Motor de Passo Arduino - O que é? Como Funciona? Que Driver Escolher?

Motor de Passo Arduino – O que é? Como Funciona? Que Driver Escolher?

Hoje iremos falar sobre os modelos de motor de passo arduino, o que são, como funcionam, seus tipos, vantagens e desvantagens. Bom, você já deve ter visto falar deles em algum lugar, afinal estão em vários equipamentos, como, por exemplo, nos leitores de DVD de computadores, em impressoras, videogames, impressoras 3D, rounters CNC, cortadoras a laser, braços robóticos e etc. Enfim, podemos encontrar esse tipo de motor em muitos lugares.

Vale destacar que a teoria vale para todos os modelos, em todo caso, vamos voltar esse post apenas para os que podem ser utilizados junto ao Arduino ou outros microcontroladores, mostrando as vantagens e desvantagens  durante o desenvolvimento de projetos robóticos.

Motor de Passo Arduino

Motor de Passo

O motor de passo é um motor de corrente contínua que se move em passos discretos. Ele possui várias bobinas que são organizadas em grupos chamados “fases”. Energizando cada fase em sequência, o motor roda um passo de cada vez.

Com um driver e um microcontrolador Arduino, por exemplo, você pode obter um posicionamento muito preciso e / ou controle de velocidade. Por esta razão, esses  motores são escolhidos para muitas aplicações em projetos eletrônicos que exigem controle de movimentos de precisão.

Os motores de passo vêm em muitos tamanhos e estilos diferentes, além de possuírem variadas características elétricas. Com este guia você vai descobrir o que precisa saber para escolher o motor de passo certo para o seu tipo de trabalho.

 

Quem Inventou o Motor de Passo?

O motor de passo foi inventado em 1936 por Marius Lavet, que foi um engenheiro francês o qual desenvolveu o princípio do steep motor. Estudou na Supélec, a Escola Superior de Energia Elétrica, escola francesa privada de engenharia e sua invenção está registrada na patente francesa FR823395.

 

Como Funciona o Motor de Passo?

Como seu próprio nome já diz, é um motor que funciona em passos, ou seja, você deve ir controlando os passos um a um, como assim?

Dentro do motor de passo temos algumas bobinas solenoides que vão redirecionando o eixo que tem um ima fixo. O que chamamos de passos nada mais são do que a ligação dessas solenoides que acabam girando o eixo em geralmente 1.8 graus, o que corresponde a 1 passo. Vamos ver um exemplo do funcionamento do motor.

Iremos usar a ilustração abaixo, o vermelho é o ima fixo que está ligado ao eixo, e em azul será as bobinas solenoides que foram ativadas. O 1° passo do motor fara o eixo alinhar os dentes do ima a bobina solenoide, note que a bobina direita está com as ranhuras desalinhadas. O 2° passo fara simplesmente alinhar essas ranhuras ou dentes, após ter ligado a segunda bobina e alinhado as ranhuras o eixo girou aproximadamente os 1,8 graus e a bobina de baixo está levemente desalinhada. O 3° passo irá alinhar estas ranhuras, após isto o eixo já deve ter girado 3,6 graus aproximadamente, mas você já deve ter entendido a lógica do funcionamento, de alinhar as ranhuras através do acionamento das solenoides. Como pode ser visto abaixo, no quarto passo o motor irá ter completado seus 5,4 graus.

 

Funcionamento do Motor de Passo

Funcionamento do Motor de Passo

 

Pronto, podemos recomeçar o ciclo descrito quantas vezes precisarmos.

Ainda temos o meio passo que nada mais é o acionamento de duas bobinas solenoides seguidas, por exemplo a de cima e a direita, fazendo com que as ranhuras não fiquem bem alinhadas fazendo só girar a metade do que seria girado normalmente.
E basicamente é assim que funciona um motor de passo, ainda veremos as suas vantagens e desvantagens, tipos etc…

 

Tipos de Motores de Passo

Bom, em geral existe duas categorias de motores de passo, os unipolares e os bipolares. Os unipolares são os motores que tem uma polaridade, ou seja, não necessitam de inversão de polaridade para seu funcionamento. Entre eles encontramos os motores de 5, 6 e 8 fios.

Motor de Passo Unipolar

Esquema Elétrico Motor de Passo Unipolar

 

Por sua vez, os bipolares são um motor que para funcionar precisam de 2 polaridades diferentes em cada bobina, no caso seria a inversão da polaridade, por isso que podemos usar pontes H duplas para controlar este tipo de motor de passo. Encontramos estes motores com 4 fios.

Motor de Passo Bipolar

Esquema Elétrico Motor de Passo Bipolar

 

Vantagens do Motor de Passo

Precisão e posicionamento são as principais características do motor de passo, o fazendo ser geralmente a escolha de quem precisa precisão e posicionamento exatos.

O torque em velocidades mais baixas, outra característica marcante dele, que ao contrário de motores normais, no caso os DC (corrente continua), que só conseguem atingir um bom torque em rotações maiores, o motor de passo em baixas rotações já tem um torque considerável.

Apresenta também como vantagem o  controle de velocidade muito preciso, o que pode ser útil para controlar a aceleração e desaceleração do mesmo, por exemplo.

Além disso, o princípio de funcionamento através da lógica digital é um grande diferencial, pois é através do acionamento em sequência das bobinas que se consegue adquirir movimento.

 

Desvantagens do Motor de Passo

Apesar de ele ter um bom controle de velocidade, isto não quer dizer que ele alcance velocidades mais altas, pois segundo o próprio datasheet dos motores de passo, eles têm um bom torque em baixas velocidades, porém vão perdendo o torque conforme aumenta a velocidade.

O controle mais complexo também se apresenta como ponto negativo. Como o controle dos motores de passo se baseia na ordem de acionamento das suas bobinas solenoides, não podemos simplesmente o ligar em uma fonte de energia, para o acionar iremos precisar de um driver. Aliás, a seguir vamos ensinar você a escolher o driver certo para o seu motor de passo.

Outro ponto é que, diferente do servomotor, o motor de passo não tem um retorno do valor do seu ângulo, o que serviria para indicar a posição do mesmo, o entanto podemos usar um “circuito de malha aberta” para retornar um valor ao controlador referente a sua posição.

 

Dicas de Drivers para Motores de Passo

Para saber qual o driver controlador escolher para o seu motor de passo, vai ser preciso inicialmente descobrir se ele é um motor de passo unipolar ou bipolar, pois fará total diferença nessa escolha, caso tenha dúvidas, volte no início desse post e relembre a diferença entre os dois.

 

Drivers para Motor de Passo Unipolar

 

Drivers para Motor de Passo Bipolar

 

Conclusão

Hoje aprendemos um pouco da história do Motor de Passo Arduino, seu funcionamento, vantagens, etc… o que irá possibilitar que você consiga comprar o modelo ideal para seu projeto. Descobrimos também como escolher o driver para utilizar, afinal é só ver qual o seu tipo de motor e comprar um driver correspondente. Agradecemos sua leitura e fique atento as novidades no blog, não perca.

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Entusiasta de programação com experiência em pesquisa, desenvolvimento e prototipagem em sistemas embarcados e robótica.
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