¿Por qué se utilizan motores paso a paso para juntas de robot en lugar de otros motores?

En esta era de automatización industrial, los robots se utilizan para manejar diversos procesos para una calidad de producción precisa y mejor. Elegir el motor ideal para un robot perfecto siempre es una tarea difícil al diseñar el robot, especialmente para las industrias. La selección adecuada de motores eléctricos en robots industriales requiere varios parámetros para tener en cuenta el control del brazo, la posición, los movimientos angulares y lineales.

Hay muchos motores disponibles en el mercado, pero la selección del motor es el criterio importante para el correcto funcionamiento del robot.

El criterio básico para la selección del motor es su aplicación en la industria.

Los motores utilizados en robótica industrial son

  • Motores de corriente alterna (CA)
  • Motores de corriente continua (CC)
  • Servomotores
  • Motores paso a paso.

1. El motor de CA puede subdividirse en tipos asíncronos y síncronos. Por ejemplo, un motor de CA de inducción es una unidad de tipo asíncrono que se compone esencialmente de un estator bobinado y un rotor. La energía está conectada al cable y la corriente alterna que fluye a través de él induce un campo electromagnético (EM) en el cable en espiral, con un campo lo suficientemente fuerte que proporciona la fuerza para el movimiento del rotor. Los motores síncronos son motores de velocidad constante que funcionan en sincronismo con la frecuencia de línea de CA y se usan comúnmente donde se requiere una velocidad constante precisa.

2. Motores de corriente continua debido a la facilidad de controlar la velocidad y la dirección. Son capaces de un rango de velocidad infinito, desde la velocidad máxima hasta cero, con una amplia gama de cargas.

Debido a que los motores de CC presentan una alta relación de par a inercia, pueden responder rápidamente a los cambios en las señales de control. Un motor de CC puede controlarse suavemente a cero movimiento y acelerarse instantáneamente en la dirección opuesta sin la necesidad de complejos circuitos de conmutación de potencia. Los motores de CC sin escobillas de imán permanente suelen ser más caros que los tipos de escobillas, aunque pueden proporcionar ventajas en cuanto a consumo de energía y fiabilidad.

Sin un conmutador, los motores sin escobillas pueden funcionar de manera más eficiente y a velocidades más altas que los motores de CC convencionales. La mayoría de los motores de CC sin escobillas funcionan con una forma de onda de CA trapezoidal, pero algunos de los motores funcionan con ondas sinusoidales. Los motores sin escobillas accionados por onda sinusoidal pueden lograr un funcionamiento suave a velocidades más bajas con ondulación de bajo par, lo que los hace ideales para el rectificado, el recubrimiento y otras aplicaciones, como el acabado de superficies.

En el caso de los motores de CC cepillados, si desea que su motor gire más lentamente sin perder potencia, puede utilizar la modulación de ancho de pulso (PWM). Esto básicamente significa encender y apagar el motor muy rápido. De esta manera, el motor gira con una velocidad más baja como si se aplicara un voltaje más bajo sin tener en cuenta la potencia.

Básicamente, el par generado por un motor DC cepillado es demasiado pequeño y la velocidad es demasiado grande para ser útil. Por lo tanto, las reducciones de engranajes generalmente se usan para reducir la velocidad y aumentar el par.

3. Los servomotores se utilizan en sistemas de circuito cerrado con un controlador digital. El controlador envía comandos de velocidad a un amplificador controlador, que a su vez alimenta el servomotor. Alguna forma de dispositivo de retroalimentación, como un resolutor o codificador, proporciona información sobre la posición y velocidad del servomotor. El resolutor o codificador puede integrarse con el motor o ubicarse de forma remota. Debido al sistema de circuito cerrado, un servomotor puede funcionar con un perfil de movimiento específico que está programado en el controlador.

4. Los motores paso a paso pueden funcionar con o sin retroalimentación, con la rotación del motor dividida en pequeños pasos angulares. Está controlado por señales de comando pulsadas y puede detenerse con precisión en un punto ordenado sin necesidad de frenos o conjuntos de embrague. Cuando se corta la energía, un motor paso a paso de imán permanente generalmente permanece en su última posición. Se pueden mantener múltiples motores paso a paso sincronizados al conducirlos desde una fuente común.

Saurabh y anurag ya han proporcionado la respuesta t correcta. Me gustaría explicarlo un poco más.
Los motores de CC normales tienden a girar a su velocidad tan pronto como se conecta la fuente de alimentación. Su movimiento es continuo y sin interrupciones.
Por lo tanto, el uso de estos motores para uniones en un robot requerirá una gran cantidad de tiempo por parte del controlador para que luego se detenga en un ángulo o posición precisos según sea necesario / deseado.
Mientras que los motores paso a paso no tienen la misma velocidad de rotación que los motores de CC. Tienden a girar un cierto grado con cada rotación y tienden a tener pequeños movimientos bruscos en su movimiento. Esto ayuda al controlador del robot a detener el motor fácilmente en el posición deseada. También se pueden utilizar motores de depósito, pero son más costosos y su funcionamiento varía en comparación con los motores paso a paso que son relativamente fáciles de controlar.

Los motores de inducción normal y CC tienen alta inercia. En estos motores solo se puede controlar la velocidad y la corriente. Para movimientos precisos del motor, como la articulación del robot, se debe realizar un control de posición. El control de posición solo se puede implementar en servomotores síncronos y motores paso a paso de CC.

Para comprender bien mi respuesta, debe obtener la diferencia entre un motor paso a paso y un motor de CC / CA normal.

Permítanme dar un ejemplo, considere el motor de su ventilador (un motor común), el único control que tiene sobre él es encenderlo o apagarlo y cambiar su velocidad. Ahora, digamos que desea hacer girar el motor solo una vuelta y media, ¿cómo lo hace?

Ahora tome su impresora (que usa un motor paso a paso). Quiere tomar el papel y sacarlo, ahora eso requiere un número específico de revoluciones. Lo que hace su motor paso a paso es que completa una revolución en pasos. Estos pasos pueden ser de 2–10000 (es decir, una revolución podría completarse en 2 o 10000 pasos).

En caso de uniones en robots, máquinas cnc, etc., necesita movimientos precisos que requieren precisión en el movimiento de los motores, por lo tanto, se utilizan motores paso a paso. También hacen uso de servomotores.

El control preciso de la posición es posible utilizando un motor paso a paso de CC como es necesario en la robótica. E incluso la potencia disponible en los robots es DC. Entonces, el motor paso a paso puede satisfacer la necesidad.

El motor paso a paso proporciona un movimiento muy preciso, también se utilizan servomotores, pero son costosos. El motor paso a paso se utiliza principalmente en sistemas de automatización de bajo costo.

Porque imparte movimiento en pequeñas secciones / ángulos que otro motor no puede simplemente hacer