Tutorial Sobre Motores Paso a Paso

9/3/2015 Tutorial sobre Motores Paso a Paso (Stepper motors) | Todo Robot

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Tutorial sobre Motores Paso a Paso(Stepper motors)

admin � 10 septiembre, 2014 12

Los motores paso a paso son idealespara la construcción de mecanismosen donde se requieren movimientosmuy precisos.

La característica principal de estosmotores es el hecho de podermoverlos un paso a la vez por cadapulso que se le aplique. Este pasopuede variar desde 90° hastapequeños movimientos de tan solo

1.8°, es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso (90°) y 200 parael segundo caso (1.8°), para completar un giro completo de 360°.

Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en unaposición o bien totalmente libres. Si una o más de sus bobinas está

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Tutorial sobre Motores Paso a Paso (Stepper motors)

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

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

Principio de funcionamiento

Básicamente estos motores están constituidos normalmente por unrotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por uncierto 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 serexternamente 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 (verfigura 1). Necesitan ciertos trucos para ser controlados, debido aque requieren del cambio de dirección del flujo de corriente através de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar unmovimiento. En figura 3 podemos apreciar un ejemplo decontrol de estos motores mediante el uso de un puente en H (H-Bridge). Como se aprecia, será necesario un H-Bridge por cadabobina del motor, es decir que para controlar un motor Paso aPaso de 4 cables (dos bobinas), necesitaremos usar dos H-Bridgesiguales al de la figura 3 . El circuito de la figura 3 es a modoilustrativo y no corresponde con exactitud a un H-Bridge. Engeneral es recomendable el uso de H-Bridge integrados como sonlos 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 secaracteriza por ser más simple de controlar. En la figura 4 podemosapreciar un ejemplo de conexionado para controlar un motor paso apaso unipolar mediante el uso de un ULN2803, el cual es una array de8 transistores tipo Darlington capaces de manejar cargas de hasta500mA. Las entradas de activación (Activa A, B , C y D) pueden serdirectamente activadas por un microcontrolador.



Secuencias para manejar motores paso a paso Bipolares

Como se dijo anteriormente, estos motores necesitan la inversión de lacorriente que circula en sus bobinas en una secuencia determinada. Cadainversión de la polaridad provoca el movimiento del eje en un paso, cuyosentido de giro está determinado por la secuencia seguida.

A continuación se puede ver la tabla con la secuencia necesaria paracontrolar 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

Secuencias para manejar motores paso a paso Unipolares

Existen tres secuencias posibles para este tipo de motores, las cuales sedetallan a continuación. Todas las secuencias comienzan nuevamente por elpaso 1 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 y la que generalmenterecomienda el fabricante. Con esta secuencia el motor avanza un paso porvez y debido a que siempre hay al menos dos bobinas activadas, se obtieneun alto torque de paso y de retención.

PASO Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D

1 ON ON OFF OFF

2 OFF ON ON OFF



3 OFF OFF ON ON

4 ON OFF OFF ON

A continuación se puede apreciar la secuencia animada en modo normal:

Secuencia del tipo wave drive: En esta secuencia se activa solo una bobinaa la vez. En algunos motores esto brinda un funcionamiento mas suave. Lacontrapartida es que al estar solo una bobina activada, el torque de paso yretención es menor.


1 ON OFF OFF OFF



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2 OFF ON OFF OFF

3 OFF OFF ON OFF

4 OFF OFF OFF ON

A continuación se puede apreciar la secuencia animada en modo wave drive:

Secuencia del tipo medio paso: Enesta secuencia se activan las bobinas detal forma de brindar un movimiento

igual a la mitad del paso real. Para ello se activan primero 2 bobinas y luegosolo 1 y así sucesivamente. Como vemos en la tabla la secuencia completaconsta de 8 movimientos en lugar de 4.


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1 ON OFF OFF OFF

2 ON ON OFF OFF

3 OFF ON OFF OFF

4 OFF ON ON OFF

5 OFF OFF ON OFF

6 OFF OFF ON ON

7 OFF OFF OFF ON



8 ON OFF OFF ON

A continuación se puede apreciar la secuencia animada en modo mediopaso:

Como comentario final, cabe destacar que debido a que los motores paso apaso son dispositivos mecánicos y como tal deben vencer ciertas inercias, eltiempo de duración y la frecuencia de los pulsos aplicados es un punto muyimportante a tener en cuenta. En tal sentido el motor debe alcanzar el pasoantes que la próxima secuencia de pulsos comience. Si la frecuencia depulsos es muy elevada, el motor puede reaccionar en alguna de lassiguientes formas:

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.



Para obtener un arranque suave y preciso, es recomendable comenzar conuna frecuencia de pulso baja y gradualmente ir aumentándola hasta lavelocidad deseada sin superar la máxima tolerada. El giro en reversa deberíatambién ser realizado previamente bajando la velocidad de giro y luegocambiar el sentido de rotación.

Una referencia importante:

Cuando se trabaja con motores P-P usados o bien nuevos, pero de los cualesno tenemos hojas de datos. Es posible averiguar la distribución de los cablesa los bobinados y el cable común en un motor de paso unipolar de 5 o 6cables siguiendo las instrucciones que se detallan a continuación:

1. Aislando el cable(s) común que va a la fuente de alimentación: Comose aprecia en las figuras anteriores, en el caso de motores con 6cables, estos poseen dos cables comunes, pero generalmenteposeen el mismo color, por lo que lo mejor es unirlos antes decomenzar las pruebas.



Usando un tester para chequear la resistencia entre pares de cables,el cable común será el único que tenga la mitad del valor de laresistencia entre ella y el resto de los cables.

Esto es debido a que el cable común tiene una bobina entre ella ycualquier otro cable, mientras que cada uno de los otros cablestienen dos bobinas entre ellos. De ahí la mitad de la resistenciamedida en el cable común.

2.Identificando los cables de las bobinas (A, B, C y D): aplicar un voltajeal cable común (generalmente 12 volts, pero puede ser más omenos) y manteniendo uno de los otros cables a masa (GND)mientras vamos poniendo a masa cada uno de los demás cables deforma alternada y observando los resultados.

El proceso se puede apreciar en el siguiente cuadro:

Seleccionar un cable y conectarlo a masa. Eseserá llamado cable A.

Manteniendo el cable A conectado a masa,probar cuál de los tres cables restantes provocaun paso en sentido antihorario al ser conectado



también a masa. Ese será el cable B.

Manteniendo el cable A conectado a masa,probar cuál de los dos cables restantes provocaun paso en sentido horario al ser conectado amasa. Ese será el cable D.

El último cable debería ser el cable C. Paracomprobarlo, basta con conectarlo a masa, loque no debería generar movimiento algunodebido a que es la bobina opuesta a la A.

Nota: La nomenclatura de los cables (A, B, C, D) es totalmentearbitraria.

Identificando los cables en Motores P-P Bipolares:

Para el caso de motores paso a paso bipolares (generalmente de 4 cables desalida), la identificación es más sencilla. Simplemente tomando un tester enmodo ohmetro (para medir resistencias), podemos hallar los pares de cablesque corresponden a cada bobina, debido a que entre ellos deberá haber



continuidad (en realidad una resistencia muy baja). Luego solo deberemosaveriguar la polaridad de la misma, la cual se obtiene fácilmente probando.Es decir, si conectado de una manera no funciona, simplemente damosvuelta los cables de una de las bobinas y entonces ya debería funcionarcorrectamente. Si el sentido de giro es inverso a lo esperado, simplementese deben invertir las conexiones de ambas 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 también puede ser de 4 fases y unipolar,

pero con 2 cables comunes para alimentación. pueden ser del mismo color.Un motor de pasos con solo 4 cables es comúnmente bipolar.

Publicado en Robotica

12 COMENTARIOS

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javier hace 6 meses � Enlace permanente

una consulta. cuantos gramos puede tirar o soportar un motor paso apaso unipolar de 5 o 6 cables?

Cesáreo hace 5 meses � Enlace permanente

Teniendo en cuenta que mueve máquinas de cierta envergadura sinmayor problema, calculo que podrá sin dificultades con el peso deBarbie, siempre y cuando ésta se mantenga en línea.

Raúl hace 3 meses � Enlace permanente

Existe un método para calcular el par, es pormedio de una curvacaracterística y depende de tu motor y sus devanados.

luis cocco hace 6 meses � Enlace permanente

tengo un motor paso a paso de 8 cables deberia ser unipolar, cuandofunciona vibra mucho y hace ruidos extraños. es de un mesclador de

http://www.todorobot.com.ar/tutorial-sobre-motores-paso-a-paso-stepper-motors/#comment-7


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master ( pigmentos para la industria plastica,) gracias

jorkaef hace 5 meses � Enlace permanente

Hey solo con una pregunta en el driver de l293D en las salidas hayunos diodos esos diodos exactamente que hacen en ese circuito ytambien quisiera saber que clase de diodos son y si es necesarioponerlo

alexis cid hace 3 meses � Enlace permanente

Esos diodos eliminan el voltaje que se genera al desenergizar labobina el cual es en sentido opuesto al entregado originalmente.Con ello evitas el daño al puente ya que se descarga a través deldiodo al quedar en polarización directa. Ese diodo se llama diododamper y tiene características especiales aunque para este caso, un1n4007 anda bien.

Sebastian R hace 4 meses � Enlace permanente

Hey una pregunta… ¿cómo hacer que un motor paso a paso se mueva









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tan sólo un grado, es posible?

joel hace 4 meses � Enlace permanente

Tiene que esplicar cuales cables son los positivo de un motor paso apaso 4 cables tiene amarillo azul blanco y berde

joel hace 4 meses � Enlace permanente

Tiene un ploh mesecito la hace para conex rarlo y echarlo afuncional

juan carlos narvaez hace 4 meses � Enlace permanente

Es verdad que se puede convertir un unipolar de 6 hillos en un biploar?

marcelo hace 4 meses � Enlace permanente

una pregunta: de cuanto puede ser la resistencia de las bobinas de un



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motor de paso?

Cesar David hace 2 meses � Enlace permanente

Teno un drive 2M543, y uno motor a pasos nema 23 1.8 grados, soloque no gira rápido, y ocupo otro del mismo tipo pero que gire masrápido que el de 1.8 grados, me podrias recomendar uno que se nema23 pero con mas grados de giro.

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