Servomotor de modelismo

Servomotor.

Un 'servomotor de modelismo ' conocido generalmente como servo o servo de modelismo es un dispositivo actuador que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posicin dentro de su rango de operacin, y de mantenerse estable en dicha posicin. Est formado por un motor de corriente continua, una caja reductora y un circuito de control, y su margen de funcionamiento generalmente es de menos de una vuelta completa.

Los servos de modelismo se utilizan frecuentemente en sistemas de radiocontrol y en robtica, pero su uso no est limitado a estos.

ndice

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1 Estructura interna y funcionamiento

o 1.1 Control de posicin

2 Utilizacin

o 2.1 Terminales

3 Modificaciones a los servos

4 Servos digitales

5 Referencias

6 Enlaces externos

Estructura interna y funcionamiento[editar]

El componente principal de un servo es un motor de corriente continua, que realiza la funcin de actuador en el dispositivo: al aplicarse un voltaje entre sus dos terminales, el motor gira en un sentido a alta velocidad, pero produciendo un bajo par. Para aumentar el par del dispositivo, se utiliza una caja reductora, que transforma gran parte de la velocidad de giro entorsin.

Control de posicin[editar] Artculo principal: Control proporcional

Diagrama del circuito de control implementado en un servo. La lnea punteada indica un acople

mecnico, mientras que las lneas continuas indican conexin elctrica.

El dispositivo utiliza un circuito de control para realizar la ubicacin del motor en un punto, consistente en un controlador proporcional.

El punto de referencia o setpoint que es el valor de posicin deseada para el motor se indica mediante una seal de control cuadrada. Elancho de pulso de la seal indica el ngulo de posicin: una seal con pulsos ms anchos (es decir, de mayor duracin) ubicar al motor en un ngulo mayor, y viceversa.

Inicialmente, un amplificador de error calcula el valor del error de posicin, que es la diferencia entre la referencia y la posicin en que se encuentra el motor. Un error de posicin mayor significa que hay una diferencia mayor entre el valor deseado y el existente, de modo que el motor deber rotar ms rpido para alcanzarlo; uno menor, significa que la posicin del motor est cerca de la deseada por el usuario, as que el motor tendr que rotar ms lentamente. Si el servo se encuentra en la posicin deseada, el error ser cero, y no habr movimiento.

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Para que el amplificador de error pueda calcular el error de posicin, debe restar dos valores de voltaje analgicos. La seal de control PWM se convierte entonces en un valor analgico de voltaje, mediante un convertidor de ancho de pulso a voltaje. El valor de la posicin del motor se obtiene usando un potencimetro de realimentacin acoplado mecnicamente a la caja reductora del eje del motor: cuando el motor rote, el potencimetro tambin lo har, variando el voltaje que se introduce al amplificador de error.

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Una vez que se ha obtenido el error de posicin, ste se amplifica con una ganancia, y posteriormente se aplica a los terminales del motor.

Utilizacin[editar]

Ejemplos de seales de control utilizadas, y sus respectivos resultados de posicin del servo (no estn a

escala). La posicin del servo tiene una proporcin lineal con el ancho del pulso utilizado.

Dependiendo del modelo del servo, la tensin de alimentacin puede estar comprendida entre los 4 y 8 voltios. El control de un servo se reduce a indicar su posicin mediante una seal cuadrada de voltaje: elngulo de ubicacin del motor depende de la duracin del nivel alto de la seal.

Cada servo, dependiendo de la marca y modelo utilizado, tiene sus propios mrgenes de operacin. Por ejemplo, para algunos servos los valores de tiempo de la seal en alto estn entre 1 y 2 ms, que posicionan al motor en ambos extremos de giro (0 y 180, respectivamente). Los valores de tiempo de alto para ubicar el motor en otras posiciones se hallan mediante una relacin completamente lineal: el valor 1,5 ms indica la posicin central, y otros valores de duracin del pulso dejaran al motor en la posicin proporcional a dicha duracin.

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Es sencillo notar que, para el caso del motor anteriormente mencionado, la duracin del pulso alto para conseguir un ngulo de posicin estar dado por la frmula

donde est dado en milisegundos y en grados. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que ningn valor de ngulo o de duracin de pulso puede estar fuera del rango de operacin del dispositivo: en efecto, el servo tiene un lmite de giro de modo que no puede girar ms de cierto ngulo en un mismo sentido debido a la limitacin fsica que impone el potencimetro del control de posicin.

Para bloquear el servomotor en una posicin, es necesario enviarle continuamente la seal con la posicin deseada. De esta forma, el sistema de control seguir operando, y el servo conservar su posicin y se resistir a fuerzas externas que intenten cambiarlo de posicin. Si los pulsos no se envan, el servomotor quedar liberado, y cualquier fuerza externa puede cambiarlo de posicin fcilmente.

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Terminales[editar]

Los servomotores tienen tres terminales de conexin: dos para la alimentacin elctrica del circuito y uno para la entrada de la seal de control. El voltaje de alimentacin generalmente es de alrededor de 6 voltios, pues aunque el motor soporta mayores voltajes de trabajo, el circuito de control no lo hace.

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El color del cable de cada terminal vara con cada fabricante, aunque el cable del terminal positivo de alimentacin siempre es rojo. El cable del terminal de alimentacin negativo puede ser marrn o negro, y el del terminal de entrada de seal suele ser de color blanco, naranja o amarillo.

Fabricante Voltaje positivo Tierra Seal de control

Futaba Rojo Negro Blanco

Dong Yang Rojo Marrn Naranja

Hobico Rojo Negro Amarillo

Hitec Rojo Negro Amarillo

JR Rojo Marrn Naranja

Airtronics Rojo Negro Naranja

Fleet Rojo Negro Blanco

Krafr Rojo Negro Naranja

E-Sky Rojo Negro Blanco

Hobbyking Rojo Marrn Naranja

Colores de los terminales para algunas marcas comerciales4

Modificaciones a los servos[editar]

El potencimetro del sistema de control del servo es un potencimetro de menos de una vuelta, de modo que no puede dar giros completos en un mismo sentido. Para evitar que el

motor pudiera daar el potencimetro, el fabricante del servo aade una pequea pestaa en la caja reductora del motor, que impide que ste gire ms de lo debido. Es por ello que los servos tienen una cantidad limitada de giro, y no pueden girar continuamente en un mismo sentido. Es posible, sin embargo, realizar modificaciones al servo de modo que esta limitacin se elimine, a costa de perder el control de posicin.

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Hay dos tipos de modificacin realizables. El primero es la completa eliminacin del sistema de control del circuito, para conservar nicamente el motor de corriente continua y el sistema de engranajes reductores. Con esto se obtiene simplemente un motor de corriente continua con caja reductora en un mismo empaquetado, til para aplicaciones donde no se necesite del control de posicin incorporado del servo. La segunda modificacin realizable consiste en un cambio en el sistema de control, de modo que se obtenga un sistema de control de velocidad. Para ello, se desacopla elpotencimetro de realimentacin del eje del motor, y se hace que permanezca esttico en una misma posicin. As, la seal de error del sistema de control depender directamente del valor deseado que se ajuste (que seguir indicndose mediante pulsos de duracin variable).

6 Ambos tipos de modificacin requieren que se elimine

fsicamente la pestaa limitadora de la caja reductora.

Servos digitales[editar]

Los servos digitales son similares a los servos convencionales (analgicos), pero cuentan con ciertas ventajas como lo son un mayor par, una mayor precisin, un tiempo de respuesta menor, y la posibilidad de modificar parmetros bsicos de funcionamiento ngulos mximo y mnimo de trabajo, velocidad de respuesta, sentido de giro y posicin central, entre otros. Adems de un mayor costo, tienen la desventaja de que requieren ms energa para su funcionamiento, lo cual es crtico cuando se utilizan en aplicaciones que requieren el mximo ahorro de energa posible, tales como robots robustos o aviones radiocontrolados.

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Referencias[editar]

1. Volver arriba Digital Position Control for Analog Servos. Consultado el 19 de diciembre de

2008.

2. Volver arriba How R.C. Servo Motors Work. Consultado el 19 de diciembre de 2008.

3. Saltar a:a b c Servos Caractersticas bsicas. Consultado el 19 de diciembre de 2008.

4. Saltar a:a b Microcontrolador PIC16F84. Desarrollo de proyectos, 2 edicin. Editorial RA-

MA. ISBN 8478976914.

5. Volver arriba ACTUATORS - SERVOS. Consultado el 19 de diciembre de 2008.

6. Saltar a:a b ACTUATORS - HOW TO MODIFY A SERVO. Consultado el 19 de diciembre de

2008.

Enlaces externos[editar]

Whats a servo: A quick tutorial, en SeattleRobotics.org.

El Servomotor, en la web del Departamento de Sistemas Informticos.

Gua de Seleccin de motor paso a paso

Servos, en la web de Robtica PY.

Cmo trucar un servomotor?. Consultado el 06/10/08.