Fuentes de Poder en Robótica: Parte I

En robótica las fuentes de poder se tornan importante.  Si pensamos en el típico escenario de electrónica, lo que se refiere a lógica digital, o sea la operación de circuitos de lógica digital como celulares o micro-controladores solo operan con 5V a veces menos.  Por ejemplo, cuando carga su teléfono celular, lo esta conectando a una fuente de poder en su pared que suple 110-120V, sin embargo un transformador en el cargador de celular convierte ese voltaje hacia abajo, a 5V.  Sin embargo los motores, DC, Servo, Steppers y otros mas sofisticados, suelen requerir una potencia mayor debido a que tienen un requerimiento de energía mucho mas alto.

Ojo, el requerimiento mas alto no siempre viene en términos de un mayor voltaje sino de un mayor amperaje.  Pero sucede que para obtener un mayor amperaje es necesario un mayor voltaje en la mayoría de los casos.  Los motores de proyectos básicos suelen ser de 5V, pero hay motores DC de 12 y 24V o incluso mayor.  Incluso esos motores son deseados para aplicaciones mas sofisticadas porque son mas eficientes a mayor voltaje, pero ese es otro tema.

 

En este artículo vamos a comenzar a ver necesidades de poder en proyectos de robótica ya que es uno que causa mucha confusión.  A menudo los lectores preguntan porque sus robots se mueven de forma lenta o errática a pesar de tener código y conexiones muy buenas.  Casi siempre la respuesta es al fuente de poder.

Lo que voy a hacer aquí es hacer un link a un articulo muy bueno por Vishnu Sharma que explica el tema en inglés y poco a poco ire traduciendo para poder tener acceso a la información en español.  El blog de Vishnu esta aquí:

Select the Right Battery for your Robot DC Motors – Part 1 of 2

Iniciaré con una tabla que el presenta sobre fuentes de poder (baterías), a pesar que su articulo inicia con una tabla de cargas o consumidores de poder (motores).  Prefiero empezar por las fuentes ya que pone en perspectiva uno de los problemas mas comunes en operar robots.

El tema principal es el siguiente; muchas veces queremos operar un motor desde la misma fuente de poder con la cual operamos nuestra micro-contolador.  Recordemos que los micro-controladores (MCU) requieren de 3.3V a 5V para operar y un motor DC, a pesar que hay de 5V, los mas fuertes pueden requerir desde 9V hasta 36V!  Pero mas importante es lo siguiente; una mcu requiere alrededor de 35mA para operar mientras que el motor DC mas sencillo de 5V requiere alrededor de 600mA (alrededor de 20 veces mas energía).  Ahora veamos cuanta energía hay en las distintas baterías típicamente usadas para proyectos de robótica:

Tipo de Batería	Voltaje de l celda	Corriente/Capacidad	Rating de Descarga	Aplicaciones Comunes
Alkaline(Non-Rechargeable)	1.5V	AA – Around 1000mAH	0.1C – 1C	– Very small robots (1 or 2, 3V motors)- Very cheap– Readily available – Don’t last long
		AAA – Less than 1000mAH	0.1C – 1C
		C – Around 2000-2500mAh	0.1C – 1C
		D – Over 2000mAH	0.1C – 1C
	9V	Varies, 50-500mAh	0.1C – 1C	Not good for any robotics motor driving application
Ni-MH(re-chargeable)	1.2V	Varies. The ones available in local shops range from 750mAh to over 3300mAh	Around 1C	-Readily available-Costly-Lasts long -High capacity -Easier to charge than LiPo Once you have tested with alkaline batteries, try these
SLA(Sealed Lead Acid)	I do not use it for hobby robotics. Too heavy for home built robots.
Li-Ion Cellphone batteries	3.7V	Varies. The ones available in local shops range from 750mAh to over 3000mAh(Look inside your cellphone)	0.1C – 1C	-Readily available in cellphone shops-Very costly-Lasts long -High capacity -Easier to charge than LiPo -Very low weight (Lower than NiMH) Go for these when there is a special need (e.g. weight)
LiPo	3.7V	Varies. The ones available in Indian online shops range from 1500mAh to over 10000mAh	1C – 30C	-Only available in specialty shops (dedicated to RC, robotics)-Costliest-Need another costly charger -High maintenance -A bit dangerous. Not for even intermediates -Very high capacity -Need special controllers called “ESC” to control BLDC motors. -Always used almost exclusively with BLDC(You can though use it with other motors)

Quiero llevar su atención a lo marcado en rojo.  Una batería de 9V tiene muy poca energía comparada con 1 batería de 1.5V AA.

Primera tip: Si estamos trabajando con un robot que requiere motores para mover pesos u operar contra fricciones altas, es importante usar battery packs de tipo LiPo o incluso NiMH.  Estos se encuentran en kioscos de celulares o tiendas de electronica como repuestos para celulares o tabletas o incluso carros a control remoto.

En la próxima sección de Fuentes de Poder veremos el uso de energía solar para nuestros proyectos y haremos referencia al uso de AVR y maneras de hacer mas energéticamente eficientes nuestros proyectos.