Fig. : Two-Phase Stepper Motor Circuit - Circuito de motor por pasos de dos fases.

•  Motor por pasos - Stepping motor or stepper motor

The difference between Stepper Motors, Servos, and RC Servos

Stepper motors :

A stepper motor shaft has permanent magnets attached to it, together called the rotor. Around the body of the motor is a series of coils that create a magnetic field that interacts with the permanent magnets. When these coils are turned on and off, the magnetic field causes the rotor to move. As the coils are turned on and off in a certain sequence the motor will rotate forward or reverse. This is called the phase pattern and there are several types that will cause the motor to turn. Common types are full-double phase, full- single phase, and half step.

To make a stepper motor rotate, you must constantly turn on and off the coils. If you simply energize one coil the motor will just jump to that position and stay there resisting change. This energized coil pulls full current even though the motor is not turning. This is the main way steppers generate heat, when at standstill. This ability to stay put at one position rigidly is often an advantage of stepper motors. The torque at standstill is called the holding torque.

Because steppers can be controlled by turning on and off coils, they are easy to control using digital computers. The computer simply energizes the coils in a certain pattern and the motor will move accordingly. At any given time the computer will know the position of the motor since the number of steps given can be stored . This is true only if some outside force of greater strength than the motor has not interfered with the motion. An optical encoder could be attached to the motor to verify its position but this is not necessary.

A stepper motor can be run in "open-loop" mode (without feedback of an encoder or other device). Most stepper motor control systems will have a home switch associated with each motor that will allow the software to determine the starting or reference "home" position.

Servo motors:

There are several types of servo motors but we'll just deal with a simple DC type here. If you take a normal DC motor that can be bought at the electric market it has one coil (2 wires). If you attach a battery to those wires the motor will spin (see, very different from a stepper already!). Reversing the polarity will reverse the direction. Attach that motor to the wheel of a robot and watch the robot move noting the speed . Now add a heavier payload to the robot, what happens? The robot will slow down due to the increased load . The computer inside of the robot would not know this happened unless there was an encoder on the motor keeping track of its position.

So, in a DC servo, the speed and current draw is affected by the load . For applications that the exact position of the motor must be known, a feedback device like an encoder MUST be used (not optional like a stepper).

The control circuitry to perform good servicing of a DC motor is MUCH more complex than the circuitry that controls a stepper motor.

RC Servos:

Often when talking about robots the word "servo" really means an RC (remote control) servo motor. This is a small box designed for use in hobby airplanes and cars.

Inside this box is a complete servo system including: motor, gearbox, feedback device (pot), servo control circuitry, and drive circuit. It's really amazing that they can stick all of that in such a small package. RC servos normally have 3 wires: +v, ground, control. The control signal is a pulse that occurs at about 50hz. The width of the pulse determines the position of the servo motors output. As you can see, this would be pretty easy to control with a digital controller such as a Basic Stamp. Most will run on 5-6 volts and draw 100-500ma depending on size.

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La diferencia entre los motores por pasos, los servos, y los servos RC

Motores por pasos:

Un eje del motor por pasos tiene imanes permanentes adjuntos al mismo, y el conjunto se llama rotor. Alrededor del cuerpo del motor hay una serie de bobinas que crean un campo magnético que interactúa con los imanes permanentes. Cuando estas bobinas se energizan y desenergizan por intervalos, el campo magnético hace al rotor moverse. Dado que las bobinas se activan por intervalos en cierta secuencia el motor girará en un sentido o al reverso. Esto se llama el patrón de fase y hay varios tipos que harán que el motor de vuelta . Los tipos comunes son doble fase total, fase única total, y medio paso.

Para hacer que un motor por pasos gire, usted debe energizar y desenergizar constantemente por intervalos a las bobinas. Si usted energiza simplemente una bobina, el motor apenas saltará a esa posición y permanecerá allí resistiendo a los cambios. Esta bobina energizada consume la corriente completa aunque el motor no está dando vueltas. Ésta es la forma principal en que los motores por pasos generan calor, cuando se encuentran en posición parada . Esta capacidad de permanecer estáticos en una posición rígidamente es a menudo una ventaja de dichos motores. El esfuerzo de torsión en la posición de parada se llama par de mantenimiento.

Dado que los motores por pasos pueden ser controlados energizando las bobinas por intervalos, son fáciles de controlar usando computadoras digitales. La computadora simplemente energiza las bobinas según cierto patrón y el motor se moverá por consiguiente. En un momento dado la computadora sabrá la posición del motor puesto que el número de pasos dados puede ser almacenado. Esto es verdad solamente si una cierta fuerza exterior de la mayor fuerza que el motor no ha interferido con su movimiento. Un codificador óptico se podría adjuntar al motor para verificar su posición, pero esto no es necesario.

Un motor de pasos puede funcionar en modo de "lazo abierto" (sin la realimentación de un codificador u otro dispositivo). La mayoría de los sistemas de control de motor por pasos tendrán un interruptor casero asociado a cada motor que permita que el software determine la posición de "inicio" o comienzo de carrera

Servo motores:

Hay varios tipos de servo motores pero aquí sólo consideraremos el tipo simple de corriente continua (DC). Si usted toma un motor DC del normal que se puede comprar en el mercado eléctrico, éste consta una bobina (2 hilos). Si usted conecta una batería a esos alambres, el motor girará (como se ve, una gran diferencia de un motor por pasos !). Al invertir la polaridad se invertirá la dirección. Fije que motor a la rueda de un robot y vera al robot moverse notando la velocidad . Ahora agregue una carga más pesada al robot, qué sucede?. El robot se retrasará debido a la carga creciente. La computadora dentro del robot no sabría que sucedió esto a menos que hubiera un codificador en el motor siguiendo su posición.

Así pues, en un servo motor de DC., la velocidad y el consumo de corriente es afectado por la carga . Para los usos en que la posición exacta del motor debe ser sabida, un dispositivo de realimentación como un codificador DEBE ser utilizado (no opcional como en un motor por pasos).

El diseño del circuito de control para llevar a cabo un buen servicio de un motor DC es MUCHO más complejo que la circuitería que controla un motor por pasos.

Servos RC:

A menudo al hablar de los robots la palabra "servo" significa realmente un motor servo RC (teledirigido o de control remoto , RC por "Remote Control") . Este consta de una pequeña caja diseñada para su uso en aeroplanos y coches de hobby.

Dentro de esta caja existe un sistema servo completo incluyendo: motor, caja de engranajes, dispositivo de realimentación (potenciómetro), circuitería del servocontrol, y circuito de impulsión. Es sorprendente realmente que puedan incluir todo eso en un tan armazón tan pequeño. Los servos RC tienen normalmente 3 conexiones: +v, tierra, control. La señal de control es un pulso que ocurre aproximadamente a 50hz. La anchura del pulso determina la posición de la salida del motor servo. Como usted puede ver, esto sería bastante fácil de controlar con un microcontrolador tal como un BASIC stamp. La mayoría funcionará en 5-6 voltios y consumirá 100-500 mA. dependiendo de tamaño.