16559326 1 Motores Paso a Paso Funcionamiento y Control Por A

7/31/2019 16559326 1 Motores Paso a Paso Funcionamiento y Control Por A

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Motores Paso a PasoMotores Paso a PasoFuncionamiento y Control por CFuncionamiento y Control por C

A RTCULO DE T APA

Hoy en da es casi imposible pensar en aplicaciones de control o de robtica en las que no estn presentes los motores paso a paso. Donde se requie- ren movimientos precisos, hay un motor paso a paso. Pero qu dife- rencia a un motor paso a paso de un motor convencional, ya sea de continua o de alterna? En esta nota explicamos el funcionamiento de estos dispositivos y cmo se realiza su control por medio de una computadora, utilizando una interfaz para puerto paralelo. Cabe aclarar, que en esta misma edicin se describe el montaje de un controlador de motores paso a paso, que no requiere de computadora para efectuar el giro en ambos sentidos con la aplicacin de pulsos externos.

Preparado por la Redaccin de Quark sobre trabajos y monografas de autores varios.

Introduccin

Los motores paso a paso sonideales para la construccin de me-canismos en donde se requierenmovimientos muy precisos.

La caracterstica principal de es-tos motores es el hecho de podermoverlos un paso a la vez, por cadapulso que se le aplique.

Este paso puede variar desde90 hasta pequeos movimientos

de tan solo 1.8, es decir, que se ne-cesitarn 4 pasos en el primer caso(90) y 200 para el segundo caso(1.8), para completar un giro com-pleto de 360.

Estos motores poseen la habili-dad de poder quedar enclavados enuna posicin o bien totalmente li-bres. Si una o ms de sus bobinasest energizada, el motor estar en-clavado en la posicin correspon-diente y por el contrario quedar

completamente libre si no circulacorriente por ninguna de sus bobi-nas. En este artculo trataremos so-lamente los motores P-P del tipo deimn permanente, ya que estos sonlos ms usados en robtica.

Principio de Funcionamiento

Bsicamente estos motores es-tn constituidos normalmente por


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Artculo de Tapa

un rotor sobre el que van aplicadosdistintos imanes permanentes y porun cierto nmero de bobinas excita-doras bobinadas en su estator. Lasbobinas son parte del estator y el ro-tor es un imn permanente. Toda laconmutacin (o excitacin de las bo-binas) deber ser externamente ma-nejada por un controlador.

En la figura 1 se puede apreciarla imagen de un rotor tpico y en la fi-gura 2 el aspecto de un estator de 4bobinas. Existen dos tipos de moto-res paso a paso de imn permanen-te:

* Bipolar: Estos tiene general-mente cuatro cables de salida (verfigura 3). Necesitan ciertos trucospara ser controlados, debido a querequieren del cambio de direccin

del flujo de corriente a travs de las

bobinas en la secuencia apropiadapara realizar un movimiento.

En la figura 5A podemos apre-ciar un ejemplo de control de estosmotores mediante el uso de un

puente en H (H-Bridge).

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 5

Figura 4

Figura 6


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Como se aprecia, ser necesarioun H-Bridge por cada bobina del mo-tor, es decir que para controlar unmotor paso a paso de 4 cables (dosbobinas), necesitaremos usar dosH-Bridges iguales al de la figura 5.

El circuito de la figura 5 es a modoilustrativo y no corresponde conexactitud a un H-Bridge. En generales recomendable el uso de H-Bridgeintegrados como son los casos delL293 (ver figura 5B).

* Unipolar: Estos motores sue-len tener 6 o 5 cables de salida, de-pendiendo de su conexionado inter-no (ver figura 4). Este tipo se carac-teriza por ser ms simple de contro-lar. En la figura 6 podemos apreciarun ejemplo de conexionado paracontrolar un motor paso a paso uni-polar mediante el uso de unULN2803, el cual es una array de 8

transistores tipo Darlington capacesde manejar cargas de hasta 500mA.Las entradas de activacin (ActivaA, B , C y D) pueden ser directamen-te activadas por un microcontrola-dor.

Secuencias para Manejar Motores Paso a Paso Bipolares

Como se dijo anteriormente, es-tos motores necesitan la inversinde la corriente que circula en sus bo-binas en una secuencia determina-da. Cada inversin de la polaridadprovoca el movimiento del eje en unpaso, cuyo sentido de giro est de-terminado por la secuencia seguida.

En la figura 7 se puede ver la ta-bla con la secuencia necesaria paracontrolar motores paso a paso del ti-

po Bipolares:

Secuencias para Manejar Motores Paso a Paso Unipolares

Existen tres secuencias posiblespara este tipo de motores, las cualesse detallan a continuacin. Todas lassecuencias comienzan nuevamentepor el paso 1 una vez alcanzado elpaso final (4 u 8). Para revertir el

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Motores Paso a Paso

Figura 7

Figura 8

Figura 9


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sentido de giro, simplemente se de-ben ejecutar las secuencias en mo-do inverso.

Secuencia Normal: Esta es lasecuencia ms usada y la que ge-neralmente recomienda el fabrican-te. Con esta secuencia el motoravanza un paso por vez y debido aque siempre hay al menos dos bo-binas activadas, se obtiene un alto

torque de paso y de retencin (figu-ra 8).

Secuencia del tipo wave drive:En esta secuencia se activa solouna bobina a la vez. En algunos mo-tores esto brinda un funcionamientoms suave. La contrapartida es queal estar solo una bobina activada, eltorque de paso y retencin es menor(figura 9).

Secuencia del tipo medio pa-so: En esta secuencia se activan lasbobinas de tal forma de brindar unmovimiento igual a la mitad del pasoreal. Para ello se activan primero 2bobinas y luego solo 1 y as sucesi-vamente.

Como vemos en la tabla la se-cuencia completa consta de 8 movi-mientos en lugar de 4 (figura 10).

Como comentario final, cabedestacar que debido a que los moto-res paso a paso son dispositivosmecnicos y como tal deben vencerciertas inercias, el tiempo de dura-cin y la frecuencia de los pulsosaplicados es un punto muy impor-

tante a tener en cuenta. En tal senti-do el motor debe alcanzar el pasoantes que la prxima secuencia depulsos comience. Si la frecuencia depulsos es muy elevada, el motorpuede reaccionar en alguna de lassiguientes formas:

* Puede que no realice ningn movimiento en absoluto.

* Puede comenzar a vibrar pero sin llegar a girar.

* Puede girar errticamente.* O puede llegar a girar en senti-

do opuesto.

Para obtener un arranque suavey preciso, es recomendable comen-zar con una frecuencia de pulso ba-

ja y gradualmente ir aumentndolahasta la velocidad deseada sin su-perar la mxima tolerada. El giro enreversa debera tambin ser realiza-

do previamente bajando la velocidadde giro y luego cambiar el sentido derotacin.

Cmo Identificar los Terminales

Cuando se trabaja con motoresP-P usados o bien nuevos, pero delos cuales no tenemos hojas de da-tos. Es posible averiguar la distribu-cin de los cables a los bobinados y

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Figura 10


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el cable comn en un motor de pasounipolar de 5 o 6 cables siguiendolas instrucciones que se detallan acontinuacin:

1. Aislando el cable(s) comn que va a la fuente de alimentacin: Como se aprecia en las figuras ante-riores, en el caso de motores con 6cables, estos poseen dos cables co-munes, pero generalmente poseen

el mismo color, por lo que lo mejores unirlos antes de comenzar laspruebas. Usando un tster para che-quear la resistencia entre pares decables, el cable comn ser el nicoque tenga la mitad del valor de la re-sistencia entre ella y el resto de loscables.

Esto es debido a que el cable co-mn tiene una bobina entre ella ycualquier otro cable, mientras quecada uno de los otros cables tienendos bobinas entre ellos. De ah la

mitad de la resistencia medida en elcable comn.

2.Identificando los cables de las bobinas (A, B, C y D): aplicar un vol-taje al cable comn (generalmente12 volt, pero puede ser ms o me-nos) y manteniendo uno de los otroscables a masa (GND) mientras va-mos poniendo a masa cada uno delos dems cables de forma alterna-

da y observando los resultados.El proceso se puede apreciar en

el cuadro de la figura 11.Nota: La nomenclatura de los

cables (A, B, C, D) es totalmente ar-bitraria.

Identificando los Cables en Motores P-P Bipolares:

Para el caso de motores paso apaso bipolares (generalmente de 4

cables de salida), la identificacin esms sencilla. Simplemente tomandoun tster en modo ohmetro (paramedir resistencias), podemos hallarlos pares de cables que correspon-den a cada bobina, debido a que en-tre ellos deber haber continuidad(en realidad una resistencia muy ba-

ja). Luego solo deberemos averiguarla polaridad de la misma, la cual seobtiene fcilmente probando. Es de-cir, si conectado de una manera nofunciona, simplemente damos vueltalos cables de una de las bobinas yentonces ya debera funcionar co-rrectamente. Si el sentido de giro esinverso a lo esperado, simplemente

se deben invertir las conexiones deambas bobinas y el H-Bridge.

Para recordar

* Un motor de paso con 5 cables es casi seguro de 4 fases y unipolar.

* Un motor de paso con 6 cables tambin puede ser de 4 fases y unipolar, pero con 2 cables comunes para alimentacin, pueden ser del mismo color.

* Un motor de pasos con solo 4 cables es comnmente bipolar.

Control de un Motor Paso a Paso desde la PC

El propsito de este proyecto esfamiliarizarse con el manejo y com-portamiento de los motores paso a

paso.Para ello utilizaremos la Interfaz

para el puerto paralelo (IPP01) que

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Figura 11

Figura 12


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puede bajar de Internet desde la di-reccin:

www.todorobot.com.ar/proyectos/paralelo/paralelo.htm

Si no desea armarla, puede ad-quirirla en Todo Robot (www.todo-

robot.com.ar) por un precio en Ar-gentina de $119,90.

En la figura 12 se puede ver eldiagrama interno y las salidas co-rrespondientes a un clsico motor P-P Unipolar. Los cinco cables de sali-da deben conectarse al puerto desalida High Power de la interfaz pa-ra puerto paralelo (HP0 a HP6) de lasiguiente manera:

Comn Vdd A HP0

B HP1C HP2 D HP3

Ejemplos de Operacin desde Qbasic Veamos cmo podemos realizar

determinadas rutinas para el movi-

miento del motor desde la PC utili-zando la interfaz sugerida:

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Fig. 13

Figura 14


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Hacindolo girar en ambos senti-dos: El mostrado en la figura 13 esun programa realizado en Qbasic ymuy fcil de interpretar, en donde

podemos ver como se puede hacerrotar el motor una vuelta en un sen-tido y luego otra en el sentido con-trario.

Puede visualizar o bajar directa-mente el ejecutable, llamado step-per.exe directamente desde la pgi-na de TodoRobot.

Agregando dos botones paracontrolar el giro: en el programa dela figura 14 se ha sofisticado anms el uso de la interfaz mediante elagregado de dos botones en el puer-to de entrada TTL para indicar cuan-do girar hacia un lado o hacia el otro,o bien permanecer inmvil hastatanto no se presione ningn botn.

En la figura 15 se puede apreciarel conexionado de los botones y elmotor con la interfaz.

Puede visualizar o bajar directa-mente el ejecutable, llamado step-per1.exe directamente desde la p-

gina de TodoRobot.El funcionamiento es muy sim-

ple. Cuando recin se inicia el pro-grama, el motor se encuentra libre.Luego presionando el pulsador co-rrespondiente, el motor gira hacia

uno de los lados. Al dejar de pulsar,el motor se detiene y queda enclava-do en esa posicin. Solamente se li-berar al salir por completo del pro-grama.

Cabe aclarar que la interfase pa-ra puerto paralelo (cuya informacincompleta puede bajar de Internet)tiene un circuito como el mostradoen la figura 16 y nos provee 8 sali-das TTL, 7 salidas de potencia(500ma) y cuatro entradas TTL. Esimportante tener en cuenta que lassalidas TTL entregan una tensin de5V y slo se les puede exigir un m-nimo de corriente, apenas suficientepara activar un transistor o bien unpar de compuertas TTL.

As mismo las entradas TTL de-ben ser alimentadas con una tensinmxima de 5V o de lo contrario elchip resultar daado. Esta tensinse obtiene desde VDD a travs del

regulador U1 (7805).Las 7 salidas de potencia no son

ms que la amplificacin medianteun array de transistores Darlington(ULN2003) de las salidas TTL 0 a 6(la salida 7 no es usada). Este chip

puede drenar una corriente mximade 500ma, lo que es suficiente paraactivar un LED, un rel y hasta unmotor DC de bajo consumo (tipo mo-tor de grabador).

La interfaz es tan sencilla comotil, ya que nos permite realizar todotipo de pruebas sin la necesidad deusar un microcontrolador. Y de pasonos permite tomar experiencia en elmanejo de seales mediante equi-pos microprocesados.

Podemos por ejemplo, conectarun pequeo robot y tomar datos desus sensores y analizar las decisio-nes a tomar mediante un programahecho en cualquier lenguaje de PCactual.

Recomendamos a todos los lec-tores que visiten la pgina de Todo-Robot, a los efectos de conocer msinformacin y saber cules son losproductos que se comercializan y

que permitirn realizar montajes es-pecficos y proyectos generales.

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Figura 15


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Figura 16

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