Motores

Trabalho apresentado por Fiorelo R. C. Filho na IV Olímpiada de Robôs

Motores

Um bom ponto de partida para o projeto é na determinação do tipo de motor a ser utilizado. O dimensionamento da carcaça e o projeto da placa lógica dependem desta decisão.
Existem dois tipos ideais para esta aplicação: os motores de corrente contínua e os de passo.

Motor CC

X

Motor de Passo

Motores de Passo

• Oferecem precisão.
• Podemos determinar a velocidade de rotação.
• É possível travar o motor em determinada posição.
• Não geram ruídos por não possuírem comutadores.
• Controle Complexo.
• A lógica de controle varia de motor para motor.
• Dificuldade de obtenção

O grupo que optar por passo deve primeiro entender a lógica dos motores escolhidos para depois projetar o controle.

Podemos encontrar motores de passo em impressoras, drives de disquetes, CD-rom...
• Não oferecem precisão.
• Dificuldade para variar a velocidade.
• Travar o motor é um processo complicado e ineficiente.
• Possuem comutador, ou seja, geram ruído.
• Controle Simples.
• Facilidade de obtenção.

O sentido de rotação depende do sentido da corrente que passa pelo motor.

Existe uma topologia conhecida como ponte H capaz de controlar o sentido da corrente em determinadas cargas. A idéia é simples. Imagine 4 chaves ligadas de acordo com a figura abaixo.

Agora, imagine que dois pinos, pino A e pino B de um micro-controlador, estão controlando as chaves.O A, quando em nível lógico baixo, abre as chaves J1 e J2, e quando em alto, fecha as chaves.

Repare, então, que as saídas A e B estão inicialmente em nível lógico baixo (0).
Vamos comutar a saída A para alto (1).
Temos que o motor esta alimentado e com um sentido de rotação anti-horário.
Vamos agora voltar com o pino A para 0.

Com o pino A em 0, podemos comutar o B para 1, fechando assim as chaves J3 e J4.Um mecanismo desse tipo pode então controlar o sentido da corrente, e consequentemente, o sentido de rotação.
Pode também determinar se o motor esta em movimento ou parado.
Uma terceira conclusão é que, se por um erro, as chaves fecharem todas ao mesmo tempo, estaremos “curtocircuitando” a fonte e isso é um problema grave.

Motores CC
Os motores CC, por mais parecidos que sejam, apresentam rendimentos diferentes. Portanto, como fazer para andar em linha reta?

Mudar a velocidade de motores CC não fornece um bom resultado. Portanto, uma dica interessante é tentar achar um par de motores parecidos para cada módulo.
O equipamento utilizado para medir a rotação é chamado de tacómetro.

Os tacómetros funcionam, geralmente, tanto por reflexão de um feixe de luz quanto por contato.
O LEENER da UFJF possui alguns instrumentos que podem ser utilizados mediante um laboratorista responsável.

Por Feixe de Luz

Por contato

Mesmo assim, provavelmente o equipamento não terá uma trajetória retilínea. Devemos utilizar de algum artifício para modificar a velocidade, só que agora, um ajuste mais fino.
Temos duas possibilidades para isso, modificar a resistência “interna” da máquina e fornecer uma tensão pulsada, modificando a largura dos pulsos (PWM).

A figura abaixo é uma modelagem simplificada de um motor CC. A velocidade de rotação esta diretamente ligada à tensão de alimentação e à resistência interna da máquina. Podemos então aumentar a resistência interna do motor mais veloz acrescentando ao sistema um resistor

E qual o valor desse resistor?
É bem baixo, geralmente menor que 30 ohms.
Devemos determinar empiricamente?
Sim, mas podemos utilizar um potenciômetro, ou seja, um resistor variável.

Os potenciômetros comerciais de valores mais baixos são de 100 ohms. São altos para trabalhar de 0 a 15 ohms. Para resolver este problema, podemos associar um resistor de baixo valor em paralelo.

Ajustando o potenciômetro, podemos regular um motor com o outro e forçar o equipamento a andar em linha reta.

Este artifício é utilizado para calibrar o robô mas não nos permite modificar sua velocidade quando estiver em funcionamento.

Para modificar a velocidade em funcionamento, temos uma alternativa interessante chamada de PWM.
A idéia é alimentar o motor com uma fonte pulsada onde podemos variar a largura do Ton e Toff.

O motor é indutivo e leva algum tempo pra carregar e descarregar.

Repare que o motor, dependendo da frequência do chaveamento, não consegue carregar nem descarregar completamente, forçando o movimento constante sem fornecer a maior rendimento.Vamos considerar que ele esta sendo alimentado com um Vmédio.

Se aumentarmos o tempo de Ton e reduzirmos o de Toff, podemos alterar o V-médio.Esse recurso é conhecido por PWM e é geralmente implementado no SoftWare. Podemos também pensar em PWM por HardWare.

Redução


Os motores CC oferecem, no eixo do motor, alta velocidade e baixo torque. Podemos utilizar engrenagens para reduzir a velocidade e aumentar o torque.

Servo motor de antena parabólica

Servo motor de antena parabólica

www.solarbotics.com
www.tato.com.br

Com um bom laboratório e um pouquinho de paciência e cola calha, podemos construir boas caixas de redução.

Primeiramente, desenhamos e
cortamos as “rodas” a partir das quais
faremos as engrenagens que havíamos
dimensionado previamente.







Após o corte, deveremos retificar a borda da roda resultante, utilizando-se para tal a própria furadeira como “torno improvisado”.


Finalmente fechamos a caixa de redução com uma tampa transparente para uma melhor visualização do conjunto, reparem na utilização de tubos de plástico como afastadores entre os parafusos de fixação, conforme mostra a figura.

Para um melhor funcionamento das peças móveis de plástico, deveremos sempre lubrificá-las com vaselina em pasta ou graxa de silicone. Óleos e graxas derivadas de petróleo podem reagir quimicamente ao longo do tempo com os plásticos tornando-os quebradiços

Carcaça

Fazer um croqui da estrutura pode poupar tempo e fornecer melhores resultados. Para isso, basta conhecer as medidas dos elementos e organiza-los no espaço disponível.

Neste projeto simulado, utilizaremos servos de parabólica. Por serem maiores, decidimos por dar preferência a eles junto com as rodas.

Já podemos marcar o limite lateral , o limite inferior, a altura do furo para passar o eixo que une a redução as rodas, a furação que prende os motores...

Vamos inserir o outro motor e marcar, assim como fizemos para o primeiro
Vamos inserir uma bateria acima do motor.
Podemos perceber que não tem furação para as baterias. Também não vamos fazer para a placa lógica.

Croqui

Croqui

Carcaça Pronta

O grupo deve pesquisar sobre o material a ser usado para confeccionar a carcaça.
Uma boa opção é o Zinco, que é barato, fácil de trabalhar e tem boas propriedades mecânicas.
Um torneiro mecânico pode ser de grande ajuda.