Sirp motores de corriente continua afg (1)

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Las actividades que se presentarán a través de este medio, son desarrolladas por el grupo de investigación Sistemas Inteligentes, Robótica y Percepción -SIRP- del Departamento de Electrónica de la Pontificia Universidad Javeriana.

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  • 1. ACTUADORES EN ROBTICAGrupo SIRP (Sistemas Inteligentes, Robtica y Percepcin) Departamento de Electrnica Pontificia Universidad Javeriana Bogot Contacto: velasco-a@javeriana.edu.co, gruposirp@gmail.com

2. INTRODUCCIN Las actividades que se presentarn a travs de este medio, son desarrolladas por el grupo de investigacin Sistemas Inteligentes, Robtica y Percepcin -SIRP- del Departamento de Electrnica de la Pontificia Universidad Javeriana. El objetivo principal del proyecto que se realiza en conjunto con la Fundacin Telefnica es acercar a los usuarios a la robtica a travs de prcticas sencillas que se puedan replicar. Este proyecto est dirigido a todas las personas interesadas en la robtica y la tecnologa, especialmente a nios y jvenes en edad escolar, para motivar el aprendizaje tradicional a travs del uso de la robtica. 3. CONTENIDO ACTUADORES DEFINICIN ELEMENTOS QUE COMPONEN UN ACTUADOR CLASIFICACIN DE LOS ACTUADORES SEGN EL TIPO DE ENERGA EMPLEADA VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CADA TIPO DE ACTUADOR 4. MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA. USO EN LA ROBTICA CAJA REDUCTORA CONTROL DE VELOCIDAD ESPECIFICACIONES MOTOR DC SIMPLE VS MOTOR DC CON CAJA REDUCTORA ENGRANAJES LA RELACIN DE TRANSMISIN 5. TALLERES VELOCIDAD DEL MOTOR VS VOLTAJE TORQUE RELACIN DE TRANSMISIN CONCLUSIONES BIBLIOGRAFA 6. DEFINICIN DE ACTUADORES Los actuadores son dispositivos que convierten rdenes en acciones. Para el caso del motor, la orden puede ser avanzar y la accin que realiza el actuador, en este caso un motor, es girar. Los actuadores pueden verse como transductores; por ejemplo, el motor convierte energa elctrica (se conecta a una fuente de alimentacin) en energa mecnica rotacional (movimiento) Un transductor es cualquier elemento que convierte una forma de energa en otra forma de energa. Existen diferentes tipos de actuadores: elctricos, neumticos, etc. Definicin tomada de: Somolinos Snchez, Jos Andrs. Avances en robtica y visin por computador. Universidad de Castilla-La Mancha, Ediciones de la Universidad de Castilla-La Mancha, Espaa, 2002, p. 84 7. ELEMENTOS QUE COMPONENUN ACTUADOR Entrada: Fuente de ConversinSalida energa En un actuador elctrico, para robtica se tiene: Entrada: Un tipo de energa a travs de dispositivos de conexin. Porejemplo, un motor se conecta a una fuente de energa elctrica atravs de cables Conversin: Aqu ocurre la transformacin de energa. En el caso delmotor, se transforma la energa elctrica a energa mecnica, con baseen principios fsicos Salida: Otro tipo de energa. En el caso del motor es el movimientorotacional En un caso ms complejo, se pueden acoplar otros elementos al actuador, tales como un sistema de engranajes para la transmisin de movimiento, reduccin o multiplicacin de velocidades. 8. CLASIFICACIN DE LOS ACTUADORES SEGN EL TIPO DE ENERGA EMPLEADA Se dividen enPor ejemplo Por ejemplo Por ejemplo Figura 1. Clasificacin de los actuadores segn el tipo de energa empleada. 9. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CADA TIPO DE ACTUADOR TIPO DE ACTUADORVENTAJAS DESVENTAJAS Neumtico Bajo costo Requieren de instalaciones Rapidez,especiales Sencillos Ruidosos RobustosHidrulico RpidosRequieren instalaciones Alta capacidad de carga especiales. Presentan estabilidadSon de difcil mantenimiento.frente a cargas estticas. Resultan poco econmicos.Elctrico Precisos y fiables. Potencia limitada Silenciosos. Su control es sencillo Son de una fcil instalacin Figura 2. Cuadro comparativo de las ventajas y desventajas de cada tipo de actuador La construccin del mapa conceptual y el cuadro comparativo fue basada en el tema de actuadores dellibro Somolinos Snchez, Jos Andrs. Avances en robtica y visin por computador. Universidad de Castilla-La Mancha, Ediciones de la Universidad de Castilla-La Mancha, Espaa, 2002, p. 84 10. MOTORES DE CORRIENTECONTINUA En robtica se utilizan frecuentemente los motores de corriente continua (motor DC) por la facilidad de controlarlos y su fcil interconexin.Figura 3. Motores de corriente continua. 11. USO DE MOTORES DE CORRIENTECONTINUA EN LA ROBTICA En robtica, los motores de corriente continua (motores DC) se usan comnmente en: Aplicaciones de velocidad variable. El motor DC se alimenta con una fuente de voltaje variable. Aplicaciones que requieran un control de posicin. Para medir la posicin, el motor tiene un sensor de posicin 12. VELOCIDAD DE GIRO La velocidad de giro de un motor se mide en rpm (revoluciones por minuto). Esto significa cuntas vueltas da el eje del motor en un minuto. Para comprender mejor este concepto, se pueden revisar las siguientes animaciones: http://www.fisica-basica.net/David- Harrison/castellano/ClassMechanics/RollingDisc/ RollingDisc.html http://www.fisica-basica.net/David- Harrison/castellano/ClassMechanics/RotatingWh eel/RotateWithOmega.html 13. TORQUE El torque indica la fuerza que puede ejercer un motor para levantar o mover un objeto a una distancia determinada MotorObjetoFigura 4. Motor que ejerce un torque. 14. VELOCIDAD DE GIRO Y TORQUE EN UN MOTOR DC Una desventaja de los motores DC, comnmente empleados en la construccin de robots, es que su velocidad est entre 2000 y 7000 rpm y su torque es pequeo. Los robots trabajan adecuadamente a 200 rpm aproximadamente. Imagine que se le pone a un carrito (a control remoto) motores que dan 2000 vueltas en un minuto, si quiere alcanzarlo tiene que correr detrs de l. Con una menor velocidad, es posible tenerlo a la vista y para alcanzarlo solo debe caminar tras l. 15. LOS ENGRANAJES Los engranajes son piezas mecnicas que consisten en un disco con dientes en las orillas. Permiten transmitir torque de un eje a otro, modificar la velocidad de rotacin, invertir la direccin de rotacin, convertir el movimiento rotacional a un desplazamiento lineal y sincronizar el movimiento de dos ejes. 16. CAJA REDUCTORA Para disminuir la velocidad de giro de un motor, se hace necesario emplear cajas reductoras. Al mismo tiempo, con una caja reductora se soluciona el problema del bajo torque, incrementndolo. Las cajas reductoras son un sistema de engranajes conectados al eje del motor Figura 5. Tren de engranajes Figura 7. Motor de corriente Figura 6. Caja reductora continua con caja reductora.Tomado de http://www.cruiserheads.com/site/tecnica_mecanico/tips_winches/winch_03.jpg 17. CONTROL DE VELOCIDAD Una forma de controlar la velocidad de un motor de corriente continua es variando el valor de la fuente de alimentacin del motor. La fuente de alimentacin le provee energa elctrica (voltaje) que es transformada en energa mecnica (movimiento) Mientras mayor es el voltaje, el motor se mueve ms rpido, su velocidad de giro es mayor y viceversa. VIDEO Se debe tener cuidado de no exceder el voltaje lmite (nominal) del motor, que lo especifica el fabricante y generalmente viene marcado en el empaque del motor. 18. ESPECIFICACIONES Los motores cuentan con especificaciones que deben ser tomadas en cuenta al momento de adquirirlos. Entre las caractersticas ms importantes estn: voltaje (de alimentacin), torque, velocidad. Voltaje: se refiere a la energa elctrica necesaria para mover el motor. Los motores pequeos operan generalmente en un rango de 1.6 a 6 voltios. Algunos motores de alta calidad son diseados para un voltaje especfico que normalmente es de 12 V 24 V 19. MOTOR DC CON CAJA REDUCTORAVS MOTOR DC SIMPLE MOTOR DE CORRIENTE Mayor torque CONTINUA CON CAJA Velocidad 200 rpm ( segn la relacin de los REDUCTORA CARACTERSTICA engranajes de la caja reductora) Se pueden conseguir en tiendas especializadas.COSTOS Son costosos.MOTOR DE CORRIENTE Bajo torqueCONTINUA SIMPLE caractersticas Velocidades entre 2000 y 7000 rpm Se pueden conseguir en cualquier ferretera. COSTOS Son econmicos. 20. LA RELACIN DE TRANSMISIN Es la relacin entre las velocidades de rotacin de dos engranajes conectados entre s, debida a la diferencia de radios de las dos ruedas.R1 es el radio del engranaje de entrada.R1 R2 es el radio del engranaje de salida. 1 es la velocidad angular de Engranaje 1 entrada1R2 2 es la velocidad angular de salida transmitida2 Engranaje 2 Figura 8. Sistema de dos engranajes circulares 21. LA RELACIN DE TRANSMISIN Esta relacin implica una diferencia entre las velocidades de rotacin de ambos ejes y se puede verificar mediante el concepto de velocidad angular. Si la relacin entre el radio del engranaje 1 y el del engranaje 2 es mayor que 1, la velocidad angular aumenta, si la relacin de transmisin es menor que 1, la velocidad angular disminuye 22. TALLER 1: VELOCIDAD DEL MOTORVS VOLTAJE Se tiene un disco de colores, acoplado al eje de un motor. En este caso, se vara el voltaje de alimentacin del motor, con el fin de observar el efecto respecto a la velocidad de rotacin. Motor conDisco con caja franjas de reductoradiferentecolor Figura 18. Material para el desarrollo de la actividad 23. Montaje Acoplamos el disco de colores al eje del motor DC con caja reductora. Conectamos los cables de alimentacin del motor a una fuente de voltaje variable. Figura 19. Material para el desarrollo de la actividad 24. VIDEOS http://www.youtube.com/watch?v=LLf3q6xXqGI http://www.youtube.com/watch?v=GP62Pxq_5ak http://www.youtube.com/watch?v=_FW4oa5IG1k http://www.youtube.com/watch?v=Pn3wMq93J2A 25. ANLISIS Como se puede ver en los videos, tenemos un disco en cartn, con varios colores y un motor con caja reductora. El mximo voltaje con el que se puede alimentar este motor es de 6 Vdc. Al variar el voltaje desde 1Vdc hasta 6Vdc, se puede ver que el disco gira ms rpido. 26. Si ahora cambiamos el motor, a uno sin caja reductora, tenemos varios fenmenos. En primer lugar, este motor se puede alimentar hasta con 12 Vdc, sin embargo, presenta una gran inercia y por tanto es ms difcil apreciar la relacin entre la variacin del voltaje y la variacin de velocidad. Una vez este motor arranca adquiere cierta velocidad, mayor a la que se tena