Seminários Robota 2009

Semin ´arios Robota 2009

Motores El ´etricos e Acionamentos em Rob ´otica M ´ovel

Roni Gabriel Rigoni

Universidade Federal de Santa Catarina

Sum ´ario

1 _{Tipos de Motores El ´etricos}

2 Motores DC

3 Servo Motores RC

4 _{Motor de Passo}

5 _{Um Probleminha Pr ´atico}

Sum ´ario

1 _{Tipos de Motores El ´etricos}

2 Motores DC

3 Servo Motores RC

4 _{Motor de Passo}

Classificac¸ ˜ao Geral de Motores

Motores Convencionais

I _{Motor de Corrente Cont´ınua (DC Motor)} F Com Escovas (Brushed)

F Sem Escovas (Brushless)

I Motores de Corrente Alternada (AC Motor) F Motor de Induc¸ ˜ao

F Motor S´ıncrono Motores ”Especiais” I _{Servo Motor} I _{Motor de Passo} I _{Motor Linear} I _...

Sum ´ario

1 _{Tipos de Motores El ´etricos}

2 Motores DC

3 Servo Motores RC

4 _{Motor de Passo}

Motor DC: Caracter´ısticas Gerais

O tipo de motor mais usado para trac¸ ˜ao em rob ˆos m ´oveis Acionamento relativamente simples

Opera em ambos os sentidos e pode-se variar a velocidade

Motor DC: Caracter´ısticas Gerais

Motor DC: Invers ˜ao de Sentido de Rotac¸ ˜ao

Para mudar sentido de rotac¸ ˜ao −→ Inverter a corrente

Para mudar a velocidade −→ Alterar a tens ˜ao ”vista”pelo motor

Acionamento que permite operac¸ ˜ao em ambos sentidos e alterac¸ ˜ao da velocidade (Ponte-H):

Motor DC: Variac¸ ˜ao da Velocidade

Sum ´ario

1 _{Tipos de Motores El ´etricos}

2 Motores DC

3 Servo Motores RC

4 _{Motor de Passo}

5 _{Um Probleminha Pr ´atico}

Servo RC: Caracter´ısticas Gerais

Fabricados para utilizac¸ ˜ao em r ´adio-controle

I _{Automodelismo, Aeromodelismo etc...}

Motor DC + caixa de reduc¸ ˜ao + controle de posic¸ao embutido Acionamento muito f ´acil e pr ´atico (PWM)

Amplamente utilizado em rob ´otica m ´ovel, devido sua simplicidade e efici ˆencia

Possui tr ˆes fios: V+,GND e de sinal

Servo RC: Caracter´ısticas Gerais

Acionamento por PWM (Pulse Width Modulation): Per´ıodo de pulso FIXO de aproximadamente 20ms Sinais(tempo em alto) variam entre 1ms e 2ms

Sum ´ario

1 _{Tipos de Motores El ´etricos}

2 Motores DC

3 Servo Motores RC

4 _{Motor de Passo}

Motor de Passo: Caracter´ısticas Gerais

Acionamento relativamente simples, por ´em requer ”muitos fios” Passo discreto

Proporciona um controle em Malha Aberta de velocidade Confi ´avel quando a carga ´e pequena em relac¸ ˜ao ao torque m ´aximo do motor

Por ´em pode perder passos quando:

I _{A carga varia muito}

I _{Frequ ˆencia dos pulsos aumenta (altas velocidades)}

Motor de Passo: Funcionamento B ´asico

Dois tipos:

Motor de Passo a Relut ˆancia Vari ´avel Motor de Passo a Im ˜a Permanente

Sum ´ario

1 _{Tipos de Motores El ´etricos}

2 Motores DC

3 Servo Motores RC

4 _{Motor de Passo}

5 _{Um Probleminha Pr ´atico}

O Problema

Dado um motor especificado, como dimensionar o rob ˆo para que ele consiga subir uma rampa de inclinac¸ ˜ao θ ?

Ou, dado um rob ˆo e seus par ˆametros, como escolher o motor certo para que o rob ˆo consiga subir uma rampa de inclinac¸ ˜ao θ?

Considerac¸ ˜oes

Para simplificac¸ ˜ao, consideraremos que: O rob ˆo ´e do tipo diferencial

Possui centro de massa sobre o eixo das rodas

Demais pontos de apoio e seus atritos ser ˜ao desconsiderados A trac¸ ˜ao do rob ˆo s ˜ao dois motores DC diretamente ligados `as rodas

Primeiro Problema: Como achar o µ?

Px =P.sin(θ) (1)

Py =P.cos(θ) (2)

Para o rob ˆo n ˜ao ”escorregar”:

Px = Fat (3)

P.sin(θ) = µ.N (4)

Segundo Problema: Como determinar o torque

motor?

Problema Resolvido

Pronto, agora temos uma relac¸ ˜ao direta entre o torque que o motor deve fornecer com os par ˆametros construtivos do rob ˆo (massa total e raio da roda)

Agora analisamos o datasheet do motor que queremos comprar para ver se o torque calculado pertence `a regi ˜ao de maior efici ˆencia do mesmo

Tamb ´em devemos prestar atenc¸ ˜ao qual ´e o valor da corrente para este torque, e avaliar se nosso sistema de acionamento suporta tal corrente

Fim

Muito Obrigado pela presenc¸a! =) Grupo Robota

Universidade Federal de Santa Catarina http://robota.das.ufsc.br