Chọn Motor cho AMR: tính mô-men và tốc độ cần thiết từ khối lượng thực tế
Atlasbot · 17/8/2026 · 12 phút đọc
Bài Động cơ cho AMR đã so sánh định tính giữa DC chổi than, BLDC, và Servo. Câu hỏi tiếp theo khi thiết kế thực tế: với robot khối lượng đã biết (từ bài Thiết kế cơ khí), cần động cơ thông số bao nhiêu mới đủ chạy? Chỉ cần hai phép tính.
Khái niệm chính
Quy trình chọn động cơ cho AMR gồm đúng 2 bước kiểm tra, theo thứ tự bắt buộc:
- Bước 1 — Tốc độ tối đa — từ RPM động cơ và bán kính bánh, tính ra tốc độ di chuyển lý thuyết
- Bước 2 — Kiểm tra mô-men — xác nhận động cơ đủ sức thắng ma sát và khởi động robot từ đứng yên
Cả hai bước phải đạt yêu cầu đồng thời — động cơ tốc độ cao thường đi kèm mô-men thấp hơn (đánh đổi cố hữu của động cơ DC), nên không thể chỉ nhìn RPM mà bỏ qua bước kiểm tra mô-men.
Nguyên lý hoạt động
Tốc độ tối đa tính trực tiếp từ vận tốc góc động cơ và bán kính bánh xe:
v_max = ω × r = (2π × RPM / 60) × r
Mô-men cần thiết để thắng ma sát lăn và khởi động robot từ đứng yên, phân bổ đều cho các bánh chủ động:
T_yêu_cầu = (m × g × μ × r) / n_bánh_dẫn_động
Trong đó m = khối lượng robot (kg), g = 9.8 m/s², μ = hệ số ma sát lăn (thường 0.5-0.7 cho bánh cao su trên sàn phẳng), r = bán kính bánh, n = số bánh chủ động. Mô-men khoá trục (stall torque) ghi trên datasheet động cơ — giá trị tại tốc độ 0 khi động cơ bị chặn cứng — cần cao hơn đáng kể mức yêu cầu tính được, không chỉ vừa đủ, vì đây không phải mô-men liên tục khi đang quay ở tốc độ định mức (thấp hơn đáng kể theo đường cong torque-speed của động cơ DC).
Kiến thức kỹ thuật
Công thức
Ví dụ với bánh xe bán kính r = 0.0325m (65mm đường kính, kích thước phổ biến cho robot cỡ nhỏ), động cơ 120 RPM:
ω = 2π × 120 / 60 ≈ 12.57 rad/s
v_max = 12.57 × 0.0325 ≈ 0.41 m/s (≈ 1.47 km/h)
Ví dụ robot 3kg, μ = 0.6, 2 bánh chủ động (differential drive):
T_yêu_cầu = (3 × 9.8 × 0.6 × 0.0325) / 2 ≈ 0.287 N·m ≈ 2.93 kgf·cm/bánh
Thông số
| Bước | Công thức | Cần biết trước |
|---|---|---|
| 1. Tốc độ tối đa | v = ω × r | RPM động cơ, bán kính bánh |
| 2. Mô-men cần thiết | T = (m·g·μ·r) / n | Khối lượng robot, hệ số ma sát, số bánh dẫn động |
| 3. Chọn động cơ | Stall torque ≥ 2-3× T yêu cầu | Datasheet động cơ ứng viên |
Biên độ dự phòng 2-3 lần cần thiết vì công thức trên chưa tính tới: leo dốc nhẹ (thêm thành phần trọng lực dọc theo mặt dốc), khởi động đột ngột (cần mô-men tức thời cao hơn mô-men duy trì tốc độ đều), chở thêm tải (khối lượng m tăng so với robot rỗng), hoặc sàn không hoàn toàn phẳng (ma sát μ cao hơn giả định).
Ứng dụng thực tế
Đây đúng là phép tính đã dùng trong nội dung dự án Diff Robot (phần showcase của trang này) — động cơ GA25 120RPM cho tốc độ tối đa lý thuyết ~0.41 m/s. Muốn robot nhanh hơn, cần RPM cao hơn hoặc bánh xe lớn hơn — nhưng RPM cao hơn thường đi kèm mô-men thấp hơn, cần kiểm tra lại bước 2 mỗi khi thay đổi lựa chọn RPM.
Ví dụ thực tế
Robot 5kg (bao gồm cả hàng chở), μ = 0.6, r = 0.0325m, 4 bánh chủ động (Mecanum):
T_yêu_cầu = (5 × 9.8 × 0.6 × 0.0325) / 4 ≈ 0.239 N·m ≈ 2.44 kgf·cm/bánh
Với biên độ dự phòng 2.5 lần: cần chọn động cơ có stall torque
≥ 2.44 × 2.5 ≈ 6.1 kgf·cm
Tra datasheet động cơ GA25 các phiên bản RPM khác nhau:
- 120 RPM, stall torque ~8 kgf·cm → đạt yêu cầu, v_max ≈ 0.41 m/s
- 200 RPM, stall torque ~5 kgf·cm → KHÔNG đạt yêu cầu dù v_max cao hơn (~0.68 m/s)
→ Chọn phiên bản 120 RPM, chấp nhận tốc độ thấp hơn để đảm bảo đủ mô-men
Lỗi thường gặp
- Chỉ nhìn RPM/tốc độ mà bỏ qua kiểm tra mô-men — như ví dụ trên, RPM cao hơn không tự động là lựa chọn tốt hơn nếu mô-men không đủ khởi động robot từ đứng yên.
- So sánh sát nút
T_yêu_cầuvới stall torque, không chừa biên độ — công thức chỉ mô tả điều kiện lý tưởng (sàn phẳng, không tải thêm, không leo dốc), vận hành thực tế luôn khắc nghiệt hơn đáng kể. - Dùng khối lượng robot rỗng thay vì khối lượng có tải khi tính toán — với AMR chở hàng,
mtrong công thức phải tính cả khối lượng hàng hoá tối đa dự kiến, không chỉ khối lượng khung robot. - Bỏ qua hệ số ma sát thực tế của bề mặt sàn vận hành — μ = 0.5-0.7 chỉ là giá trị tham khảo cho sàn phẳng tiêu chuẩn; sàn thảm, sàn gồ ghề, hoặc sàn ướt có thể có μ khác biệt đáng kể.
Kết luận
Chọn động cơ cho AMR không phải chọn theo cảm tính "RPM càng cao càng tốt" — cần cả 2 bước kiểm tra tốc độ và mô-men đồng thời, với biên độ dự phòng đủ rộng cho điều kiện vận hành thực tế khắc nghiệt hơn lý thuyết. Bài Chọn Encoder tiếp theo sẽ bàn cách chọn độ phân giải encoder khớp với RPM động cơ vừa chọn ở đây — hai lựa chọn này luôn phải đi cùng nhau, không tách rời.
