Motores PAP

Introducción a los motores

Básicamente existen dos tipos de micro motores que se utilizan en robótica. Los motores de corriente continua o motores de corriente directa y los servo motores o motores paso a paso (stepper motors). En las secciones siguientes se detallan los componentes que integran cada uno de ellos, el uso típico que se les da a la hora de construir robots y ejemplos del circuito de control de los mismos.

Servo Motor

La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8°, es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso (90°) y 200 para el segundo caso (1.8°), para completar un giro completo de 360°. Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posición o bien totalmente libres. Si una o más de sus bobinas están energizadas, el motor estará enclavado en la posición correspondiente y por el contrario quedará completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas.

Figura 05: Un servo motor

Componentes de un servo motor

Básicamente esos motores están constituidos normalmente por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto número de bobinas excitadoras bobinadas en su estator.

Figura 06: Rotor.

Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) deber ser externamente manejada por un controlador.

Figura 07: Estator de 4 bobinas.

Tipos de servo motor

Existen dos tipos de motores paso a paso de imán permanente:

•Bipolar: Estos tiene generalmente cuatro cables de salida (ver figura 08). Requieren del cambio de dirección del flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento.

•Unipolar: Estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su conexionado interno (ver figura 08). Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar.

Figura 08: Motor P -P Bipolar y Motor P – P Unipolar

Ejemplo de un circuito Driver para un Motor P – P Bipolar

En figura 09 se puede apreciar un ejemplo de control de estos motores mediante el uso de un puente en H (H-Bridge), será necesario un H-Bridge por cada bobina del motor. En general es recomendable el uso de H-bridge integrados como son los casos del L293.

Figura 09: Control de un Motor P – P Bipolar a través de puentes H-Bridge.

Ejemplo de un circuito Driver para un Motor P – P Unipolar

En la figura 10 podemos apreciar un ejemplo de conexión para controlar un motor paso a paso unipolar mediante el uso de un ULN2803, el cual es un array de 8 transistores tipo Darlington capaces de manejar cargas de hasta 500mA. Las entradas de activación (Activa A, B, C y D) pueden ser directamente activadas por un microcontrolador.

Figura 10: Control de un Motor P – P Unipolar a través de un ULN2803.

Secuencias para manejar Motores P – P Bipolares

Estos motores necesitan la inversión de la corriente que circula en sus bobinas en una secuencia determinada. Cada inversión de la polaridad provoca el movimiento del eje en un paso, cuyo sentido de giro está determinado por la siguiente secuencia ejecutada.

A continuación se puede ver la tabla con la secuencia necesaria para controlar motores paso a paso del tipo Bipolar:

Paso TERMINALES

A B C D

1(10) 1 0 1 0

2(09) 1 0 0 1

3(05) 0 1 0 1

4(06) 0 1 1 0

Tabla 03: Secuencia de control de Motores P – P Bipolares.

Donde

+V => 1

-V => 0

Secuencias para manejar Motores P – P Unipolar

Existen tres secuencias posibles para este tipo de motores. Todas las secuencias comienzan nuevamente por el paso 1 cíclicamente, una vez alcanzado el paso final (4 u 8). Para revertir el sentido de giro, simplemente se deben ejecutar las secuencias en modo inverso.

•Secuencia Normal: Esta es la secuencia más usada. Con esta secuencia el motor avanza un paso por vez y debido a que siempre hay al menos dos bobinas activadas, se obtiene un alto torque de paso y de retención.

Paso Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D

1 1

12 1 0 0

12

2 0

6 1 1 0

6

3 0

3 0 1 1

4 1

9 0 0 1

Tabla 04: Secuencia Normal para Motores P – P Unipolares.

•Secuencia del tipo wave drive(Ola): En esta secuencia se activa solo una bobina a la vez.

En algunos motores esto brinda un funcionamiento más suave. La contrapartida es que al estar solo una bobina activada, el torque de paso y retención es mínimo.

Paso Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D

1

8 1 0 0 0

2

4 0 1 0 0

3

2 0 0 1 0

4

1 0 0 0 1

Tabla 05: Secuencia del tipo wave(ola) drive para Motores P – P Unipolares.

•Secuencia del tipo medio paso: En esta secuencia se activan las bobinas de tal forma que permite un movimiento igual a la mitad del paso real. Para ello se activan primero 2 bobinas y luego solo 1 y así sucesivamente. Como vemos en la tabla 06 la secuencia completa consta de 8 movimientos en lugar de 4.

Paso Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D

1

8 1 0 0 0

2

4 0 1 0 0

3

2 0 0 1 0

4

1 0 0 0 1

5

2 0 0 1 0

6

3 0 0 1 1

7

1 0 0 0 1

8

9 1 0 0 1

Tabla 06: Secuencia del tipo medio paso para Motores P – P Unipolares.

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