Robótica – Apontamentos (parte 10) / Ficha de Trabalho 10, com questionário (actuadores: servomotores e motores passo-a-passo)

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Curso Profissional de Electrónica, Automação e Comando
Disciplina de Automação e Comando
Módulo: Robótica

[…continuação]

Apontamentos de Robótica / Ficha de Trabalho 10

Parte 10

21. Servomotores

21.1. – Constituição e Características Principais

. São formados por motores DC e um redutor de velocidades, em conjunto com um sensor de posição e um sistema de controlo realimentado.
. Por outras palavras, são motores comandados na sua posição (angular ou linear).
. São pequenos e apresentam uma grande variação de valores de torques.

21.2. – Princípio de Funcionamento

. O mecanismo de posicionamento ajusta a posição angular, através de um sinal codificado que lhe é enviado. Enquanto esse sinal estiver presente na sua entrada ele mantém a sua posição angular.
. Normalmente o sinal de comando é na forma PWM (Pulse Width Modulation), ou seja, a posição angular irá depender da largura do impulso enviado/recebido.

Nota: Se quiser aprofundar os seus conhecimentos sobre a Modulação por Largura de Impulso, Pulse Width Modulation (PWM) em inglês, consulte este artigo em 4 partes:
–> https://www.profelectro.info/?p=4480
–> https://www.profelectro.info/?p=4489
–> https://www.profelectro.info/?p=4499
–> https://www.profelectro.info/?p=4504

Figura 32 – Servomecanismos

22. – Motor de Passo-a-Passo

Figura 33 – Motores Passo-A-Passo

22.1. Características Principais

. São usados em aplicações que exijam pouca força;
. Podem rodar no sentido horário e anti-horário;
. Admitem variações incrementais de precisão angular;
. Apresentam repetição de movimentos bastante exactos (elevada repetibilidade);
. Possuem baixo torque;
. Permitem um torque de sustentação à velocidade zero;
. O seu controlo pode ser digital.

22.2. Tipos

. Bipolares
. Unipolares.
Em qualquer dos casos as fontes de alimentação são contínuas e precisam de um circuito digital que produza as sequências de sinais de controlo para que o motor funcione de acordo com o pretendido.

22.3. Funcionamento

. A forma em que irá funcionar o motor depende muito da aplicação concreta.
. Há casos em que o mais importante é o torque, noutros a precisão, noutros ainda é a velocidade.
. Para podermos trabalhar com um motor passo-a-passo, precisamos de saber as suas características de funcionamento, tais como a tensão de alimentação, a corrente máxima (suportada pelas bobinas), o grau (precisão), o torque.
. Estes motores têm várias formas de serem accionados, sendo as mais comuns o meio passo e o passo completo.

22.3.1. Passo Completo

. No modo de passo completo podemos accionar uma ou duas bobinas em cada passo, sendo que no caso de uma bobina o torque e o consumo serão menores.

. Na tabela seguinte podemos ver a sequência dos passos em sentido horário e o accionamento das bobinas num motor accionado em passo completo, com apenas uma bobina alimentada.

Tabela 2 – Passo completo com uma bobina alimentada e em rotação no sentido dos ponteiros do relógio

. No caso do modo completo com duas bobinas alimentadas, tem-se um torque maior, bem como um consumo maior. A velocidade também costuma ser maior neste caso, mas, num motor passo-a-passo, a velocidade máxima depende muito dos circuitos electrónicos e da estratégia de controlo que está a ser utilizada.

Tabela 3 – passo completo com duas bobinas em rotação no sentido dos ponteiros do relógio

22.3.2. – Meio Passo

. Na operação no modo meio passo, combinamos as duas estratégias anteriores, obtendo assim um efeito de meio passo a cada mudança no accionamento das bobinas.
. Este modo consome mais energia, mas como podemos trabalhar com passos mais pequenos, a precisão é maior. O torque é semelhante ao método anterior, mas a velocidade costuma ser menor.

Tabela 4 – meio passo no sentido dos ponteiros do relógio

Nota: Para mudar a direcção de rotação do motor, basta inverter a sequência dos passos.

Nota: Se quiser aprofundar os seus conhecimentos sobre o funcionamento dos motores passo-a-passo, veja esta animação e este artigo.

24. – Actuadores Pneumáticos

24.1. Características e Generalidades

. São parecidos com os hidráulicos, com a diferença de usarem ar em vez de óleo.
. O ar é altamente compressível, pelo que estes actuadores possuem baixa precisão e força mas, ao invés, elevada velocidade.

. Os actuadores pneumáticos lineares (cilindros) precisam de sistemas complexos para controlar a posição em pontos ao longo do seu curso, pelo que não podem ser aplicados em utilizações que requeiram precisão.

. Porém, em muitas tarefas industriais existem processos que exigem apenas que estes actuadores lineares trabalhem entre duas posições extremas (cilindro totalmente recolhido ou totalmente estendido), tarefa em que apresentam uma boa repetibilidade.
. São tarefas simples, do tipo movimentação de material, fixação de peças e separação de objectos, operações conhecidas genericamente por “pega-e-põe”.
. O seu baixo custo e da criação do ar comprimido torna-os bastante atractivos para estas tarefas simples.
. Pode-se usar o accionamento pneumático em juntas rotativas de forma directa (actuadores rotativos) ou com redutores (motores pneumáticos de lóbulos ou palhetas).
. Essas aplicações são muito específicas e indicadas apenas quando houver restrições quanto ao uso de actuadores eléctricos ou hidráulicos.

. A programação destes actuadores pode ser feita através de PLCs ou mesmo apenas com interruptores distribuidores ou de fim-de-curso. Este tipo de programação permite alguma flexibilidade na sequência dos accionamentos, mas é bastante limitada no que toca a mudanças na forma e na tarefa a ser executada.

. Podemos concluir que os sistemas pneumáticos estão mais perto de uma automação fixa do que da automação programável.

25. Questionário (X)

1. Qual a constituição de um servomotor?
2. O que entende por servomotor?
3. Indique quais as afirmações verdadeiras e quais as falsas
a) Os servomotores são pequenos motores
b) Cada servomotor possui um torque fixo
c) Os motores passo-a-passo apresentam torque baixo.
d) Nos motores passo-a-passo, o modo de operação que consome mais energia é o de passo completo.
e) Nos motores passo-a-passo, o modo de operação com maior precisão é o de passo completo.
4. Em cada momento, como é que o servomotor adquire a sua posição angular?
5. Qual a forma normal do sinal de comando de um servomotor?
6. Em que tipo de aplicações se utilizam os motores passo-a-passo?
7. Em que sentido podem rodar os motores passo-a-passo?
8. Os motores passo-a-passo apresentam elevada repetibilidade. O que quer isso dizer?
9. Quais os tipos de motores passo-a-passo que conhece?
10. Qual o formato das sequências de sinais de controlo dos motores passo-a-passo?
11. Os motores passo-a-passo são AC ou DC?
12. Para podermos trabalhar com um determinado motor passo-a-passo, quais as suas características, e respectivos valores, que temos de conhecer antecipadamente?
13. Que formas de accionamento dos motores passo-a-passo conhece?
14. Nos motores de passo completo quantas bobinas são alimentadas?
15. Quando accionamos apenas uma das bobinas do motor o torque desenvolvido pelo motor é maior ou menor do que quando accionamos duas bobinas?
16. Complete os espaços
A tabela seguinte corresponde a passo completo com _____ bobina(s) em rotação no sentido ____________ ponteiros do relógio

17. Qual é grande diferença entre a operação em modo meio passo e passo completo?
18. Se quisermos inverter o sentido de rotação de um motor passo-a-passo, o que teremos de fazer?
19. Qual a grande diferença entre actuadores pneumáticos e hidráulicos?
20. Classifique os actuadores pneumáticos quanto à precisão, força e velocidade.
21. Por que não podem os actuadores pneumáticos ser usados em aplicações de elevada precisão?
22. Que tipo de tarefas desempenham bem os actuadores pneumáticos?
23. Qual a característica que permite isso?
24. Como pode ser feita a programação dos actuadores pneumáticos?