Máquinas electromecánicas y sus características

Máquinas electromecánicas y sus características

Tipos de motores aplicados en robótica y sus principales cualidades

1Escuela Secundaria Técnica #19. Primera y Margaritas s/n, Ex-Ejido Chapultepec, C.P.: 22785. Ensenada, Baja California, México. 

26 de enero de 2019.

Resumen —La robótica es el estudio derivado de varias ingenierías, entre las que se encuentran la mecatrónica, eléctrica, mecánica, biomédica y computación, que se encarga del diseño, elaboración y manejo de robots. Durante esta investigación veremos los tipos más utilizados en robótica y sus características, así como las cualidades del motor de corriente alterna.

1. CONCEPTO

I-A. El motor.

Un motor eléctrico es una máquina electromecánica capaz de convertir la energía eléctrica (cargas en movimiento) en energía mecánica rotacional. Su principio de funcionamiento viene de acuerdo con los principios del comportamiento de las cargas eléctricas en presencia de campos magnéticos. Esta propiedad es descrita por la fuerza de Lorentz. Es decir, que con esta identidad es capaz de predecir cómo se comportará el motor.

Existen diversos tipos de motores que realizan distintas tareas, pero en esencia, todos los motores funcionan con energía eléctrica que posteriormente convertirá en energía mecánica, y, dependiendo del tipo de movimiento que ejerza, del tipo de corriente que consuma o de la función que realice se le clasificará de diversas maneras.

I-B. La fuerza de Lorentz.

        La fuerza de Lorentz es la fuerza ejercida a una carga eléctrica por un campo magnético. En definitiva, nos explica cómo el campo electromagnético afecta a las cargas. Esta fuerza viene dada por:

[pic 1]

        Donde  es la velocidad de la carga,  es el vector intensidad del campo magnético y  el vector inducción magnética. Mientras que el siguiente diagrama explica la interacción de la carga en un campo magnético:[pic 2][pic 3][pic 4]

[pic 5]

Figura 1.1 Diagrama que muestra la interacción de una partícula puntual cargada con un campo magnético.

I-C. Tipos de motor.

        Motor de corriente directa. Su principal característica es que funciona con corriente directa, es decir que no cambia su dirección respecto al tiempo. De estos subyacen muchos tipos, ampliamente utilizados en mecatrónica. Su comportamiento viene dado por la siguiente ecuación:

[pic 6]

        Donde  es la fuerza que sufre el rotor,  la intensidad eléctrica que recorre al conductor en amperios,  la longitud del conductor en metros,  la densidad del campo magnético (en teslas) y  el ángulo que forma con . [pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13]

        Las partes que componen un motor DC genérico vienen en la siguiente figura; de igual manera, podemos resumir su funcionamiento en el siguiente esquema:

[pic 14]

Figura 1.2 Partes y funcionamiento de un motor eléctrico de corriente directa.

        Servomotor. Su principal cualidad es que es controlado electrónicamente y tiene la capacidad de ubicarse en una posición dentro de su rango de operación de manera muy precisa y mantenerse ahí. Otra cualidad sobresaliente de los servomotores es que, debido a la caja de engranajes que posee, tiene un par motor muy alto. Por lo general, se componen de la siguiente manera:

[pic 15]

Figura 1.3 Partes de un servomotor.

        Se necesita de un circuito de control para poder operar este motor. En el caso del Arduino, se utiliza un código similar a l siguiente para operarlo: 

#include <Servo.h>

Servo miservo;  // Aquí es donde creamos el objeto para controlar al servo

int potpin = 0;  // pin analógico para conectar el potenciómetro

int val;    // variable para leer el valor del potenciómetro

void setup() {

  miservo.attach(9);  // vincula el servomotor en el pin 9 con el objeto “servo”.

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