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Choix d’un moteur pas-à-pas

vendredi 27 août 2010, par Julien H., Stephan

Cet article retrace les échanges que nous avons eu régulièrement en interne. En effet, même quand on connait bien les moteurs électriques, le choix n’est pas toujours évident et fait intervenir de nombreux critères.

En espérant que cette présentation vous soit utile, n’hésitez pas à nous faire part de votre propre expérience.

Quand vient l’heure du choix

Avant de déterminer le bon moteur pas-à-pas, il a fallu prendre la décision d’utiliser cette technologie. Il y a divers inconvénients à connaître (dont la description fait l’objet d’autres articles de ce site).

Une fois qu’on pense avoir résolu ou tout au moins établi une solution de contournement de ces inconvénients, on peut essayer de tester quelques modèles. Et si ça ne marche pas, changer de solution et prendre des moteurs à courant continu, et basta ! (non en fait les mêmes questions vont se poser sur les autres types de moteurs électriques).

 Les caractéristiques nominales

Normalement, quand on connaît un peu la robotique ou simplement la propulsion d’un mobile, on se dit qu’il suffit de déterminer les caractéristiques souhaitées et ça suffirait :
- le couple maximum
- la vitesse maximum
- la tension d’alimentation
- le courant nécessaire
- la résolution (qui donnera la précision du déplacement)

Dans notre cas, c’est souvent le couple qui est déterminant. Mais en fait, il y a de très nombreux modèles pour un même couple : selon les références, on peut soit n’avoir plus que la moitié du couple à 100 tr/min, soit avoir encore 90% du couple à 500 tr/min et les prix vont de 1 à 20 !

En effet, le couple est fonction de la vitesse, du courant disponible, et de la tension (venir voir nos démonstrations pour s’en persuader). Avec un moteur pas-à-pas, plus la vitesse est importante, plus le couple diminue.

Le prix est également un point d’importance : beaucoup croient que les moteurs pas-à-pas, c’est pas cher parce qu’on en trouve à 10 euros..

 Différents types de moteurs pas-à-pas

Pourquoi certains sont plus chers ? Parce que les techniques de construction et les matériaux sont différents. Il y a donc différentes catégories de pas-à-pas.

L’association met à disposition de ses adhérents le livre "Les moteurs électriques pour la robotique" (éditions Dunod) qui présente les détails de ces moteurs.

Avec des pas-à-pas hybrides on peut obtenir un couple constant jusqu’à 200 tr/min : il n’y a donc pas de raison de les rejeter en pensant qu’ils sont lents ou sans couple.

 Utilisations différentes

Si vous lisez cet article sans particulièrement vous intéresser aux robots mobiles, vous pourrez être surpris de certains de nos choix. En effet, les moteurs pas à pas sont de plus en plus utilisés par des particuliers pour réaliser des machines de construction (découpe, fraisage) à commande numérique, où un ordinateur pilote trois moteurs selon trois axes pour réaliser des pièces modélisées selon des plans en 2 ou 3 dimensions.

Donc leurs contraintes ne sont pas les mêmes que pour un robot type "Coupe de France" : longévité, temps de fonctionnement continu élevé, champ de variation de vitesse limité, accélérations continues, etc..

Au contraire nos usages sont plus extrêmes : on peut se permettre de "booster" les moteurs en envoyant plus que l’intensité nominale. L’échauffement du moteur est bref (ça peut brûler) et l’usure est un point d’attention extrême.

L’avantage de cette surcharge d’intensité électrique est de donner un très gros couple, d’avoir moins d’inertie et aussi de pouvoir utiliser un moteur moins cher pour des caractéristiques opérationnelles similaires.

 Attention aux performances maximales

Lors du choix du moteur, on constate que les efforts se concentrent sur la vitesse maximale possible. C’est bien mais il ne faut pas oublier le régime lent, surtout quand on débute en robotique.

Le régime lent permet de faire des petits mouvements précis. Avec certains pas-à-pas et des contrôleurs conventionnels, il y a un palier initial qui fait que le robot avance déjà trop vite, et n’a pas assez de vitesses différentes à bas régime.

C’est aussi parfois un problème de programmation (entre la chaise et l’écran).

 Solution rapide

Quand on débute, c’est difficile de prendre en compte tous ces paramètres (couple, vitesse, régime...) car on ne sait pas vraiment ce qu’on veut obtenir. Pour cela il y a un moyen simple :

- robot léger : regardez les produits de Gotronic
- robot costaud : regardez les produits de Soprolec

Dans les deux cas il s’agit de boutiques françaises connaissant bien les besoins des amateurs débutants et capables de vous fournir des conseils sur leurs produits.

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