Emanuele Barbieri VB1 Presentazione Istituto Tecnico Industriale Statale P. Hensemberger

1. Emanuele Barbieri VB1 Presentazione Istituto Tecnico Industriale Statale P. Hensemberger A.S. 2007/2008 Supervisione Prof. Giuseppe Rizzaro

2. IL BRACCIO MECCANICO

3. Il Braccio Meccanico Il braccio meccanico è costituito da una struttura metallica, assemblata in modo da poter compiere diversi movimenti sia rotatori che direzionali. Le varie posizioni assumibili dal braccio sono svariate, per cui a ogni movimento potrà essere associata una determinata operazione. Il braccio è costituito da una base su cui ruota la struttura, proseguendo verso l’alto si possono notare i diversi ingranaggi che lo compongono messi in movimento da sei motori passo-passo. Gli ingranaggi girando mettono in azione una serie di carrucole che per mezzo di fili d’acciaio, tendendosi o allentandosi, mettono in azione il braccio.

5. Motori passo-passo I motori passo-passo, spesso chiamati anche step o stepper, sono considerati la scelta ideale per tutte quelle applicazioni che richiedono precisione nello spostamento angolare e nella velocità di rotazione, quali la robotica ed i servomeccanismi in generale. Possiamo infine dare la definizione di motore passo-passo: è un attuatore che consente di trasformare impulsi di corrente in movimenti meccanici di rotazione con un angolo ben definito, chiamato passo, il cui valore dipende dal tipo di motore. 

6. Il principio di funzionamento I motori passo-passo sono motori che, a differenza di tutti gli altri, hanno come scopo quello di mantenere fermo l'albero in una posizione di equilibrio: se alimentati si limitano infatti a bloccarsi in una ben precisa posizione angolare. Solo indirettamente è possibile ottenerne la rotazione: occorre inviare al motore una serie di impulsi di corrente, secondo un'opportuna sequenza, in modo tale da far spostare, per scatti successivi, la posizione di equilibrio. È così possibile far ruotare l'albero nella posizione e alla velocità voluta semplicemente contando gli impulsi ed impostando la loro frequenza, visto che le posizioni di equilibrio dell'albero sono determinate meccanicamente con estrema precisione. La frequenza degli impulsi di corrente che si può applicare varia da pochi Hz a qualche decina di kHz.

7. Motori Passo-Passo

8. Motori passo-passo del braccio meccanico I motori che andranno ad azionare il braccio meccanico sono del tipo a 6 fili, ma nel nostro caso diventano 4 dal momento che il secondo e quinto filo servono per selezionare solo metà del rispettivo avvolgimento. Per riuscire a far muovere il motore bisogna inviare un segnale ad una fase alla volta ed averne il ritorno sul corrispettivo cavo. Tutto ciò deve rispettare un sequenza che dipende dal motore che si sta utilizzando. Nel nostro caso la tabella delle verità della sequenza è la seguente:

9. Schema Funzionale Primo Stadio Secondo Stadio

10. Terzo Stadio Quarto Stadio

11. Descrizione Degli Schemi I deviatori presenti negli schemi sono i contatti: comune, normalmente aperto, normalmente chiuso dei relè che abbiamo utilizzato. Questi deviatori ovviamente sono i contatti dei relè che abbiamo impiegato per la realizzazione dell’interfaccia. Per far assumere una posizione differente del contatto, è necessario eccitare la bobina del relè che farà scattare la parte meccanica collegata al relè, variando lo stato posizionale dei contatti. I quattro stadi precedentemente riportati vanno ripetuti in modo ciclico permettendo così al motore di proseguire la sua marcia. Per invertire il senso di marcia è sufficiente invertire l’ordine della “tabella delle verità” per dare un’idea della sequenza, basta leggere la tabella dal basso verso l’alto. Per azionare i relè abbiamo deciso di utilizzare il Nutchip, un integrato che pur essendo di facile programmazione consente di eseguire un infinità di operazioni.

12. IlNutchip Nutchip è il nome di una famiglia di chip universali per piccoli automatismi. Un Nutchip e qualche componente esterno è tutto ciò che serve per realizzare migliaia di circuiti diversi, tutti facili e divertenti. Un telecomando, un antifurto, una fotocellula, un timer, un dado elettronico, un metronomo, un generatore di impulsi, un termostato, un campanello intelligente: sono solo alcuni esempi di ciò che si può realizzare con i Nutchip. I Nutchip sono si utilizzano da subito. Se siete in grado di leggere una tabella della verità allora siete già in grado di programmare un Nutchip. I Nutchip utilizzano particolari tabelle della verità dette macchine a stati al posto di un linguaggio di programmazione. Per comandare i motori passo-passo che andranno ad azionare il braccio meccanico abbiamo scelto di utilizzare il nutchip, un integrato nel quale bisogna inserire un programma per comandare le sue uscite. Il nutchip da solo non basta a causa della potenza dei motori, quindi per aggirare questo ostacolo abbiamo deciso di far comandare al nutchip dei relè che a loro volta azioneranno i motori.

13. Esempio di Nutchip

14. Tabella della verità La comprensione del nostro programma non è molto difficile. Il primo stato st00 serve a dare lo start al motore in senso orario o antiorario; gli stati st01-st02-st03-st04 sono utilizzati in modo ciclico per muovere il motore in senso orario;

15. Gli stati st05-st06-st07-st08 sono utilizzati in modo ciclico per muovere il motore in senso antiorario. Timeout 75ms sta ad indicare che il tempo che intercorre tra uno stato e l’altro. Questo è il minor tempo possibile applicabile in quanto un tempo minore farebbe perdere il passo al motore, cioè la velocità con cui arrivano gli impulsi è maggiore di quella impiegata meccanicamente dal motore per eseguire il suo passo. Ciò porterebbe il motore in crisi e l’arresto della sequenza del nutchip.

16. Fase di Montaggio A questo punto non resta che collegare insieme il tutto. Per prima cosa abbiamo dovuto pensare ad un circuito che mettesse in comunicazione il nutchip con i relè e per farlo abbiamo riadattato degli schemi elettrici di vecchi progetti con l’utilizzo del nutchip. Abbiamo constatato che per far muovere un motore in entrambi i sensi di rotazione è necessario un nutchip e quattro relè, di conseguenza per far muovere tutti i motori del nostro progetto abbiamo dovuto utilizzare 6 nutchip e 24 relè.

17. Schema Funzionale Siccome il nutchip è alimentato a 5V mentre le bobine dei relè sono alimentate a 12V abbiamo dovuto distinguere l’alimentazione del circuito di comando in +5V; +12V; GND. In più abbiamo dovuto usare un’alimentazione secondaria per il circuito di potenza di 12V. Questo a reso difficile determinare il tipo di cavo con cui collegare l’interfaccia da noi interamente costruita al braccio meccanico.

18. Lo schema complessivo delle sei interfacce è il seguente:

19. Per avere le idee più chiare….

20. Fine