Motor paso a paso

Motor paso a paso (PaP)

El motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos

eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa es que es capaz de avanzar una

serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control. El motor paso a paso se comporta

de la misma manera que un conversión digital-analógica y puede ser gobernado por impulsos

procedentes de sistemas lógicos.

Este motor presenta las ventajas de tener alta precisión y repetitividad en cuanto al posicionamiento.

Entre sus principales aplicaciones destacan como motor de frecuencia variable, motor de corriente

continua sin escobillas, servomotores y motores controlados digitalmente.

Existen 3 tipos fundamentales de motores paso a paso: el motor de reluctancia variable, el motor de

magnetización permanente, y el motor paso a paso híbrido.

Contenido

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1   Secuencia de funcionamiento

o 1.1   Control de las bobinas

o 1.2   Velocidad de rotación

o 1.3   Tipos de motores paso a paso

2   Véase también

3   Enlaces externos

[editar]Secuencia de funcionamiento

Observese como la variación de la dirección del campo magnético creado en el estátor producirá

movimiento de seguimiento por parte del rotor de imán permanente, el cual intentará alinearse con el

campo magnético inducido por las bobinas que excitan los electroimanes (en este caso A y B). Vcc

es la alimentación de corriente continua (por ejemplo 5V, 12V, 24V...)

Tabla de orden de fases. En este caso concreto el motor tendrá un paso angular de 90º y un

semipaso de 45º (al excitarse más de una bobina)

PasoTerminal 1Bobina A

Terminal 2Bobina A

Terminal 1Bobina B

Terminal 2Bobina B

Imagen

Paso 1 +Vcc -Vcc

(Semi-)Paso 2 +Vcc -Vcc +Vcc -Vcc

Paso 3 +Vcc -Vcc

(Semi-)Paso 4 -Vcc +Vcc +Vcc -Vcc

Paso 5 -Vcc +Vcc

(Semi-)Paso 6 -Vcc +Vcc -Vcc +Vcc

Paso 7 -Vcc +Vcc

(Semi-)Paso 8 +Vcc -Vcc -Vcc +Vcc

[editar]Control de las bobinas

Para el control del motor paso a paso de este tipo (bipolar), se establece el principio de "Puente H",

si se activan T1 y T4, permiten la alimentación en un sentido; si cambiamos el sentido de la

alimentación activando T2 y T3, cambiaremos el sentido de alimentación y el sentido de la corriente.

Topología de "puente en H" para las bobinas A y B

variación de la alimentación de corriente de la bobina A según lostransistores T1, T2, T3, T4

[editar]Velocidad de rotación

La velocidad de rotación viene definida por la ecuación:

donde:

f: frecuencia del tren de impulsos

n: nº de polos que forman el motor

Si bien hay que decir que para estos motores, la máxima frecuencia admisible suele estar

alrededor de los 625 Hz. Si la frecuencia de pulsos es demasiado elevada, el motor puede

reaccionar erróneamente en alguna de las siguientes maneras:

Puede que no realice ningún movimiento en absoluto.

Puede comenzar a vibrar pero sin llegar a girar.

Puede girar erráticamente.

O puede llegar a girar en sentido opuesto.

Incluso perder potencia

lo importante es que también coloquen a disposición un simulador o circuito para probar estos

motores paso a paso para descartar fallas en ello.

[editar]Tipos de motores paso a paso

El motor de paso de rotor de imán permanente: Permite mantener un par diferente de cero

cuando el motor no está energizado. Dependiendo de la construcción del motor, es típicamente

posible obtener pasos angulares de 7.5, 11.25, 15, 18, 45 o 90°. El ángulo de rotación se

determina por el número de polos en el estator

El motor de paso de reluctancia variable (VR): Tiene un rotor multipolar de hierro y un estator

devanado laminado, y rota cuando los dientes del rotor son atraídos a los dientes del estator

electromagnéticamente energizados. La inercia del rotor de un motor de paso de reluctancia

variable es pequeña y la respuesta es muy rápida, pero la inercia permitida de la carga es

pequeña. Cuando los devanados no están energizados, el par estático de este tipo de motor es

cero. Generalmente, el paso angular de este motor de paso de reluctancia variable es de 15°

El motor híbrido de paso: Se caracteriza por tener varios dientes en el estator y en el rotor, el

rotor con un imán concéntrico magnetizado axialmente alrededor de su eje. Se puede ver que

esta configuración es una mezcla de los tipos de reluctancia variable e imán permanente. Este

tipo de motor tiene una alta precisión y alto par y se puede configurar para suministrar un paso

angular tan pequeño como 1.8°.

Motores paso a paso Bipolares: Estos tienen generalmente 4 cables de salida. Necesitan

ciertos trucos para ser controlados debido a que requieren del cambio de dirección de flujo de

corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento.

Motores paso a paso unipolares: estos motores suelen tener 5 ó 6 cables de salida

dependiendo de su conexionado interno. Este tipo se caracteriza por ser más simple de

controlar, estos utilizan un cable común a la fuente de alimentación y posteriormente se van

colocando las otras lineas a tierra en un orden especifico 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 lineas del común al aire.

Trazador de imágenes — Programa para tranformar una imagen grafica en forma de raster a un formato vectorial . Programas trazadores libres ● Potrace ● Autotrace ● OCR 

OCRTraducciónOCR

sigla de optical character recognition(reconocimiento de caracteres ópticos).Técnicas de escaneo y comparación orientadas a identificar texto impreso o datos numéricos. Evitan la necesidad de reescribir material ya impreso para la entrada de datos. El software OCR intenta identificar los caracteres comparando formas con aquellas almacenadas en bibliotecas propias. El software trata de identificar palabras usando aproximación de caracteres y tratará de reconstruir la configuración de la página original. Se puede obtener una alta precisión mediante escaneos claros y definidos de originales de alta calidad, pero esta disminuye si la calidad de los originales es baja.

http://es.wikipedia.org/wiki/Reconocimiento_%C3%B3ptico_de_caracteres

ATENCIÓN: Está página está desactualizada, se mantiene en el servidor de Arduino.cc a título ilustrativo y cómo documentación, sin embargo, no es posible editarla y no se harán modificaciones de la misma. Es posible que haya caracteres que no se muestren de la forma apropiada, no se hará nada por editarlosPara más información visite http://arduino.es

EJERCICIO Motor paso a paso unipolarDescripción del ejercicioEn éste ejercicio veremos dos ejemplo de como trabajar con un motor paso a paso unipolar. Este tipo de motores los podemos encontrar en disqueteras antiguas, y son muy fáciles de controlar. El que utilizamos en este ejercicio tiene seis conectores en los que dos (o uno dependiendo del diseño del motor) es el voltaje de referencia (VCC) y otros cuantro se utilizan para manejar el motor enviando señales síncronizadas.En este enlace se muestra más información sobre el funcionamiento de motores paso a pasoEl primer ejemplo muestra el código básico para hacer girar el motor en una dirección. Pretende orientar a aquellos que nunca han manejado un motor paso a paso. El segundo ejemplo muestra un código más complejo, que permite hacer girar el motor a distintas velocidades y en ambas direcciones, controlando ambas cosas con un potenciómetro.En la placa protoboard se ha empleado un potenciómetro de 10K Ohmios que está conectado a una entrada analógica y a un driver ULN2003A. Este driver cuenta con un puñado de transistores en su interior. Estos permiten conectar componentes y

dispositivos que necesitan mucha más corriente que la que puede ofrecer el Atmaga8 de la placa Arduino.

Detalle del conexionado del motor paso a paso

Detalle del conexionado del driver ULN2003A

Esquema válido para ambos ejemplos. Para el ejemplo 1 hay que eliminar el potenciómetro

Imágen de una placa protoboard con un potenciómetro y un driver ULN2003A conectados a una placa Arduino

Elementos necesarios Un driver ULN2003A. Un potenciómetro de 10K Ohmios. Un motor paso a paso. Una placa protoboard. Cables para realizar las conexiones.

Código fuenteEjemplo 1: Código básico para manejar un motor paso a paso /* Motor paso a paso de Copal * --------------------------- * * Programa para manejar un motor paso a paso unipolar extraido de una * unidad de disquette de 5'25. De acuerdo a la documentación que * he encontrado, este: "[...] motor paso a paso fabricado por * Copal Electronics, con 1,8 grados por paso y 96 ohmios por cada * vuelta (de la bobina), con una etapa central conectada a diferentes * cables [...]" * [http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/example.html] * * Es un motor paso a paso unipolar con cinco cables: * * - rojo: conector de alimentación, lo tengo a 5V y funciona bien * - naranja y negro: bobina 1 * - marrón y amarillo: bobina 2 * * (cleft) 2005 DojoDave for K3 * http://www.0j0.org | http://arduino.berlios.de * * @author: David Cuartielles * @date: 20 Oct. 2005 */

int motorPin1 = 8; // PIN-es del Motor int motorPin2 = 9; int motorPin3 = 10; int motorPin4 = 11; int delayTime = 500; // Delay que determina la velocidad de girovoid setup() { pinMode(motorPin1, OUTPUT); // Configuración de los PIN-es como salida digital pinMode(motorPin2, OUTPUT); pinMode(motorPin3, OUTPUT); pinMode(motorPin4, OUTPUT);}void loop() { digitalWrite(motorPin1, HIGH); // Los pines se activan en secuencia digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, LOW); delay(delayTime); digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, HIGH); digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, LOW); delay(delayTime); digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, HIGH); digitalWrite(motorPin4, LOW); delay(delayTime); digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, HIGH); delay(delayTime);}Ejemplo 2: Código avanzado para manejar un motor paso a paso /* Motor paso a paso unipolar avanzado * ------------------------------------ * * Programa para manejar un motor paso a paso unipolar extraido de una * unidad de disquette de 5'25. De acuerdo a la documentación que * he encontrado, este: "[...] motor paso a paso fabricado por * Copal Electronics, con 1,8 grados por paso y 96 ohmios por cada * vuelta (de la bobina), con una etapa central conectada a diferentes * cables [...]" * [http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/example.html] * * Es un motor paso a paso unipolar con cinco cables: * * - rojo: conector de alimentación, lo tengo a 5V y funciona bien * - naranja y negro: bobina 1 * - marrón y amarillo: bobina 2 * * (cleft) 2005 DojoDave for K3 * http://www.0j0.org | http://arduino.berlios.de * * @author: David Cuartielles * @date: 20 Oct. 2005 */

int motorPins[] = {8, 9, 10, 11}; // PIN-es del motor int count = 0; // Contador 1 int count2 = 0; // Contador 2 int delayTime = 500; // Delay que determina la velocidad de giro int val = 0;void setup() { for (count = 0; count < 4; count++) { // Configuración de los PIN-es como salida digital pinMode(motorPins[count], OUTPUT); }}void moveForward() { if ((count2 == 0) || (count2 == 1)) { // Mueve el motor hacia delante. Para hacerlo desplaza los count2 = 16; } // bits de la vable count2 entre los PIN-es del motor. count2>>=1; for (count = 3; count >= 0; count--) { // 16 = 00010000 --> 00001000 --> 00000100 --> 00000010 ... digitalWrite(motorPins[count], count2>>count&0x01); } delay(delayTime);}void moveBackward() { if ((count2 == 0) || (count2 == 1)) { // Mueve el motor hacia delante. Para hacerlo desplaza los count2 = 16; // bits de la vable count2 entre los PIN-es del motor. } count2>>=1; for (count = 3; count >= 0; count--) { // 16 = 00010000 --> 00001000 --> 00000100 --> 00000010 ... digitalWrite(motorPins[3 - count], count2>>count&0x01); } delay(delayTime);}void loop() { val = analogRead(0); if (val > 540) { // Cuanto mayor es el valor del potenciómetro delayTime = 2048 - 1024 * val / 512 + 1; // más rápido se mueve hacia delante moveForward(); } else if (val < 480) { // Cuanto menor es el valor del potenciómetro delayTime = 1024 * val / 512 + 1; // más rápido se mueve hacia atrás moveBackward(); } else { delayTime = 1024; // Cuando el valor del potenciometro se encuentra } // en la zona media, el motor se para.}

ReferenciasCon el objetivo de entender mejor este ejemplo, hemos revisado numerosa documentación. Los enlaces que vienen a continuación pueden resultar

interesantes con el objetivo de aprender algo más sobre la teoría de motores paso a paso:

Castellano:

- Tutorial sobre motores paso a paso - Motores paso a paso

- Motores paso a paso Bipolares

 

Tutorial sobre Motores Paso a Paso (Stepper motors)

 

Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos.

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 está energizada, el motor estará enclavado en la posición correspondiente y por el contrario quedará completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas.

En este capítulo trataremos solamente los motores P-P del tipo de imán permanente, ya que estos son los mas usados en robótica.

 

Principio de funcionamiento

Básicamente estos 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.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.

Imagen del rotor 

 

Imagen de un estator de 4 bobinas

 

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

               

 

Bipolar: Estos tiene generalmente cuatro cables de salida (ver figura 1). Necesitan ciertos trucos para ser controlados, debido a que requieren del cambio de dirección del

flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento.          En figura 3 podemos apreciar un ejemplo de control de estos motores mediante el uso de un puente en H (H-Bridge). Como se aprecia, será necesario un H-Bridge por cada bobina del motor, es decir que para controlar un motor Paso a Paso de 4 cables (dos bobinas), necesitaremos usar dos H-Bridges iguales al de la figura 3 . El circuito de la figura 3 es a modo ilustrativo y no corresponde con exactitud a un H-Bridge. En general es recomendable el uso de H-Bridge integrados como son los casos del L293 (ver figura 3 bis).

  

 

 

Unipolar: Estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su conexionado interno (ver figura 2). Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar. En la figura 4 podemos apreciar un ejemplo de conexionado para controlar un motor paso a paso unipolar mediante el uso de un ULN2803, el cual es una 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.

 

 

Secuencias para manejar motores paso a paso Bipolares

Como se dijo anteriormente, 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 secuencia seguida.

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

PASO       TERMINALES

  A B C D

1 +V -V +V -V

2 +V -V -V +V

3 -V +V -V +V

4 -V +V +V -V