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Movimenti elementari
Tutti i movimenti nel campo della robotica/meccanica si possono scomporre in rotazioni e traslazioni. Ogni combinazione, per quanto complessa, sarà un insieme di movimenti rotatori e movimenti lineari. Di seguito proporremo una serie di esempi pratici, corredati da componentistica che consente di mettere in pratica le nozioni acquisite. Studiando i vari tipi di accoppiamenti e accessori sarà molto facile scegliere gli elementi giusti per costruire un automatismo di qualunque tipo. Tutti i componenti proposti in queste sezioni sono pensati per un utilizzo hobbistico o per la realizzazione di prototipi. La componentistica non è pensata per un utilizzo intensivo in ambienti industriali o in condizioni gravose.
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Il moto rotatorio in meccanica si ottiene, generalmente, utilizzando i motori. La categoria di motori utilizzati nella robotica e nella prototipazione é quella dei sistemi DC (corrente continua). Esistono varie tipologie di motori DC:
Ogni motore necessita di un particolare tipo di controllo. Ogni motore si adatta ad una particolare funzione e va scelto in base alla specifica applicazione.
Il motore passo passo, ad esempio, funziona molto bene in applicazioni per cui è richiesta precisione nel movimento.
Il motore brushless è utilizzato in contesti dove è richiesta una grande potenza.
I motori in DC vengono utilizzati in contesti dove l'aspetto prevalente è la coppia del motore e non la precisione del posizionamento.
Questa suddivisione è solamente indicativa. Esistono per ogni categoria delle metodologie per migliorare le caratteristiche di ciascun motore.
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Il motore passo passo, è un particolare motore che consente una regolazione molto precisa della posizione. Questo motore non ha un feedback, cioé non è possibile conoscere la posizione assoluta del rotore, ma solo la posizione relativa rispetto al momento dell'accensione.
Esempio:
Supponiamo di collegare un motore ad un controllo, possiamo inviare un segnale al motore corrispondente al numero di "passi" che vogliamo fargli compiere. Se si invia un segnale corrispondente a 200 passi al minuto, potrò far ruotare di un angolo fisso il motore sapendo che in un minuto avrà percorso X gradi.
Il segnale di controllo
Generalmente i motori passo passo vanno collegati a un controllore che fornisce l'alimentazione e accetta in ingresso due segnali di controllo. Per mettere in movimento il nostro motore, ci servono due informazioni: il senso di rotazione e la velocità.
Per il senso di rotazione possiamo utilizzare un semplice segnale che vale 0V per il senso antiorario e 5V per il senso orario.
Per la velocità di rotazione possiamo utilizzare un'onda quadra sempre con valori tra 0V e 5V. Il numero di passaggi 0-5, determinerà il numero di passi che il motore dovrà compiere.
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La coppia di un motore DC
Una grandezza molto importante nella scelta di un motore DC è la coppia. Questo parametro ci da un'idea della capacità del motore di esercitare una determinata forza, sollevare un peso, ruotare un elemento.
Generalmente ogni motore ha una propria curva caratteristica. La curva caratteristica di un motore DC semplice è quella riportata in figura. Vediamo che se il motore viene lasciato libero di ruotare la coppia esercitata sarà nulla (carico 0) . Se il motore viene sottoposto ad un carico troppo elevato, i giri saranno 0, il motore va in stallo. Durante il normale utilizzo va evitata la condizione di stallo o qualunque condizione in cui il motore sia sollecitato troppo. L'assorbimento di corrente, infatti, dipende dal carico meccanico al quale è sottoposto il motore. Se il motore viene bloccato da un carico troppo elevato, si surriscalda per effetto joule e si danneggia. Per questo motivo è molto importante dimensionare il motore in modo tale che esso sia in grado di lavorare correttamente con le nostre apparecchiature. Per fare questo è necessario conoscere la coppia che agisce su di esso nelle condizioni di lavoro peggiori.
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Momento di una forza
Il momento di una forza, come noto, è dato da:
M=Forza * Braccio
Dove la forza possiamo pensarla come un peso e il braccio potrebbe essere un'asta.
Capire quali sono i momenti che agiscono sulle nostre strutture diventa molto importante quando si vuole realizzare un componente mobile. Il nostro braccio con peso, potrebbe essere una struttura che vogliamo muovere. Il motore andrà scelto in base a questa esigenza, tenendo conto delle condizioni peggiori. Il momento esercitato dalla struttura dovrà essere minore della coppia che il nostro motore è in grado di esercitare.
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