En el capítulo de hoy vamos a hablar del motor paso a paso con Arduino. Hemos recibido varios e-mails, sobre los motores paso a paso y en especial uno, donde nos pedía consejo para montar un proyecto con Arduino. Este proyecto consta de 10 motores que permita giros de 180º muy precisos. Además requiere de parada de motores durante minutos. Por eso nuestra decisión ha sido crear este capítulo y hablar sobre estos componentes.

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Existen diferentes tipos de motores eléctricos, los motores de corriente continua (motores DC), los servomotores y los motores paso a paso. Hoy te vamos a hablar de estos últimos.

Para controlar un motor paso a paso necesitamos un sistema que nos permita mover el motor. Este sistema tiene 3 elementos básicos al que le podemos añadir un elemento extra, la interfaz de usuario.

sistema-motor-paso-a-paso



Interfaz de usuario: es la puerta de entrada al motor paso a paso. El usuario maneja el motor a través de una aplicación ya sea de escritorio, móvil, un mando de radiocontrol, etc... Envía los mensajes de alto nivel al controlador.

Controlador (Arduino): suele ser un microcontrolador, recibe los comandos de alto nivel de la interfaz de usuario y los convierte en pulsos para poder mover el motor. Estos pulsos se envían por las salidas digitales.

Driver o amplificador: convierte los pulsos del controlador (Arduino) en la energía necesaria para excitar las bobinas del motor a través de etapas de potencia con transistores.

Motor: dispositivo electromagnético que convierte los impulsos digitales en la rotación del eje mecánico. Un ejemplo sería el 28BYJ-48 de la marca Rohs.

Los motores paso a paso se llaman de diferentes formas, los podemos encontrar como motores steppers, step motor o motores PaP (abreviatura de paso a paso). Las características principales de este tipo de motores son que se pueden mantener en una posición fija, se pueden girar en amos sentidos y se puede controlar la velocidad de giro a través de los pasos.

Un motor eléctrico, ya sea paso a paso o de otro tipo, tiene dos elementos clave, el estator, pieza fija que rodea a la móvil y donde está el bobinado que se excita con corriente y el rotor que es la pieza móvil que vamos a hacer girar mediante la aplicación de un campo magnético.

stepper-motor

Para comprender cómo funciona un motor tenemos que tener claro dos definiciones, par motor y paso.

El par motor, también conocido como torque o momento de fuerza, es la fuerza que se ejerce en el eje del motor cuando este gira. Un ejemplo que nos permite ver este concepto más claro es la bicicleta. Cuando das pedales, la fuerza que ejerces se transmite al eje del plato y esto permite que la bicicleta avance. Con los motores ocurre lo mismo, cuando gira el rotor, esto ejerce una fuerza en el eje que te permite mover cosas.

El paso de un motor es el avance de giro, por eso se llama paso a paso, porque se mueven giro a giro de motor. El paso dependerá del tipo de motor y sus características.

Dentro de todos los parámetros que encontramos en la hoja de características técnicas de un motor, debemos de centrarnos en 3.

Voltaje o tensión eléctrica de trabajo.
En algunos motores este parámetro viene impreso en la carcasa. Es un dato a tener en cuenta, si aplicamos más tensión de la indicada corremos el riesgo de dañar el motor o acortar su vida útil.
Resistencia eléctrica
Indica la resistencia de los bobinados y determina la corriente que consume el motor. Este parámetro afecta a la curva del torque o par motor y a la velocidad máxima de operación.
Grados por paso
Es el número de grados que gira en cada paso. Es un factor importante y dependerá del uso que queramos dar al motor.
Existen 3 tipos básicos de motores que se diferencian en cómo están construidos el rotor y el estator.

Los motores de reductancia variable tienen un rotor dentado de hierro dulce y el estator también es dentado y tiene el bobinado que es que se excita con la corriente eléctrica. El mayor inconveniente de este tipo de motores es que en condiciones de reposo el roto queda libre y no tenemos control de donde parará debido a la inercia al moverse.

Los motores de imán permanente, al contrario que los de reductancia variable, tienen un rotor que es un imán permanente y el estator es un bobinado donde se aplica la corriente. Son los más utilizados en impresoras, disqueteras, etc...

Los motores híbridos son una mezcla entre los anteriores, el rotor es un imán permanente dentado y el estator es el bobinado. Suelen tener mayor precisión y por eso se usa mucho en el sector industrial.

Dentro de los motores de imán permanente e híbridos, existen dos tipos según el número de bobinas que tengan, los biporales y los unipolares.

Bipolares
Estos motores solo tienen dos bobinas y por lo tanto tienen mejor relación entro torque y tamaño/peso. Necesitan que se aplique corriente a las dos bobinas en los dos sentidos y de ahí viene la dificultad, sobre todo en la programación.
Unipolares
Estos motores tienen 2 bobinas en cada eje (dos bobinas con punto medio). Son muy fáciles de controlar y los más comunes en el ámbito doméstico.
Los unipolares pueden moverse de 3 formas diferentes, según las bobinas que se exciten.

Movimiento normal (par máximo)
Se excitan dos bobinas a la vez, consiguiendo el máximo torque o par, una buena velocidad y un alto consumo. Es el movimiento recomendado por los fabricantes.
Movimiento por ola o paso completo (par menor)
En este caso solo se excita una bobina a la vez, por lo tanto conseguimos un torque o par menor pero el consumo es más bajo.
Movimiento de medio paso
Moviendo el motor con medios pasos se consigue que sea más suave y lento, alcanzando así más precisión. El consumo y el par está entre medias de los otros dos movimientos.
Ahora vamos a analizar un motor muy común que viene en diferentes kits de Arduino, pero también lo puedes comprar por separado, su coste es de unos 3€.

Lo primero que debemos hacer es mirar las características técnicas del motor. A continuación te dejamos dos enlaces.

Hoja de características técnicas 1
Hoja de características técnicas 2
Lo más importante que tenemos que saber te lo detallamos a continuación:

Motor paso a paso con 5 cables (unipolar 4 bobinas)
Voltaje de funcionamiento 5V o 12V
Viene con un circuito integrado
4 LEDs que indican cuando se excita una bobina
4 resistencias para proteger los LEDs
Chip ULN2003 que contiene 3 transistores Darlington
4 entradas para el controlador, por donde entran los pulsos.
Jumpers para seleccionar el voltaje de funcionamiento (5V o 12V)
Hay que puentear el voltaje que no se utiliza
Cada paso avanza 5,625º
Caja reductora mediante engranajes 1/64
Se consigue un paso de 5,625/64 = 0,088º
Resistencia del bobinado de 50 Ω
Torque de 34 Newton Metro más o menos 35 gramos por cm
Frecuencia máxima 100Hz que equivale a un delay de 10 ms
Para programar este motor lo podemos hacer de 2 maneras diferentes, manual o a través de la librería stepper que viene incluida en el entorno de desarrollo oficial del Arduino. Puedes ver este artículo donde explicamos los dos métodos.

Recurso del día

Everything

Everything es un motor de búsqueda de código abierto que localiza los archivos y carpetas por nombre al instante. Es una aplicación para Windows y, a diferencia de la herramienta nativa de este sistema operativo, muestra todos los archivos y carpetas de tu ordenador a través de filtros. La mayor diferencia radica en el tiempo, tarda 1 segundo en indexar 70.000 archivos y aproximadamente 1 minuto en indexar 1.000.000 de archivos, además consume muy pocos recursos del sistema. Su mayor inconveniente es que no busca en el contenido de los archivos, solo busca por su nombre.

Muchas gracias a todos por los comentarios y valoraciones que nos hacéis en iVoox, iTunes y en Spreaker, nos dan mucho ánimo para seguir con este proyecto.