Động cơ DC, Servo hay Stepper? Hướng dẫn chọn động cơ cho robot

Ba loại động cơ trong thế giới robot

Mọi chuyển động của robot giáo dục đều đến từ ba loại động cơ: DC giảm tốc (quay liên tục, kéo bánh xe), servo (quay đến góc chỉ định rồi giữ) và động cơ bước (quay từng bước nhỏ chính xác). Chọn sai loại động cơ là lỗi thiết kế tốn kém nhất: không code nào cứu được chiếc xe dùng servo 360 yếu ớt hay cánh tay dùng động cơ DC không biết vị trí.

Bài này là bản đồ đầy đủ để chọn đúng ngay từ đầu.

Động cơ DC giảm tốc - trái tim của xe robot

Nguyên lý và đặc điểm

Động cơ DC quay liên tục khi cấp điện, đổi chiều khi đảo cực, thay tốc độ theo điện áp (thực tế: theo duty cycle PWM). Vấn đề: động cơ DC trần quay hàng nghìn vòng/phút nhưng mô-men rất yếu — vì vậy luôn đi kèm hộp số giảm tốc đánh đổi tốc độ lấy lực kéo.

Đại diện quen thuộc nhất là động cơ TT màu vàng (tỉ số 1:48): 3-6V, ~200 vòng/phút ở 6V, mô-men ~0.8 kg.cm, giá 12.000-20.000 đ — gắn trên hầu hết kit xe robot bán tại Việt Nam.

Thông số cần đọc hiểu khi mua

Dòng khóa trục là con số an toàn quan trọng nhất: khi robot húc tường mà bánh vẫn cố quay, mỗi động cơ hút 1.5-2 A — driver và nguồn phải chịu được mức này, không phải mức "dòng không tải" ghi trong quảng cáo.

Nâng cấp từ TT motor

• N20 giảm tốc (12.000-40.000 đ): nhỏ bằng ngón tay, nhiều tỉ số truyền, hợp robot mini và robot dò line thi đấu
• JGA25-370 (60.000-120.000 đ): 12V, mô-men lớn, có phiên bản gắn sẵn encoder — bước chuyển lên robot "nghiêm túc"
• Động cơ 775 (80.000-150.000 đ): sức kéo lớn cho robot chiến đấu — vượt hẳn khả năng của L298N, cần driver dòng cao

Động cơ Servo - chuyên gia góc quay

Nguyên lý

Servo tích hợp sẵn: động cơ DC + hộp số + biến trở đo góc + mạch điều khiển vòng kín. Gửi xung PWM 50 Hz với độ rộng 0.5-2.5 ms, servo tự quay đến góc 0-180 độ tương ứng và giữ nguyên đó bằng lực chủ động — đặc tính mà DC và stepper thường không có sẵn.

Hai đại diện phổ biến

Ứng dụng: khớp cánh tay robot, quay đầu cảm biến siêu âm, tay gắp, cơ cấu lái Ackermann. Chi tiết trong bài Servo SG90 ở mục Kiến thức.

Cảnh báo nguồn quan trọng nhất bài: servo KHÔNG được ăn nguồn từ chân 5V/3V3 của bo điều khiển. MG996R kẹt tải hút 2.5 A làm sụt nguồn, ESP32 khởi động lại giữa chừng — lỗi "robot tự reset khi servo quay" gặp ở mọi lớp học. Servo cần nguồn 5-6V riêng, chung GND với bo.

Servo 360 độ - tên gọi gây hiểu lầm

"Servo quay 360" thực chất là động cơ DC giảm tốc đội lốt servo: xung PWM điều khiển tốc độ và chiều quay chứ không còn điều khiển góc. Dùng làm bánh xe cho robot mini thì tiện (khỏi cần driver), nhưng không định vị góc được nữa.

Động cơ bước (Stepper) - vua độ chính xác

Nguyên lý

Stepper quay theo từng bước rời rạc — chuẩn phổ biến 1.8 độ/bước (200 bước/vòng). Ra lệnh "tiến 50 bước" là trục quay đúng 90 độ, không cần cảm biến đo lại. Đây là động cơ của máy in 3D, CNC, máy vẽ — nơi vị trí là tất cả.

Đại diện: 28BYJ-48 (5V, kèm driver ULN2003, ~35.000 đ cả bộ — chuẩn học tập) và NEMA17 (12V, ~120.000-200.000 đ + driver A4988 — chuẩn máy in 3D).

Đặc điểm cần biết

• Giữ vị trí cực khỏe khi cấp điện, nhưng liên tục ăn dòng kể cả đứng im
• Mất bước khi quá tải mà không hề hay biết (điều khiển vòng hở) — thiết kế phải dư mô-men 30-50%
• Điều khiển cần driver chuyên dụng (ULN2003, A4988, DRV8825) và tín hiệu xung nhịp — xem bài Động cơ bước với A4988 ở mục Kiến thức
• Tốc độ tối đa thấp hơn DC nhiều — không dùng kéo bánh xe robot đua

Bảng quyết định - chọn động cơ theo dự án

Quy tắc nhớ nhanh: quay liên tục → DC; đến góc rồi giữ → servo; đếm bước chính xác → stepper.

Ước lượng mô-men - phép tính 30 giây

Xe robot cần mô-men mỗi bánh tối thiểu:

M = (khối lượng x g x bán kính bánh x hệ số ma sát) / số bánh chủ động

Ví dụ: xe 800 g, bánh kính 3.25 cm, 2 bánh chủ động, hệ số 0.5: M = (0.8 x 9.8 x 3.25 x 0.5) / 2 ≈ 6.4 N.cm ≈ 0.65 kg.cm mỗi bánh. Động cơ TT (0.8 kg.cm) vừa đủ — muốn leo dốc hay tăng tốc nhanh thì chọn N20 tỉ số cao hơn hoặc JGA25. Luôn dư 30-50% so với tính toán.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao không dùng servo 360 thay động cơ DC cho gọn?

Được cho robot mini tải nhẹ (khỏi cần mua driver), nhưng thua DC + driver ở: tốc độ thấp, giá trên mỗi đơn vị mô-men cao, không điều khiển tốc độ mượt bằng PWM duty tùy ý. Xe robot tiêu chuẩn vẫn nên dùng DC + cầu H.

Động cơ mạnh hơn có làm robot nhanh hơn không?

Chỉ khi nguồn và driver theo kịp. Chuỗi công suất là pin → driver → động cơ: động cơ 775 gắn với L298N và pin yếu chạy chậm hơn động cơ TT với hệ nguồn chuẩn. Nâng cấp phải đồng bộ cả chuỗi.

Làm sao biết động cơ DC đang quay bao nhiêu vòng?

Bản thân DC không biết — cần encoder gắn trục đếm xung quay. Đây là khác biệt cốt lõi với servo (biết góc) và stepper (đếm bước). Xem bài Encoder đo tốc độ động cơ ở mục Kiến thức.

Một robot dùng lẫn nhiều loại động cơ được không?

Hoàn toàn bình thường và rất phổ biến: xe robot dùng 2 DC kéo bánh + 1 servo quay cảm biến + 1 servo tay gắp. Chỉ cần chia nguồn hợp lý: DC qua driver ăn nguồn pin trực tiếp, servo có đường 5-6V riêng đủ dòng.