Motores usados en la robótica. Sin importar el tipo de robot que sea, este requiere de movimientos para poder llevar a cabo sus funciones, estos movimientos son ejecutados a través de dispositivos que permiten controlar con cierto grado de exactitud variables físicas como dirección y velocidad de dicho movimiento. Se recurre entonces, al uso de motores eléctricos, de circuitos electrónicos y acoples mecánicos que permitirán al robot realizar movimientos con precisión. Los motores más usados en la robótica son motores de corriente continua, motores paso a paso o también conocidos como stepper motors; y los servomotores, estos tres tipos de motores permiten controlar con gran precisión la velocidad de rotación del eje, y la posición en la que avanza.
En este documento nos enfocaremos en los motores paso a paso. Motores paso a paso. Los motores paso a paso son ideales para mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos. La que caracteriza a estos motores es el hecho de poder moverlos un cierto ángulo a la vez (paso). Según la construcción del motor, este paso puede variar desde ángulos tan grandes como 90°, hasta pequeños ángulos de 1.8° Estos motores están constituidos por dos partes, un rotor de imanes permanentes, y un estator que tiene un cierto número de bobinas. La excitación de las bobinas deber ser externamente manejada por un controlador, y dependiendo de la configuración de las bobinas existen dos tipos de motores paso a paso, los bipolares y los unipolares.
En las imágenes se muestra un rotor y estator de un motor paso a paso. Motor paso a paso bipolar.- Estos tienen generalmente cuatro cables de salida, dos para cada bobina. Esto quiere decir que debe existir un bloque conmutador para excitar a cada bobina independientemente. Debido a que requieren cambios de dirección del flujo de corriente a través de las bobinas para una secuencia apropiada, resulta muy práctico el uso de un puente H para la excitación de cada bobina.
A pesar de que haya 4 cables de salida, y se haya dicho que son dos para cada bobina, no significa que constructivamente existan exactamente dos bobinas, sino dos grupos de varias bobinas conectadas entre sí como se muestra en la siguiente figura. Para un motor de pasos bipolar, la dirección de flujo de corriente en las bobinas debe poder fluir en dos sentidos, la dirección de la corriente a fluir por las bobinas está dada por la siguiente secuencia recomendada por los fabricantes.
En la figura se muestra la secuencia para un modo de pasos completos. Motor paso a paso unipolar.- Estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su conexión interna. Estos motores resultan ser más simples de controlar. Estos utilizan un cable común a la fuente de alimentación y posteriormente se van colocando las otras líneas a tierra en un orden específico para generar cada paso, si tienen 6 cables es porque cada par de bobinas tiene un común separado, si tiene 5 cables es porque las cuatro bobinas tiene un solo común; un motor unipolar de 6 cables puede ser usado como un motor bipolar si se deja las líneas del común al aire.
Motor de pasos unipolar con 5 cables de salida.
Motor de pasos unipolar con 6 cables de salida. Para realizar las conmutaciones de la excitación de las bobinas, se puede utilizar la siguiente configuración o alguna variación semejante.
Tenemos tres tipos de secuencias para manipular los motores de paso unipolar, la secuencia normal, la secuencia del tipo wave drive, y la secuencia de medio paso. Secuencia normal de pasos.Paso 1 2 3 4
Fase 1 control ON OFF OFF ON
Fase 2 control ON ON OFF OFF
Fase 3 control OFF ON ON OFF
Fase 4 control OFF OFF ON ON
Secuencia normal de motor de pasos unipolar. Secuencia del tipo wave drive.-
Paso 1 2 3 4
Fase 1 control ON OFF OFF OFF
Fase 2 control OFF ON OFF OFF
Fase 3 control OFF OFF ON OFF
Fase 4 control OFF OFF OFF ON
Secuencia del tipo wave drive de motor de pasos unipolar. Secuencia de medio paso.Paso 1 2 3 4 5 6 7 8
Fase 1 control ON ON OFF OFF OFF OFF OFF ON
Paso 1
Fase 2 control OFF ON ON ON OFF OFF OFF OFF
Fase 3 control OFF OFF OFF ON ON ON OFF OFF
Paso 2
Fase 4 control OFF OFF OFF OFF OFF ON ON ON
Paso 3 Paso 4
Paso 5
Paso 6
Paso 7 Paso 8
EL control de las secuencias puede ser realizado a través de circuitos de electrónica digital, microcontroladores, o sistemas embebidos según requiera la aplicación.
También existen integrados que ayudan a facilitar el control de estos motores, uno de ellos se conoce como el DUAL FULL-BRIDGE DRIVER L298N, que posee dos puentes H que pueden ser usados para controlar dos motores DC o un motor de pasos. En el mercado existen módulos o drivers basados en este integrado, que solo requieren de señales de control, método de cuatro cables (secuencia) o método de dos cables (paso y dirección).
