Servos

Servomotor de modelismo

Servomotor de modelismo

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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.

Contenido

[ocultar] 1 Estructura interna y funcionamiento

1.1 Control de posicin

2 Utilizacin

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 en torsin.

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. El ancho 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.[1]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.[2]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: el ngulo 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 halla 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.[3]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.[4]Terminales [editar]Los servomotores tienen 3 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.[3] [5]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.

FabricanteVoltaje positivoTierraSeal de control

FutabaRojoNegroBlanco

HitecRojoNegroAmarillo

Dong YangRojoNegroBlanco

JRRojoMarrnNaranja

AirtronicsRojoNegroNaranja

FleetRojoNegroBlanco

KrafrRojoNegroNaranja

E-SkyRojoNegroBlanco

Colores de los terminales para algunas marcas comerciales[4]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.[6]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 el potencimetro 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 torque, 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.[3]SERVO CONTROLADOR FIG 1- FIG 2 fig1 fig2

DIAGRAMA DEL CONTROLADOR PARA UN SERVO:

EL OBJETIVO DE ESTE EJERCICIO ES COMPRENDER EL FUNCIO-NAMIENTO DE UN SERVO. EL PROGRAMA DEMUESTRA COMOUN PULSO MODULADO PWM -CW, EN ESTE CASO LO NOMBRA-REMOS (pw). NOS DA EL CONTROL DE POSICION DEL SERVO PORMEDIO DE UN PROGRAMa SIMPLE ESCRITO EN BASIC.

COMO PODRAS OBSERVAR EL DIAGRAMA ES MUY SIMPLE YFACIL DE REALIZAR, LOS COMPONENTES SON MINIMOS, Y EL PROGRAMA REALIZADO EN BASIC LO EXPONDREMOS A CON- TINUACION :

---------- Lista -------------------- " primer servomotor program" Symbol B1=pw CREA LA VARIABLE PW pw=100 LIMITE EXT. ISQUIERDA sweep: pulsout 0, pw ENVIA PULSO pause 18 FIJA VALOR 50 HZ pw = pw + 1INCRMENTA EN 1 VALOR if pw > then back GIRAR EXT. DERECHA go to sweep REINICIAR (CONTINUE) back: pulsout 0, pw ENVIA PULSO pause 18 FIJA VALOR 50 HZ pw = pw - 1DECREMENTA EN 1 VALOR if pw > 100 then sweepGIRAR EXT. ISQUIERDA go tobackREINICIAR (CONTINUE) --------fin de lista----------------

EXPLICACION: Lo primero que hay que hacer es nombrar la variable (pw) , pw controla la modulacion del ancho de pulso, quedando definido por el valor inicial de 100 ( - 45 grados ) extrema isquierda. El programa genera un pulso hacia el servo, incremtendo su valor en 1 unidad , hasta el limite de 200. (45 grados) extrema derecha.. en este punto este invierte la rotacion.

Si se dese extender el rango de rotacion ( -90 hasta 90 grados ) 180 grados en total, modificando el valor de los incrementos para un ancho de pulso 2, modificando al mismo tiempo - el minimo (100) y el maximo (200).numero de pulsos. Nota (algunos servos toleran 2.4 como maximo ancho de pulso y algunos hasta 2.8 como maximo. En la siguiente figura podremos observar el diagrama de posicion de un un servo para entender mejor como funciona el pulso modulado para obte- ner la posicion del servo de acuerdo a nuestros requerimientos.

PROYECTO I

DESCRIPCION DEL PROYECTO:El objetivo de este proyecto , es el de crear una plataforma movilpara , desarroyar tecnicas y dispositivos de control , que al trabajar juntos y armonicamente nos dencomo resultadoun ROBOTcon diferentes funciones, lo cual nos permitira el aprendizaje dela TECNOLOGIA ROBOTICA.FUNCIONAMIENTO DE EL BUGComo se menciona arriba este ROBOT es muy simple y por lotanto es denominado BUG (insecto) ya que tiene las funciones basicas deun insecto para poder moverce de una maneraauto- noma para evitar obstaculos.Mediante un circuto logico que es comandado por dos sensoressimples (wires) . que no son otra cosa quedispositivos mecanicosde contacto simple. Los cuales al ser accionados inician una se-cuencia logica de paro, retroceso y vuelta , para librar los obs-taculos que se le pongan enfrente. a continuacion veremos el dia- electrico del BUG.

DIAGRAMA ELECTRICO:

LOGICA DE FUNCIONAMIENTO (ESQUEMA):

TARJETA DE CIRCUITO IMPRESO (PC Board) y ESQUEMA DE DISPOSITIVOS MECANICOS DE CONTROL (WIRES):

LISTA DE PARTES :

RESISTENCIAS1/4 WATT 5%

RI,R2,R6,R7,R9-R114700 ohms

R3,R547 000 ohms

R4,R8100ohms

R1247ohms

R13 1 meghom

R14100 K ohms

R15.R16470ohms

R17 3 ohms

R18-R20125K ohms (POT)

R21 50 K ohms (POT)

CAPACITORES

C1.C3,C4,C6,C7,C9,C11O.47nF Monolitico

C2,C5,C10 33 nFElectrolitico

C8100 nFElectrolitico

C13220 nF Electrolitico

C14,C15,C170.033 nF Mylar

C160.01 nF Mylar



SEMICONDUCTORES

IC1-IC3 NE 555 Timer

DI-D8IN4148

QI-Q32N3904 NPN

Q42N3906

LEDI-LED2 ( ROJO)

LED3-LED4JUMBO culaquier color

MICELANEOS

RYI-RY2 DPDT 5V DC RELAY

SI TOGLE SWITCH

SPEKR IBOCINA MICRO 1-2"

MOTI-MOT2cualquier motor disponible

de grabadora portatil 5-9 vdc

Aqui encontraras los detalles para el Armado del Carro .Puedes usar Los Motores que tengas a tu alcance.La Base puede ser de lamina (aluminio, Acero, laton, etc etc) inclusopuede ser fabricada en madera ..Las llantas pueden ser de cualquier juguete, aprox 4 cm de diametro.

AQUI TIENES EL DIAGRAMA ELECTRICO DE UN SEGUIDOR DE LINEA:

PROYECTO DE CONTROL DE MOTOR DC TIPO STEPPERPM 2FASES UNIPOLAR

ESQUEMA DE STEEPER (entendiendo su funcionamiento ) :

ENTENDAMOS SU FUNCIONAMIENTO (TUTORIAL).http://proton.ucting.udg.mx/home/chavolla/web-docs/mpap.html

DIAGRAMA DEL CIRCUITO:

ESQUEMA DEL (PC) CIRCUITO IMPRESO:

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROGRAMA:

VISTA DEL ENSAMBLE FINAL DEL CIRCUITO IMPRESO (PC):

VISTA SUPERIOR

VISTA INFERIOR

PROYECTO DE MATRIZ ANIMADA A BASE DE UNA MATRIZ DE LEDs DE 8 X 8

DIAGRAMA :

FOTO DE CIRCUITO TERMINADO :

PROYECTO DE INSECTO SOLAR BASICO

COMO SE PUEDE APRECIAR EN LA FOTOGRAFIA SUPERIOR . ELSISTEMA DEL CUAL ESTAMOS HABLANDO ES MUY SENCILLO YSE PUEDE APLICAR A CUALQUIER PROYECTO DE INSECTO, ESTEPROYECTO AL IGUAL QUE EL PROYECTO I . ES UN PLATAFORMAPARA DESAROLLO DE UN SISTEMA BASICO Y CON UN MINIMO DECOMPONENTES Y PESO ; PARA CONSTRUIR UN INSECTO ROBOT.

DIAGRAMA ELECTRICO :

LISTA DE PARTES :

TRANSISTOR TI

2N3904MOTOR GRABADORA

TRANSISTOR T2

2N39062.2 LED INTERMITENTE

CONDENSADOR

4700 uFCELDA SOLAR 2-9 VDC

RESISTENCIA

2 200 OHMSINTERRUPTOR

CIRCUITO IMPRESO :

COMO PODRAS OBSERVAR EL SISTEMA ES MUY SENCILLO YFACIL DE REALIZAR. LOS COMPONETES LOS PUEDES ENCONTRAREN CUALQUIER TIENDA DE ELECTRONICA O DE UNA RADIO DES-COMPUESTA.

ACERCA DEL FUNCIONAMIENTO:LA ENERGIA CAPTADA POR LA CELDA SOLAR , ES APLICADA DIRECTAMENTE AL CAPACITOR . CUANDO EL CAPACITOR ESCARGADO A SU MAXIMO NIVEL , TRANSFERIRA LA ENERGIA ACU-MULADA DIRECTAMENTE AL MOTOR. ENTRE MAS GRANDE SEA LA CELDA SOLAR MAS RAPIDAMENTE CARGARA AL CONDEN-SADOR.

VEAMOS A COTINUACION UNA CELDA SOLAR SUJERIDA.

CARACTERISTICAS 5.5 VDC, DIMENSIONES: 54mmX29mmX1.4mm

PESO 9.7 GRS. ECHA DE MATERIAL FLEXIBLE. fabricada por Sanyo.

MOTOR TIPO PAGER:

CARACTERISTICAS: DIMENSIONES 15.97mm LARGO 4.4 mm ANCHO

PESO .866 GRS. MOTOR TIPO PAGER SE UTILIZACOMO VIBRADOR

MOTOR TIPO PAGER DISCO:

CARACTERISTICAS: 18.03 mm DE DIAMETRO X 5.5 mm GRUESO

PESO 4.7 GRAMOS.

ESTOS MOTORES LOS PUEDES CONSEGUIR DE ALGUN PAGERDESCARTADO A ALGUN CELULAR QUE TRAIGA VIBRADOR.

OTRA MANERA DE CONECTAR LA CELDA SOLAR:

PIC 16F84-1___________________________________________________________

RA0-RA3: I/O PUERTO BIDIRECIONALRA4/TOCKI: I/O BI-DIRECIONAL, ENTRADA DE RELOJ (CLOCK)MCLER: MASTER CLEAR (BORRADO) (RESET)Vss: GROUND (O VOLTS) (NEGATIVO)ROB/INT: I/OPUERTO BIDIRECCIONAL (PIN DE INTERUPCION EXTERNA)RB1-RB7: I/O PUERTO BIDIRECCINALVdd: VOLTAJE POSITIVO (2.0-5.5 VDC)OC1/CLKIN SEAL DE RELOJ (CLOCK) INPUTOC2/CLKOUT SEAL DE RELOJ (CLOCK) OUTPUT (CONECCION DE XTAL)

DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PIC 16F84

DIRECCIONES BASICAS (HEX) CODE

Reset vector0000h

Interrupt vector0004h

User MemorySpace 1024 wordsx 14 Bits03FFh

Sin implemetar0400h

1FFFh

Test/configuration2000h

Configuracion2007h

Test/configuration

RAM FILE REGISTRES: (MEMORIA RAM)

PROGRAMACION SERIAL EN CIRCUITO:

Pin/NombrePin/NumeroValorTipoDescripcion

RB6 12Clock IClock input

RB7 13Data I/0Data input/out

MCLR 4V test mode PModo de seleccion de Programa

Vdd 14 PVoltaje +

VSS 5 PVoltaje (0)

DESCRITAS LAS FUNCIONES BASICAS Y ASIGNACIONESVEREMOS EL FORMATO GENERAL DE INSTRUCCIONES(WORD) CONSTA DE 14 BITS Y ES COMO SIGUE:

Las palabras guardadas (escritas) en la memoria delprograma tendran esta cpnfiguracion:1.- OpCode es la instrucion basica para el pic.2.- d. esta instruccion le indica donde guardar el resultado de la op. anterior3.- f . este espesifica la direccion del registro de toda la instruccion.

FORMATO DE INSTRUCCION PARA CONTROL DE OPERACIONES:

1.- OPCODE Nombre de instruccion2- k. este numero espesifica el valor numericode la etiqueta (label) jump y call (instrucion) rango de 0-225 (00h-FFh).

Una ves descrito el PIC (programable integrated circuit) , sus partes y funcionesbasicas entraremos en la etapa de programacion.PIC16F84-2___________________________________________

ARCHIVO DE REGISTRO DE OPERACIONES

NOMBRE REGS OPERACION HEXADDWFf,dadd w and fC,DC,Z00 0111

ANDWFf,fadd w with fZ00 0101

CLRFfclear fZ00 0001

CLRW-clear wZ00 0001

COMFf,dcomplemen fZ00 1001

DECFf,ddecrement fZ00 0011

DECFSZf,ddecrement fSKIP IF 000 1011

INCFf,dincrement fZ00 1010

INCFSZf,dincrement fSKIP IF 000 1111

IORWFf,d,inclusiveORw with fZ000100

MOVFf,d move fZ00 1000

MOVWFf.,dmove w to f00 0000

NOP-no operation00 0000

RLFf,drotate left fThroughto carry00 1101

RRFf.,drotate rigtn fThrough to carry00 1100

SUBWFf,dsubstract w from fC.DC.Z00 0010

SWAPF f,dswap nibles in f00 1110

XORWF f,dexclusiveOR w with fZ00 0110

ARCHIVO DE REGISTROS DE OPERACIONES (BIT)

BCFf,b bit clear f01 00bb

BSff,bbit set f01 01bb

BTFSCf,bbit test f, skip if clear01 10bb

BTFSSf,bbit test f, skip if setr01 11bb

OPERACIONES LITERALES Y DE CONTROL

ADDLW k addliteral and wC,DC,Z11 111x

ANDLWkAND literal withWZ11 1001

CALL kcall subroutine10 0kkk

CLRWDT-clear watchdog timer00 0000

GO TO kgo to address11 01xx

IORLW kinclusive OR with wZ00 0000

MOVLWkmove literal to w11 00xx

RETFIE-return from interrupt00 0000

RETLWkreturn withliteral in w11 01xx

RETURN-return from subroutine00 0000

SLEEP-goto in standby mode00 0000

SUBLWksubtract w from

literalC,DC,Z11 110x

XORLWkexclusive OR literal

with w11 111x

Programador PICS 16C84, 16F83, 16F84

COMENCEMOS POR CONOCER INTERNAMENTE AL PIC84 Y 16F84 AQUI ENCUENTRAS LOR ACHIVOSEN FORMATO PDF DE LOS PICs MENCIONADOS: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/30445c.pdf 16C84

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/30430c.pdf 16F84

AQUI ESTA EL DIAGRAMA PARA QUE FABRIQUES TU PROPIOPROGRAMADOR DE PICs. ES MUY SENCILLO Y ECONOMICO

DIAGRAMA :

COMO PODRAS OBSERVAR CONTIENE MUY POCOS ELEMENTOSY SU ARMADO ES MUY SIMPLE EN LA FOTO INFERIOR (ABAJO)PODRAS VER UNA FOTOGRAFIA DEL PROGRAMADOR YA TER--MINADO. SOLO USA EL PUERTO DE TU IMPRESORA (LPT- PORT)Y CONECTA CON UN CABLE DB25.

LA CONFIGURACION PARA TU PC (DB25) AQUI LA TIENES:

AHORA BIEN SI NO TIENES PROGRAMA PARA EDITAR TUSCODIGOS BAJA LA SIGUIENTE UTILIDAD:

DOWNLOADSPIC PROGRAMER

http://myweb.absa.co.za/eric.brouwer/Wpic16.zip

PIC PROGRAMER VISUAL, C ++ http://www.lostintheether.net/electronics/ludipipoGUI.zip/FONT/P

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