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• Jaime Mauricio González Guzmán

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Prof.: Jorge Luis Maldonado. Desarrollo: Motores pasó a paso

El motor de paso a paso es un dispositivo electromecánico, es decir que convierte la energía eléctrica en mecánica, que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares, lo que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados, o sea un paso, dependiendo de sus entradas de control.

Los motores de pasos son utilizados en muchos dispositivos y aplicaciones que son partes de nuestra vida diaria. También conocidos como “Steppers” o “Paso a Paso”, esos motores fueron usados a inicios de los años 1920. Sus usos se han elevado rápidamente con la

popularidad de los sistemas integrados, incluyendo impresoras, unidades de disco, juguetes, limpia parabrisas, buscapersonas, brazos robóticas y video cámaras.

Tipos

Los motores de pasos vienen en muchas formas y tamaños, pero la mayoría caen dentro de una o dos categorías: Los paso a paso de reluctancia variable o los paso a paso de magneto permanente.

* Motor paso a paso de reluctancia variable:

Estos motores no contienen imanes permanentes. El estator es similar a un motor de c.c. de escobillas, sin embargo, el rotor sólo consta de hierro laminado. El par se produce como resultado de la atracción entre las bobinas y el rotor férrico. El rotor forma un circuito magnético con el polo del estator. La reluctancia de un circuito magnético es el equivalente magnético a la resistencia de un circuito eléctrico. Cuando el rotor está alineado con el estator el hueco entre ambos es muy pequeño y en este momento la reluctancia está al mínimo. La

inductancia del bobinado también varía cuando el rotor gira. Cuando el rotor está fuera de la alineación, la inductancia es muy baja, y la corriente aumentará rápidamente. Cuando el rotor se alinea con el estator, la inductancia será muy grande. Esta es una de las dificultades de manejar un motor de esta clase

*Motor paso a paso con magneto permanente

Son los más usados en robótica. Básicamente, están constituidos por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes, y por un cierto número de bobinas excitadoras bobinadas en su estator. Así, las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) debe ser externamente manejada por un controlador.

Existen 2 tipos de motores paso a paso de magneto permanente que son:

1.

Unipolares

Estos motores suelen tener 8, 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su conexionado interno. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar. Un motor unipolar es en el que cada bobina tiene un terminal central común que es accesible desde el exterior del motor.

1.

Bipolares

Estos tienen generalmente cuatro cables de salida. 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. Esto hace que la controladora se vuelva más compleja y costosa. Su uso no es tan común como en el caso de los de tipo unipolar.

*Motor paso a paso 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°.

Partes e identificación de terminales.

Un motor paso a paso está constituido por dos partes: una fija, llamada estator; y una móvil, llamada rotor. El estator está construido en base de una serie de cavidades en las que se ubican las bobinas. Cuando una corriente eléctrica atraviesa una de estas bobinas, se forman los polos norte-sur necesarios para impulsar el motor. El rotor puede basarse en un imán permanente o un inducido ferromagnético, siempre con el mismo número de pares de polos que el contenido en una sección de la bobina del estator. Todo esto se monta sobre un eje que a su vez se apoya en dos cojinetes que le permiten girar libremente.

Dependiendo de qué tipo de motor paso a paso es, tienen diferentes configuraciones en sus bobinas por tanto diferentes formas de saber a que pertenecen sus terminales.

*Motor unipolar

Hay varias formas de saber cuales son sus terminasles. Una de ellas es midiendo la resistencia entre sus terminales. Si el motor unipolar tiene 5 serminales es que el cable central(en la imagen el cable c) de ambas bobinas están unidos. Si la lectura marca infinito es que son dos terminales de bobinas distintas. Cuando la lectura marque una cantidad de ohmios hay que comprobar con

otros terminales. Al medir entre los cables B-C y A-C la resistencia es la misma y cuando se mide A-B la resistencia es el doble que en las lecturas previas. Otra forma es tomando los cables centrales de las bobinas y otro cable cualquiera y lo pegamos a un terminal positivo.Este cable elegido lo tomaremos como A, y probaremos los otros cable pulsandolos con el terminal negativo.Si el motor se mueve a la izquierda, ese es el cable B, si se mueve hacia la derecha es el cable D, si no se mueve es sencillamente el C.

*Motor Bipolar

Este motos posee 4 cables, las bobinas no tienen toma central. Para identificar sus terminales simplemente se encuentran las dos bobinas midiendo su ohmiaje, y después los terminales de la primera bobina encontrada son A y B, y los de la segunda C y D. Descripción del modo de funcionamiento. 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.

El movimiento de un motor de pasos se hace posible gracias a los cables que son enrollados alrededor de los dientes de un estator, la parte no movible o estacionaria del motor. En general, el cable es enrollado en forma de bobina y es llamado solenoide. En un motor, el cable que es enrollado alrededor de un diente se denomina bobina, arrollado, devanado o fase. Si la corriente está fluyendo en la dirección mostrada en la figura, vemos el motor desde arriba mirando hacia abajo en el tope del diente, la corriente realiza un movimiento en contra de las agujas del reloj, alrededor de cada uno de los dos dientes. Este movimiento de corriente induce un campo magnético con el polo norte del campo apuntando hacia arriba.

Los motores paso a paso normalmente tienen 4 de estos dientes, uno para cada terminal de la bobina, y en el caso de los unipolares 6 (2 para las tomas centrales). Dependiendo de cómo se energicen las bobinas la corriente tomará una dirección que atraerá al rotor a un cierto lugar específico.

Elaboración de un circuito de control En los motores unipolares hay tres de elaborar un circuito de control: *Wave drive. Es en el que se energiza una bobina a la vez de forma ordenada de tal forma que el motor se mueva en una dirección uniforme. *Medio Paso. Consiste en partir a la mitad el paso que da normalmente el motor, siento la mitad el ángulo de desplazamiento. Este es posible cuando polarizamos las bobinas de la siguiente manera:

Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D Polarizada Polarizada Polarizada Polarizada

Polarizada Polarizada Polarizada Polarizada Polarizada Polarizada Polarizada Polarizada

Así, polarizando una bobina y después 2 en un orden específico, se consiguen dar medio paso al motor. *Normal o paso completo. Consiste en siempre energizar 2 bobinas de tal manera que el rotor se mantenga entre el punto de descanso del las 2 bobinas. Aunque parezca casi lo mismo que la configuración wave drive esta difiere en que la inercia que tiene el wave drive es mayor ya que este se mantiene en reposo un momento del movimiento mientras que en el de paso completo ya que siempre está siendo atraída por una bobina, no es necesario romper la inercia de arranque. Parámetros *Par dinámico de trabajo (Working Torque): Depende de sus características dinámicas y es el momento máximo que el motor es capaz de desarrollar sin perder paso, es decir, sin dejar de responder a algún impulso de excitación del estator y dependiendo, evidentemente, de la carga.

Generalmente se ofrecen, por parte del fabrican, curvas denominadas de arranque sin error (pull-in) y que relaciona el par en función el número de pasos. Hay que tener en cuenta que, cuando la velocidad de giro del motor aumenta, se produce un aumento de la f.c.e.m. en él generada y, por tanto, una disminución de la corriente absorbida por los bobinados del estator, como consecuencia de todo ello, disminuye el par motor. *Par de mantenimiento (Holding Torque): Es el par requerido para desviar, en régimen de excitación, un paso el rotor cuando la posición anterior es estable; es mayor que el par dinámico y actúa como freno para mantener el rotor en una posición estable dada *Para de detención (Detention Torque): Es una par de freno que siendo propio de los motores de imán permanente, es debida a la acción del rotor cuando los devanados del estator están desactivados. * Angulo de paso (Step angle ): Se define como el avance angular que se produce en el motor por cada impulso de excitación. Se mide en grados, siendo los pasos estándar más importantes los siguientes:

Grados por impulso de excitación 0,72º 1,8º

Nº de pasos por vuelta 500 200

3,75º 7,5º 15º

96 48 24

* Número de pasos por vuelta: Es la cantidad de pasos que ha de efectuar el rotor para realizar una revolución completa *Frecuencia de paso máximo (Maximum pull-in/out): Se define como el máximo número de pasos por segundo que puede recibir el motor funcionando adecuadamente. * Momento de inercia del rotor: Es su momento de inercia asociado que se expresa en gramos por centímetro cuadrado. * Par de mantenimiento, de detención y dinámico: Definidos anteriormente y expresados en miliNewton por metro. Comparación entre motores *Imán permanente

Sus características constructivas son las siguientes: 1.

El rotor posee un imán permanente que en la superficie poseen una x cantidad de dientes mecanizados.

2.

El estator, que generalmente es de forma cilíndrica, posee cierta cantidad de bobinados que son los que se polarizan en una secuencia para provocar el movimiento deseado.

3.

El movimiento es controlado por las fuerzas de atracció y repulsión que ofrecen las bobinas de forma controlada.

4.

El orden en que se polarizan las bobinas y la misma alimentación de estas son controladas por ciertos circuitos de control.

*Reluctancia variable

1.El estator es parecido al de él motor de imán permanente. 2. La única diferencia que poseen en el rotor es que el de reluctancia variable no es un imán sino un núcleo de hierro dulce, aunque también posee dientes adheridos a éste. 3.Al alimentar una de las bobinas del estator, se crea un campo magnético. El rotor se orienta hacia aquella posición en la que la reluctancia que presenta el circuito es mínima. Esta posición será aquella en la que el entre hierro sea el más pequeño posible. Al cambiar la

alimentación a otra de las bobinas, el punto de mínima reluctancia también cambia, con lo cual el rotor gira de nuevo. 4.Su problema principal es que no se sabe con exactitud donde es que va a parar el motor después de ser desenergizado. Conversación de análoga a digital: 2.1 Razones por las cuales usar convertidores: Ventajas de la señal digital: *Cuando una señal digital es atenuada o experimenta perturbaciones leves, puede ser reconstruida y amplificada mediante sistemas de regeneración de señales. *Cuenta con sistemas de detección y corrección de errores, que se utilizan cuando la señal llega al receptor; entonces comprueban (uso de redundancia) la señal, primero para detectar algún error, y, algunos sistemas, pueden luego corregir alguno o todos los errores detectados previamente. *Facilidad para el procesamiento de la señal. Cualquier operación es fácilmente realizable a través de cualquier software de edición o procesamiento de señal. *La señal digital permite la multigeneración infinita sin pérdidas de calidad. Esta ventaja sólo es aplicable a los formatos de disco óptico; la cinta magnética digital, aunque en menor medida que la analógica (que sólo soporta como

mucho 4 o 5 generaciones), también va perdiendo información con la multigeneración.

2.2Tipos de convertidores analogos y digitales:

De aproximaciones sucesivas: Es el empleado más comúnmente, apto para aplicaciones que no necesitan grandes resoluciones ni velocidades. Debido a su bajo coste se suele integrar en la mayoría de microcontroladores permitiendo una solución de bajo coste en un único chip para numerosas aplicaciones de control. El conversor realiza una búsqueda dicotómica del valor presente en la entrada. Su principal carencia es el elevado tiempo de conversión necesario. Flash: este conversor destaca por su elevada velocidad de funcionamiento. Está formado por una cadena de divisores de tensión y comparadores, realizando la conversión de manera inmediata en una única operación. Su principal desventaja es el elevado costo. Sigma-delta: Tienen una velocidad máxima de conversión baja pero a cambio poseen una relación señal a ruido muy elevada, la mayor de todos.

Convertidor con comparadores.

Nos encontramos ante el único caso en que los procesos de cuantificación y descodificación aparecen claramente separados. El primer caso se lleva a cabo mediante comparadores que discriminan entre un numero finito de niveles de tensión. Estos comparadores reciben en sus entradas la señal analógica de entrada, junto con una tensión de referencia distinta para cada una de ellos. Al estar las tensiones de referencia escalonadas, es posible conocer si la señal de entrada se halla por encima o por debajo de cada una de ellas, lo cual permitirá saber el estado que le corresponde como resultado de la cuantificación. A continuación, necesitaremos un codificador que nos entregue la señal digital. Asimismo, cabe señalar que se trata de un convertidor de alta velocidad, ya que el proceso de conversión es directo. Sin embargo su utilidad queda reducida en los casos de baja resolución, pues se necesitan bastantes comparadores, lo que lleva a encarecer el circuito si se desea obtener una resolución alta. Convertidor a anchura de impulso. Este convertidor transforma la tensión desconocida en un intervalo de tiempo que es medido mediante un reloj y un contador. Al recibir por la entrada de control la orden de

iniciar la conversión, el circuito comienza la generación de una rampa y pone a 1 la salida del biestable. Este nivel se mantiene hasta que la rampa supere el valor en la entrada analógica, instante en que la salida del biestable volverá a 0 y el contador dejara de contar los impulsos de frecuencia fija del reloj. De manera que, al ser la duración del impulso en la salida del biestable función de la tensión de entrada, las salidas del contador serán una representación digital de la misma. Las limitaciones de este convertidor son varias: Falta de linealidad del generador de rampa, lo cual hace que la duración del impulso no sea la adecuada. El tiempo de conversión no es fijo sino que esta en función de la entrada analógica. Convertidor de doble rampa. Algunas limitaciones mencionadas anteriormente se pueden evitar con este convertidor. Es uno de los mas utilizados en la practica, especialmente en el caso de aplicaciones que requieran gran precisión. La base de funcionamiento de este circuito es también un integrador. El proceso de conversión

se inicia conectando la tensión de entrada al integrador durante un tiempo fijo, en el cual la salida del integrador se va haciendo negativa hasta alcanzar un valor mínimo en el instante en que termina ese tiempo fijo; momento en que la información de desbordamiento ( overflow), aplicada al circuito de exitacion del conmutador, provoca la aplicación de una tensión de referencia a la entrada dl integrador, lo que hace que la salida de este tienda a 0 voltios.

2.3 Que es muestreo y voltaje de referencia: El voltaje de referencia es el encargado de proporcionar el tiempo de conducción de voltaje sobre la carga por medio de la comparación con una señal rampa utilizando un amplificador operacional.

El Muestreo Digital es una de las partes que intervienen en la digitalización de las señales. Consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de una señal analógica, siendo el intervalo entre las muestras constante. El ritmo de este muestreo, se denomina frecuencia o tasa de muestreo y determina el número de muestras que se toman en un intervalo de tiempo.

2.4 A que se llama resolución y para que es importante:

La resolución viene determinada por la longitud de la palabra digital (número de bits), es decir por las agrupación de ceros y unos con que se va componiendo (codificada) la señal.

Es importante ya que debido a esta se define la velocidad de transferencia de datos de los distintos sistemas.

2.5 Mencione algunos tipos de convertidores , monopastillas:

*ADS1282 *ADS1281 *ADS1675 *ADS1672 *ADS1278-HT Sensores: Tipos de sensores:

Sensores reflectivos y por intercepción (de ranura) Los Sensores de objetos por reflexión están basados en el empleo de una fuente de señal luminosa (lámparas, diodos LED, diodos láser, etc.) y una célula receptora del reflejo de esta señal, que puede ser un fotodiodo, un fototransistor, LDR, incluso chips especializados, como los receptores de control remoto. Con elementos ópticos similares, es decir emisorreceptor, existen los censores "de ranura" (en algunos lugares lo he visto referenciado como "de barrera"), donde se establece un haz directo entre el emisor y el receptor, con un espacio entre ellos que puede ser ocupado por un objeto. LDR (Light-Dependent dependiente de la luz)

Resistor,

resistor

Un LDR es un resistor que varía su valor de resistencia eléctrica dependiendo de la cantidad de luz que incide sobre él. Se le llama, también, fotorresistor o fotorresistencia. El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (en algunos casos puede descender a tan bajo como 50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras (puede ser de varios megaohms).

Fotoceldas o celdas fotovoltaicas La conversión directa de luz en electricidad a nivel atómico se llama generación fotovoltaica. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico, que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando se captura a estos electrones libres emitidos, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como energía para alimentar circuitos. Esta misma energía se puede utilizar, obviamente, para producir la detección y medición de la luz. Fotodiodos El fotodiodo es un diodo semiconductor, construido con una unión PN, como muchos otros diodos que se utilizan en diversas aplicaciones, pero en este caso el semiconductor está expuesto a la luz a través de una cobertura cristalina y a veces en forma de lente, y por su diseño y construcción será especialmente sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Todos los semiconductores tienen esta sensibilidad a la luz, aunque en el caso de los fotodiodos, diseñados específicamente para esto, la construcción está orientada a lograr que esta sensibilidad sea máxima.

Fototransistores Los fototransistores no son muy diferentes de un transistor normal, es decir, están compuestos por el mismo material semiconductor, tienen dos junturas y las mismas tres conexiones externas: colector, base y emisor. Por supuesto, siendo un elemento sensible a la luz, la primera diferencia evidente es en su cápsula, que posee una ventana o es totalmente transparente, para dejar que la luz ingrese hasta las junturas de la pastilla semiconductora y produzca el efecto fotoeléctrico. CCD y cámaras de vídeo La abreviatura CCD viene del inglés ChargeCoupled Device, Dispositivo Acoplado por Carga. El CCD es un circuito integrado. La característica principal de este circuito es que posee una matriz de celdas con sensibilidad a la luz alineadas en una disposición físico-eléctrica que permite "empaquetar" en una superficie pequeña un enorme número de elementos sensibles y manejar esa gran cantidad de información de imagen (para llevarla al exterior del microcircuito) de una manera relativamente sencilla, sin necesidad de grandes recursos de conexiones y de circuitos de control.

Microinterruptores No es necesario extenderse mucho sobre estos componentes (llamados "microswitch" en inglés), muy comunes en la industria y muy utilizados en equipos electrónicos y en automatización. Con seguridad con la recopilación de imágenes que presentamos a la izquierda será suficiente. Sensores de presión En la industria hay un amplísimo rango de sensores de presión, la mayoría orientados a medir la presión de un fluido sobre una membrana. En robótica puede ser necesario realizar mediciones sobre fluidos hidráulicos (por dar un ejemplo), aunque es más probable que los medidores de presión disponibles resulten útiles como sensores de fuerza (el esfuerzo que realiza una parte mecánica, como por ejemplo un brazo robótico), con la debida adaptación. Se puede mencionar un sensor integrado de silicio como el MPX2100 de Motorola, de pequeño tamaño y precio accesible. Sensores de fuerza

Un sensor de fuerza ideal para el uso en robótica es el sensor FlexiForce. Se trata de un elemento totalmente plano integrado dentro de una membrana de circuito impreso flexible de escaso espesor. Esta forma plana permite colocar al sensor con facilidad entre dos piezas de la mecánica de nuestro sistema y medir la fuerza que se aplica sin perturbar la dinámica de las pruebas. Los sensores FlexiForce utilizan una tecnología basada en la variación de resistencia eléctrica del área sensora. La aplicación de una fuerza al área activa de detección del sensor se traduce en un cambio en la resistencia eléctrica del elemento sensor en función inversamente proporcional a la fuerza aplicada.

Sensores de contacto (choque) Para detectar contacto físico del robot con un obstáculo se suelen utilizar interruptores que se accionan por medio de actuadores físicos. Un ejemplo muy clásico serían unos alambres elásticos que cumplen una función similar a la de las antenas de los insectos. En inglés les llaman "whiskers" (bigotes), relacionándolos con los bigotes sensibles de los animales como —por ejemplo— los perros y gatos. También se usan

bandas metálicas que rodean al robot, o su frente y/o parte trasera, como paragolpes de autos. Piel robótica El mercado ha producido, en los últimos tiempos, sensores planos, flexibles y extendidos a los que han bautizado como "robotic skin", o piel robótica. Uno de estos productos es el creado por investigadores de la universidad de Tokio. Se trata de un conjunto de sensores de presión montados sobre una superficie flexible, diseñados con la intención de aportar a los robots una de las capacidades de nuestra piel: la sensibilidad a la presión. Micrófonos y sensores de sonido El uso de micrófonos en un robot se puede hallar en dos aplicaciones: primero, dentro de un sistema de medición de distancia, en el que el micrófono recibe sonidos emitidos desde el mismo robot luego de que éstos rebotan en los obstáculos que tiene enfrente, es decir, un sistema de sonar; y segundo, un micrófono para captar el sonido ambiente y utilizarlo en algún sentido, como recibir órdenes a través de palabras o tonos, y, un poco más avanzado, determinar la dirección de estos sonidos. Como es obvio, ahora que se habla tanto de robots

para espionaje, también se incluyen micrófonos para tomar el sonido ambiente y transmitirlo a un sitio remoto. Rangers (medidores de distancia) ultrasónicos Los medidores ultrasónicos de distancia que se utilizan en los robots son, básicamente, un sistema de sonar. En el módulo de medición, un emisor lanza un tren de pulsos ultrasónicos y espera el rebote, midiendo el tiempo entre la emisión y el retorno, lo que da como resultado la distancia entre el emisor y el objeto donde se produjo el rebote. Se pueden señalar dos estrategias en estos medidores: los que tienen un emisor y un receptor separados y los que alternan la función (por medio del circuito) sobre un mismo emisor/receptor piezoeléctrico. Este último es el caso de los medidores de distancia incluidos en las cámaras Polaroid con autorango, que se obtienen de desarme y se usan en la robótica de experimentación personal. Hay dos sensores característicos que se utilizan en robots: 1. Los módulos de ultrasonido contenidos en las viejas cámaras Polaroid con autorango, que se pueden conseguir en el mercado de usados por relativamente poco dinero. 2. Los módulos SRF de Devantech, que son capaces de detectar objetos a una distancia

de hasta 6 metros, además de conectarse al microcontrolador mediante un bus I2C. Acelerómetros, sensores de vibración Un acelerómetro es un dispositivo que permite medir el movimiento y las vibraciones a las que está sometido un robot (o una parte de él), en su modo de medición dinámico, y la inclinación (con respecto a la gravedad), en su modo estático. De los antiguos acelerómetros mecánicos, de tamaño grande y dificultosos de construir, porque incluían imanes, resortes y bobinas (en algunos modelos), se ha pasado en esta época a dispositivos integrados, con los elementos sensibles creados sobre los propios microcircuitos. Estos sensores, disponibles en forma de circuito integrado, son los que se utilizan normalmente en robótica experimental. Uno de los acelerómetros integrados más conocidos es el ADXL202, muy pequeño, versátil y de costo accesible. Sensores pendulares (Inclinómetros) Queda claro que la inclinación de un robot se puede medir con facilidad utilizando las características de medición estática del sensor ADXL202 que descibimos aquí arriba. Las ventajas de este sensor son grandes, debido a su pequeño tamaño, sólida integración y

facilidad de conexión con microcontroladores. De todos modos, existen otras soluciones para determinar la posición de la vertical (en base a la fuerza de la gravedad), y las listaremos brevemente. El mercado ofrece dispositivos con diversas soluciones mecánicas, todas basadas en un peso, a veces suelto aunque flotando en un medio viscoso, a veces ubicado sobre una rueda cargada sobre un lado de su circunferencia, en ocasiones una esfera. Hasta hay sensores basados en el movimiento de un líquido viscoso y conductor de la electricidad dentro de una cavidad. Las partes móviles en muchos casos están sumergidas en aceite, para evitar que la masa que hace de péndulo quede realizando movimientos oscilantes. Los sensores pueden estar basados en efecto capacitivo, electrolítico, de torsión (piezoeléctrico), magnético (inducción sobre bobinas) y variación resistiva. Contactos de mercurio También para medir inclinación, aunque en este caso sin obtener valores intermedios, sino simplemente un contacto abierto o cerrado, existen las llaves o contactos de mercurio, que consisten en un cilindro (por lo general de vidrio) en el que existen dos contactos a cerrar y una cantidad suficiente de mercurio que se

puede deslizar a un extremo u otro del cilindro y cerrar el contacto. Giróscopos El giróscopo o giroscopio está basado en un fenómeno físico conocido hace mucho, mucho tiempo: una rueda girando se resiste a que se le cambie el plano de giro (o lo que es lo mismo, la dirección del eje de rotación). Esto se debe a lo que en física se llama "principio de conservación del momento angular". En robots experimentales no se suelen ver volantes giratorios. Lo que es de uso común son unos sensores de pequeño tamaño, como los que se utilizan en modelos de helicópteros y robots, basados en integrados cuya "alma" son pequeñísmas lenguetas vibratorias, construidas directamente sobre el chip de silicio. Su detección se basa en que las piezas cerámicas en vibración son sujetas a una distorsión que se produce por el efecto Coriolis. Termistores Un termistor es un resistor cuyo valor varía en función de la temperatura. Existen dos clases de termistores: NTC (Negative Temperature Coefficient, Coeficiente de Temperatura Negativo), que es una resistencia variable cuyo valor se decrementa a medida que aumenta la

temperatura; y PTC (Positive Temperature Coefficient, Coeficiente de Temperatura Positivo), cuyo valor de resistencia eléctrica aumenta cuando aumenta la temperatura. La lectura de temperaturas en un robot, tanto en su interior como en el exterior, puede ser algo extremadamente importante para proteger los circuitos, motores y estructura de la posibilidad de que, por fricción, esfuerzo, trabas o excesos mecánicos de cualquier tipo se alcancen niveles peligrosos de calentamiento. RTD (Termorresistencias) Los sensores RTD (Resistance Temperature Detector), basados en un conductor de platino y otros metales, se utilizan para medir temperaturas por contacto o inmersión, y en especial para un rango de temperaturas elevadas, donde no se pueden utilizar semiconductores u otros materiales sensibles. Su funcionamiento está basados en el hecho de que en un metal, cuando sube la temperatura, aumenta la resistencia eléctrica. Termocuplas El sensor de una termocupla está formado por la unión de dos piezas de metales diferentes. La unión de los metales genera un voltaje muy pequeño, que varía con la temperatura. Su

valor está en el orden de los milivolts, y aumenta en proporción con la temperatura. Este tipo de sensores cubre un amplio rango de temperaturas: -180 a 1370 °C. Diodos para medir temperatura Se puede usar un diodo semiconductor ordinario como sensor de temperatura. Un diodo es el sensor de temperatura de menor costo que se puede hallar, y a pesar de ser tan barato es capaz de producir resultados más que satisfactorios. Sólo es necesario hacer una buena calibración y mantener una corriente de excitación bien estable. El voltaje sobre un diodo conduciendo corriente en directo tiene un coeficiente de temperatura de alrededor de 2,3 mV/°C y la variación, dentro de un rango, es razonablemente lineal. Se debe establecer una corriente básica de excitación, y lo mejor es utilizar una fuente de corriente constante, o sino un resistor conectado a una fuente estable de voltaje. Circuitos integrados para medir temperatura Existe una amplia variedad de circuitos integrados sensores de temperatura (se puede encontrar una lista en el link de abajo con lainformación detallada). Estos sensores se agrupan en cuatro categorías principales: salida

de voltaje, salida de corriente, salida de resistencia y salida digital. Con salida de voltaje podemos encontrar los muy comunes LM35 (°C) y LM34 (°K) de National Semiconductor. Con salida de corriente uno de los más conocidos es el AD590, de Analog Devices. Con salida digital son conocidos el LM56 y LM75(también de National). Los de salida de resistencia son menos comunes, fabricados por Phillips y Siemens. Pirosensores (sensores de llama a distancia) Existen sensores que, basados en la detección de una gama muy angosta de ultravioletas, permiten determinar la presencia de un fuego a buena distancia. Con los circuitos que provee el fabricante, un sensor de estos (construido con el bulbo UVTron) puede detectar a 5 metros de distancia un fósforo (cerilla) encendido dentro de una habitación soleada. En el mercado de sensores industriales se puede encontrar una variedad amplia de sensores de llama a distancia, algunos que detectan también ultravioleta y otros que se basan en los infrarrojos, aunque por lo que pude ver, la mayoría son de tamaño bastante grande. Otro sensor que se utiliza en robótica, en este caso sensible a los infrarrojos, es el módulo TPA81.

Sensores de humedad La detección de humedad es importante en un sistema si éste debe desenvolverse en entornos que no se conocen de antemano. Una humedad excesiva puede afectar los circuitos, y también la mecánica de un robot. Por esta razón se deben tener en cuenta una variedad de sensores de humedad disponibles, entre ellos los capacitivos y resistivos, más simples, y algunos integrados con diferentes niveles de complejidad y prestaciones. Para el uso en robótica, por suerte, se puede contar con módulos pequeños, versátiles y de costo accesible, como el SHT11 de Sensirion. Sensores magnéticos En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos. En principio, si nuestro robot debe moverse en ambientes externos a un laboratorio, una aplicación importante es una brújula que forme parte de un sistema de orientación para nuestro robot. Otra aplicación es la medición directa de campos magnéticos presentes en las inmediaciones, que podrían volverse peligrosos para el "cerebro" de nuestro robot si su intensidad es importante. Una

tercera aplicación es la medición de sobrecorrientes en la parte motriz (detectando la intensidad del campo magnético que genera un conductor en la fuente de alimentación). También se podrán encontrar sensores magnéticos en la medición de movimientos, como el uso de detectores de "cero movimiento" y tacómetros basados en sensores por efecto Hall o pickups magnéticos. Sistema de posicionamiento global Si bien nos puede parecer demasiado lujo para nuestros experimentos, lo cierto es que un sistema de posicionamiento global (GPS, Global Positioning System) aporta una serie de datos que pueden ser muy útiles para un robot avanzado. Un ejemplo de este servicio es el módulo DS-GPM, fabricado por Total Robots, que entrega datos de latitud, longitud, altitud, velocidad, hora y fecha y posición satelital. Estos datos se comunican desde los registros del módulo a través de interfaces I2C y RS232. Si bien no es barato, en realidad no es tan inaccesible: un dispositivo de estas características se vende en el mercado de EEUU a un valor cercano a los us$ 400. Receptores de radiobalizas

Por medio de un grupo de emisores de radiofrecuencia codificados, ubicados en lugares conocidos por el sistema, es posible establecer con precisión la posición de un robot, con sólo hacer una triangulación. Al efecto el robot debe poseer una antena de recepción direccional (con reflector parabólico, o similar) que pueda girar 360°, y así determine la posición de las radiobalizas. En el robot es posible usar receptores integrados muy pequeños y de bajo costo, como el RWS-433, o el RXLC-434, y otros similares, que trabajan en frecuencias de entre 303 y 433 Mhz. La elección de los transmisores dependerán de la distancia a que se ubiquen las radiobalizas, pero si se trata de áreas acotadas es posible utilizar los módulos transmisores hermanados con los anteriores, como el TWS433 y el TXLC-434. Sensores de proximidad Los sensores de proximidad que se obtienen en la industria son resultado de la necesidad de contar con indicadores de posición en los que no existe contacto mecánico entre el actuador y el detector. Pueden ser de tipo lineal (detectores de desplazamiento) o de tipo conmutador (la conmutación entre dos estados indica una posición particular). Hay dos tipos de detectores de proximidad muy utilizados en la industria:

inductivos y capacitivos. Los detectores de proximidad inductivos se basan en el fenómeno de amortiguamiento que se produce en un campo magnético a causa de las corrientes inducidas (corrientes de Foucault) en materiales situados en las cercanías. El material debe ser metálico. Los capacitivos funcionan detectando las variaciones de la capacidad parásita que se origina entre el detector propiamente dicho y el objeto cuya distancia se desea medir. Se emplean para medir distancias a objetos metálicos y no metálicos, como la madera, los líquidos y los materiales plásticos.

Publicado por Alexander en 17:42

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Alexander

Bueno les presento un circuito para controlar motores Stepper Bipolares, este diseño permite que el motor sea controlado paso por paso una bobina a la vez, con un buffer bidirieccional que se utiliza para enviar y recibir datos 74LS245 se utilizan 2 para aportar la corriente necesaria que requiere el motor, la frecuencia es regulado por un LM555 la cual la podemos ir variando por medio del potenciometro, los pasos los va dando un contador decimal 4017. Componentes: --1 LM555. --1 CMOS 4017. --2 Buffer 74LS245. --1 Motor Stepper Bipolar. --1 Potenciomentro 100K Ohm. --1 Resistencia 330R Ohm. --1 Resistencia 1K Ohm. --1 Capacitor 4.7uF 16V. --1 Capacitor 100nF