SERVOMOTORES


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 Vamos a ver que es un servomotor, su funcionamiento, los usos y los tipos de servomotores que existen.

 ¿Qué es un Servomotor?

 Un servomotor es un motor eléctrico al que podemos controlar tanto la velocidad, como la posición del eje que gira (también llamada dirección del eje o giro del rotor).

 Los servomotores no gira su eje 360º (aunque ahora hay algunos que si lo permiten), como los motores normales, solo giran 180º hacia la izquierda o hacia la derecha (ida y retorno).

que es un servomotor

servomotor

 Gracias a esto, con los servomotores podemos crear toda clase movimientos de una forma controlada, por ejemplo en robotica para el control del movimiento del brazo de un robot o en los sistemas de radio control.

 La mayoría de los servomotores que se utilizan son de corriente continua, pero también existen en corriente alterna.

 Las características principales de un servomotor son el par y la velocidad.

 El par
: fuerza que es capaz de hacer en su eje. El par también se puede llamar torque. Se suele expresar en Kg/cm, por ejemplo 3Kg/cm. A mayor par, mayor corriente de consumo del servo, pero no suelen consumir mucho, dependiendo del tipo de servomotor.

 Velocidad: velocidad angular o de rotación.

 Normalmente la tensión de alimentación de los servos en c.c. está entre 4 y 8V (voltios).

 Usos de un Servomotor

 Los servomotores industriales (para uso de la industria) tienen una gran cantidad de usos. Algunos de ellos puede ser: Robótica, brazos, zoom de una cámara de fotos, puertas automáticas de un ascensor, en las impresoras para el control de avance y retroceso del papel, máquinas herramientas, robots industriales, sistemas de producción,  coches de radiocontrol, en el timón de los aviones, timones.

 En los sistemas se seguimiento solar, para el movimiento de los paneles solares en dirección del Sol, también se utilizan servomotores. En fresadoras, tornos, máquinas de troquelado, etc... que son máquinas que se utilizan en la industria para hacer cortes, se utilizan los servomotores para controlar los cortes y poder hacerlos muy precisos.

 Partes de un Servomotor

 Un servomotor es un sistema compuesto por:

 - Un motor eléctrico: es el encargado de generar el movimiento, a través de su eje.

 - Un sistema de regulación: formado por engranajes, que actúan sobre el motor para regular su velocidad y el par. Mediante estos engranajes, normalmente ruedas dentadas, podemos aumentar la velocidad y el par o disminuirlas.

 - Un sistema de control o sensor: circuito electrónico que controla el movimiento del motor mediante el envío de pulsos eléctricos.

 - Un potenciómetro: conectado al eje central del motor que nos permite saber en todo momento el ángulo en el que se encuentra el eje del motor. Recuerda que un potenciometro es una resistencia variable.

 Puede venir todo en una caja formando el servo, pero normalmente el servo no trae incluido el sistema de control. Si pone encoder incluido, quiere decir que si viene el sistema de control incluido en el servo.

 Para posicionar un servomotor tenemos que aplicarle un pulso eléctrico, cuya duración determinará el ángulo de giro del motor. Recibe los pulsos de entrada y ubica al motor en su nueva posición dependiendo de los pulsos recibidos.

 Un pulso es sencillamente enviar corriente eléctrica al motor durante un tiempo determinado.

 Puedo enviar un corriente durante 0,5ms (un pulso) o durante 1,5ms (otro pulso diferente). Para el pulso de 0,5ms el eje del motor estará en una posición y para un pulso de 1,5ms el eje del motor estará en otra posición. Veamos un ejemplo:

pulsos para servomotores

 En el caso de la figura, para tiempos de 1ms, el eje del motor estará en la posición izquierda, para pulsos de 1,5ms se colocará en el medio, y para pulsos de 2ms se moverá hasta el extremo derecha, posición final del servomotor.

 El rango de actuación del servo de la imagen anterior sería entre 1 y 2ms, que son los rangos más habituales de los servomotores. 1,5ms posición intermedia.

 Como ves la duración del pulso posiciona el eje del motor en una posición u otra.

 Como ya hemos dicho, normalmente se utiliza un pequeño circuito electrónico para generar estos pulsos de entrada.

 ¿Cómo Generamos los Pulsos de Entrada Para Controlar el Servo?

 Hacer esto con un simple pulsador y controlando nosotros el tiempo sería muy complicado, por eso normalmente se utilizan circuitos electrónicos generadores de pulsos, que son mucho más exactos.

 Estos circuitos electrónicos se basan en la posición del eje del motor marcada por el valor del potenciómetro para mover el servomotor a la posición requerida por la señal de entrada (pulso).

 También hay las llamadas tarjetas controladoras o microcontroladoras, que se utilizan para controlar periféricos en un ordenador, un ejemplo es la llamada Arduino, pero hay muchas más. El periférico a controlar en nuestro caso, sería el servomotor o los servomotores.

 Recuerda que un periférico es simplemente un elemento de salida, por ejemplo un led, una impresora, la pantalla del ordenador, un motor, etc. Todo lo que conectemos a la salida de la tarjeta es un periférico.

 Estas controladoras, podemos conectarla a nuestro ordenador (puerto USB) y con un sencillo programa, que nosotros mismos escribimos, podemos controlar el servo de la forma que queramos, según las órdenes escritas en el programa. Normalmente suelen traer software de control para la gestión de los servos y periféricos.

controladora para servomotor

 Con estas tarjetas podemos controlar muchos servos a la vez conectados a la tarjeta. Podemos conectar a la tarjeta, por ejemplo 6 servomotores, y controlar su movimiento con el programita creado en el ordenador, incluso podemos cambiar el programa cuando queramos, para que los servomotores funcionen de diferente forma. La cantidad de servos a controlar vendrá determinada por la cantidad de salidas que pueda controlar nuestra tarjeta.

 Incluso hay controladoras inalámbricas, lo que te permitirá controlar los servos a distancia sin cables, muy útil para control remoto (por ejemplo en los coches)

 ¿Cuanto cuesta una controladora?. Las hay de muchos precios, pero suelen costar a partir de 20€.

 También se puede hacer el control de pulsos mediante un circuito electrónico con un simple circuito integrado 555 (puedes ver muchos ejemplos por internet) o incluso microchips para control de servos a partir de 3€ ya construidos. Con estos microchips se pueden mover hasta 20 servos a la vez.

 Pero veamos todo esto mucho mejor en el siguiente punto.

 Cómo Funciona un ServoMotor

 Como hemos dicho, el control del servo se hace por medio de pulsos eléctricos.

 Imagina un servo cuyos valores posibles de la señal de entrada (pulsos) están entre 1.5ms y 2.5 ms, que posicionan al motor en ambos extremos de giro (0° y 180°, respectivamente).

posiciones de un servomotor

 Fíjate en la imagen. Si mantengo el pulso 1,5ms el motor pasa de la posición inicial a la intermedia (giro de 90º). Si mantengo el pulso 2,5ms el motor gira a la posición final (giro de 180º). Si mantuviera el pulso más tiempo de 2,5ms el motor no giraría más, ya que el potenciómetro del eje detectaría que está en la posición final, y normalmente sonaría un zumbido para indicarnos que está al final del recorrido.

 El valor 1.5 ms indicaría la posición central o neutra (90º), mientras que otros valores del pulso lo dejan en posiciones intermedias. El caculo de la posición para pulsos intermedios es muy sencilla, solo hay que aplicar una regla de tres.

posiciones servos

 También hay servos que solo tiene dos o tres posiciones. Por ejemplo si mantuviéramos el pulso un tiempo menor de 1,5ms el motor se quedaría en su posición inicial. Para pulsos entre 1,5ms y 2,5ms el motor estaría en la posición intermedia y para pulsos mayores de 2,5 se colocaría en la posición final (solo 3 posiciones).

 Conexión de un Servomotor

 Un servomotor tiene 3 cables:

 - Un cable Rojo para alimentación (el positivo). La tensión de alimentación depende del servo.

 - Un cable Negro para conexión a tierra (el negativo o GND).

 - Un cable Blanco que es la línea de control por la que se le envía la señal para comunicar el ángulo en el que se debe posicionar según el pulso. Este cable irá a la controladora.

 Normalmente las controladoras están diseñadas para conectar los 3 cables en ellas, ya que también disponen de conexiones de alimentación para el servomotor.

servomotor conexion
 

 Tipos de Servomotores

 Hay 4 tipos fundamentales de servomotores:

 - Servomotores de corriente continua (cc): los más habituales. funcionan con un pequeño motor de corriente continua. El servomotor se controla por PWM (modulación por ancho de pulso), como ya explicamos.

 - Servomotores de corriente alterna (ac): pueden utilizar corrientes más potentes y por lo tanto se usan para mover grandes fuerzas.

 - Servomotores de imanes permanentes o Brushless: se llama brushless por que es un motor de corriente alterna sin escobillas (como las que llevan los de cc). Se utilizan para grandes torques o fuerzas y para altas velocidades. Son los más usados en la industria. Están basados en los motores síncronos.

 - Motor Paso a Paso: es un motor eléctrico, pero que no gira, sino que avanza un "paso". No giran de manera continua sino por pasos, es decir, giran un numero determinado de grados. La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Su control se basa en polarizar las bobinas que llevan incluidas de manera adecuada para que giren correctamente. Son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos.

tipos de servomotores



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