được hãm ở vị trí ổn định. Mômen này có thể coi như mômen hãm của động cơ bước, trong khi đó động cơ bước kiểu VR không có khả năng hãm này khi tất cả các cuộn dây không được kích thích do vật liệu làm rôto không có từ dư.

Là sự kết hợp của hai loại động cơ kiểu VR và PM, cấu trúc stato gồm một số cực lớn, trên mỗi cực lớn lại được chia thành các răng nhỏ. Trên các cực của stato được đặt các cuộn dây pha, mỗi cuộn dây pha đượcquấn thành 2 hoặc 4 cuộn dây dặt xen kẽ nhau hình thành lên các cực N và S, đồng thời đối diện với mỗi cực bối dây là các răng của rôto và cũng được đặt xen kẽ giữa hai vành răng của stato. Tỷ số momen và quán tính roto có ảnh hưởng quyết định đến khả năng dừng ngay khi chuỗi xung điều khiển đã ngắt.

Động cơ biến tần

Trong robot công nghiệp, các thiết bị cảm biến trang bị cho robot để thực hiện việc nhận biết và biến đổi thông tin về hoạt động của bản thân robot và của môi trường, đối tượng mà robot phục vụ. - Cảm biến ngoại tín hiệu ( external sensor) cung cấp thông tin về đối tác và môi trường làm việc phục vụ cho việc nhận dạng các vật xung quanh, thực hiện di chuyển hoặc thao tác trong không gian làm việc. Cảm biến kiẻu này hoạt động theo nguyên lý của một biến áp sai động ( differential transfomer): lừi từ chuyển động tương đối với hai cuộn dõy cố định và làm việc thay đổi dòng cảm ứng giữa chúng.

Phạm vi sử dụng vận tốc kế ( tachometers) và gia tốc kế ( accelerometers) ngày nay trở nên thu hẹp, mà thông dụng hơn là xác định theo số gia của các thông tin cảm biến vị trí bằng kỹ thuật số hay kỹ thuật vi mạch. Bộ điện cực có lớp vỏ cao su ( 6) chuyển dịch tạo lực từ phía ngoài tác động lên mỗi điểm nhạy cảm làm thay đổi điện trở của vật dẫn và do vậy làm thay đổi dòng điện. Với nguyên lý hoạt động như sau: Khi cảm biến đối diện với các vật có từ tính sẽ gây ra hiện tượng thông mạch và trên đường tín hiệu ra có một điện áp ở mức 24V, và đưa về bộ điều khiển dưới dạng xung điện này.

Hệ truyền động tự động thuỷ khí công nghiệp làm việc theo chu trình là 1 hệ truyền động gồm nhiều hệ truyền động cơ sở làm việc một cách lôgíc sao cho trình tự cơ cấu chấp hành thực hiện xong chúng trở lại vị trí ban đầu và lặp đi lặp lại. Với các máy có hệ thồng truyền động khí nén, các điều kiện làm việc cũng có thể được mô tả bằng các chu trình hoặc các biểu đồ trình tự làm việc, nhưng thời gian của mỗi một chu trình làm việc không xác định bởi vận tốc các cơ cấu chấp hành mà phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố phụ mà ta có thể điều chỉnh được. Hai cách điều khiển theo thời gian và theo áp suất có nhược điểm là khi tải thay đổi đột ngột hoặc khi các thông số khí thay đổi, chuyển động của cơ cấu chấp hành có thể sảy ra trước.

Do vậy các hệ điều khiển theo vị trí, trong đó chuyển động của từng cơ cấu chấp hành chỉ có thể bắt đầu theo 1 trình tự vị trí xác định của tất cả các cơ cấu chấp hành còn lại là phổ biến trong hệ truyền động tự động khí nén. - Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: Máy nén khí theo kiểu pittong, máy nén khí theo kiểu cánh gạt, máy nén khi theo kiểu root, máy nén khí theo kiểu trục vít. + Trong điều kiện áp suất sơ cấp P1 không dao động và dòng khí yêu cầu phía thứ cấp ổn định, van duy trì ở một vị trí ổn định và các lực Fs, Fd bằng nhau, nhưng ngược chiều.

Khi yêu cầu về lưu lượng Q trong hệ thống tăng lên, áp suất P2 sẽ giảm và sự cân bằng bị phá vỡ ( Fs>Fd), lò xo sẽ đẩy màng đi xuống và lỗ thông khí của van mở rộng hơn, độ chênh lệch áp suất P sẽ giảm và áp suất lại tăng lên, sự cân bằng được xác lập trở lại(Fs= Fd). Thông số cơ bản cho mạng đường ống lắp ráp cố định là ngoài lưu lượng khí nén còn vận tốc dòng chảy, tổn thất áp suất trong ống dẫn khí nén, áp suất yêu cầu, chiều dài ống dẫn và các phụ tùng nối ống. Ngoài mối nối bằng ren, mạng đường ống lắp ráp di động còn sử dụng các mối nối cắm với các đầu kẹp tuỳ theo áp suất yêu cầu của khí nén cho từng loại máy mà chọn những loại ống dẫn có những tiêu chuẩn kỹ thuật khác nhau.

Trước hết là do đặc điểm nén được của chất khí, cho nên chuyển động do chúng được thực hiện thường kèm theo dao động không chính xác lúc dừng, nhất là hoặc các vị trí trung gian. Chính vì những lý do đó, hiện nay các hệ truyền động tự động khí nén thường dùng chủ yếu trong các người máy công nghiệp có điều khiển theo chu kỳ, thực hiện các thao tác đơn giản.