EL SERVOMOTOR.doc

7/30/2019 EL SERVOMOTOR.doc

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EL SERVOMOTOR

Un Servo es un dispositivo pequeo que tiene un eje de rendimiento controlado. Estepuede ser llevado a posiciones angulares especficas al enviar una seal codificada. Contal de que una seal codificada exista en la lnea de entrada, el servo mantendr la

posicin angular del engranaje. Cuando la seal codificada cambia, la posicin angularde los piones cambia. En la prctica, se usan servos para posicionar superficies decontrol como el movimiento de palancas, pequeos ascensores y timones. Ellos tambinse usan en radio control, tteres, y por supuesto, en robots.

Los Servos son sumamente tiles en robtica. Los motores sonpequeos, tiene internamente una circuitera de control y sonsumamente poderosos para su tamao. Un servo normal oStandard como el HS-300 de Hitec tiene 42 onzas por pulgadao mejor 3kg por cm. De torque es bastante fuerte para sutamao. Tambin potencia proporcional para cargas mecnicas.Un servo, por consiguiente, no consume mucha energa. En lafigura se muestra la composicin interna de un servo motor. Podr observar lacircuitera de control, el motor, un juego de piones, y la caja. Tambin se pueden verlos 3 alambres de conexin externa. Uno es para alimentacin Vcc (+5volts), conexin atierra GND y el alambre blanco es el alambre de control.

FUNCIONAMIENTO

El motor del servo tiene algunos circuitos de control yun potencimetro (una resistencia variable), sta es

conectada al eje central del servo motor. En estafigura se puede observar al lado derecho del circuito.Este potencimetro permite a la circuitera de control,supervisar el ngulo actual del servo motor. Si el ejeest en el ngulo correcto, entonces el motor estapagado. Si el circuito chequea que el ngulo no es el correcto, el motor girar en ladireccin adecuada hasta llegar al ngulo correcto. El eje del servo es capaz de llegaralrededor de los 180 grados. Normalmente, en algunos llega a los 210 grados, pero varasegn el fabricante. Un servo normal se usa para controlar un movimiento angular deentre 0 y 180.

La cantidad de voltaje aplicado al motor es proporcional a la distancia que ste necesitaviajar. As, si el eje necesita regresar una distancia grande, el motor regresar a toda


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velocidad. Si este necesita regresar slo una pequea cantidad, el motor correr a unavelocidad ms lenta. A esto se le llama control proporcional.

CARACTERSTICAS GENERALES Y FUNCIONAMIENTO:

Estos servos tienen un amplificador, servo motor,pioneara dereduccin y un potencimetro de realimentacin; todo incorporado enel mismo conjunto.Esto es un servo de posicin (lo cual significa queuno le indica a qu posicin debe ir), con un rango deaproximadamente 180 grados. Ellos tienen tres cables de conexinelctrica; Vcc, GND, y entrada decontrol.

Para controlar un servo, usted le ordena un cierto ngulo, medidodesde 0 grados. Usted le enva una seriede pulsos. En un tiempo ONde pulso indica el ngulo al que debe posicionarse; 1ms = 0 grados,2.0ms =mx. grado (cerca de 120) y algn valor entre ellos da unngulo de salida proporcional. Generalmente seconsidera que en1.5ms est el "centro." Entre lmites de 1 ~ 2ms son lasrecomendaciones de losfabricantes, usted normalmente puede usarun rango mayor de 1.5ms para obtener un ngulo mayor eincluso de2ms para un ngulo de rendimiento de 180 grados o ms. El factorlimtrofe es el tope delpotencimetro y los lmites mecnicosconstruidos en el servo. Un sonido de zumbido normalmente indicaque usted est forzando por encima al servo, entonces debe disminuirun poco.

El tiempo de OFF en el servo no es crtico; puede estar alrededor delos 20ms. Hemos usado entre 10ms y30ms. Esto No tiene que ser desta manera, puede variar de un pulso a otro. Los pulsos que ocurrenfrecuentemente en el tiempo de OFF pueden interferir con elsincronismo interno del servo y podraescucharse un sonido dezumbido o alguna vibracin en el eje. Si el espacio del pulso es mayorde 50ms(depende del fabricante), entonces el servo podra estar enmodo SLEEP entre los pulsos. Entrara afuncionar en pasos pequeosy el rendimiento no sera el ptimo.

Como se observa en la figura,la duracin del pulso indica odictamina el ngulo del eje(mostrado como un crculoverde con flecha). Ntese quelas ilustraciones y los tiemposreales dependen del fabricante

de motor. El principio, sinembargo, es el mismo.


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El cable de control se usa para comunicar el ngulo. El ngulo est determinado por laduracin de un pulso que se aplica al alambre de control. A esto se le llama PCMModulacin codificada de Pulsos. El servo espera ver un pulso cada 20 milisegundos(.02 segundos). La longitud del pulso determinar los giros de motor. Un pulso de1.5ms, por ejemplo, har que el motor se torne a la posicin de 90 grados (llamado la

posicin neutra). Si el pulso es menor de 1.5ms, entonces el motor se acercar a los 0grados. Si el pulso es mayor de 1.5ms, el eje se acercar a los 180 grados.

La descripcin realizada anteriormente como se ha podido observares de servomotores de corriente continua usados en robticadomstica y en aeromodelismo fundamentalmente.

SERVOMOTORES EN MODELISMO:

DIAGRAMA DE UN SERVOMOTOR TPICO DE MODELISMO.

Un servomotor de este tipo es bsicamente un motor elctrico que slo se puede girar enun ngulo de aproximadamente 180 grados (no dan vueltas completas como los motoresnormales). De los tres cables que salen de su cubierta. El rojo es de voltaje dealimentacin (+5V), el negro es de tierra (0V GND). El cable blanco (a veces

amarillo) es el cable por el cul se le instruye al servomotor en qu posicin ubicarse(entre 0 grados y 180).

Dentro del servomotor, una tarjeta controladora le dice a un pequeo motor de corrientedirecta cuntas vueltas girar para acomodar la flecha (el eje de plstico que sale alexterior) en la posicin que se le ha pedido.


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En la siguiente figura se observa la ubicacin de estas piezas dentro del servomotor:

Un potencimetro que est sujeto a la flecha, mide hacia dnde est ubicado en todomomento. Es as como la tarjeta controladora sabe hacia dnde mover al motor.La posicin deseada se le da al servomotor por medio de pulsos. Todo el tiempo debehaber una seal de pulsos presente en ese cable.La seal de pulsos controla al servo de la siguiente forma:

Ntese que el intervalo de tiempo entre pulsos se mantiene constante, y la variacin del

ancho de los mismos es lo que le indica al servo la posicin que se desea. Estos valoresde milisegundos han funcionado bastante bien para los servomotores FUTABA FP-S148, FUTABA S3003, Hitec HS-300 y HOBBICO COMMAND CS-51, y hemosencontrado tambin que son bastante tolerables en cuanto al perodo de los pulsos decontrol. Responden adecuadamente a pulsos desde 50hz hasta aproximadamente 100hz,

pero una vez escogida una frecuencia de operacin debe procurarse mantener la mismafrecuencia todo el tiempo.

Los servomotores de modelismo, que son los que se usan en aviones, coches yvehculos a escala a control remoto.


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Este es el diagrama de un servomotor tpico para modelismo:

Un servomotor de estos es bsicamente un motor elctrico que slo se puede mover enun ngulo de aproximadamente 180 grados (no dan vueltas completas como los motoresnormales). Noten que tiene TRES cables que salen de su cajita. El rojo es dealimentacin de voltaje (+5V), el negro es de tierra (0V GND). El cable blanco (aveces amarillo) es el cable por el cul se le pide al servomotor en qu posicin

acomodarse (de 0 grados a 180).

En la siguiente figura se observa cmo estn acomodadas estas piezas dentro delservomotor:


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La resistencia variable (tambin llamada "potencimetro") est sujeta a la flecha, y midehacia dnde est rotada en todo momento. Es as como la tarjeta controladora sabe haciadnde mover al motorcito.La posicin deseada se le da al servomotor por medio de pulsos. Todo el tiempo debehaber una seal de pulsos presente en ese cable. Si por alguna razn necesitan tener el

servomotor prendido y no pueden generarle pulsos entonces aterricen ese cable(conctenlo a cero voltios). Si no, se arriesgan a que la seal inducida de 60hz de lasparedes haga que el servo se mueva como loco.

La seal de pulsos controla al servo de la siguiente forma:

Para cada tipo de servo que se desee controlar, se deber realizar una prueba preliminarpara encontrar exactamente el perodo y la duracin de los pulsos que mejor lefuncionen. Un osciloscopio y un generador de seales facilitan mucho las cosas. Sinembargo, si no se cuenta con estas herramientas, se puede construir un generador de

pulsos barato y sencillo con un circuito integrado 555 de la siguiente forma:


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DETALLES IMPORTANTES CUANDO SE TRABAJA CON SERVOS:

1.- Pon mucha atencin en las TIERRAS. La tierra (cable negro) del servo tiene que ir

conectada a la tierra de su fuente de alimentacin (es decir, a la salida de cero voltios), ytambin tiene que ir conectado a la tierra de tu microcontrolador (o de tucomputadora o de lo que sea con que lo ests controlando).

2.- Si usas cables demasiado largos para controlar tus servos, es probable que tengasruido (tartamudeo) en los servos, esto ocurre porque mientras ms largo es el cableresulta ms vulnerable a ruido electromagntico (efecto antena) e incluso es perturbado

por seales de otros servos. Esto se soluciona utilizando cable blindado (coaxial), solorecuerda aterrizar el blindaje.

3.- Trata de no cargarles demasiado peso a los servos. Un servo en operacin normal

NO se debe de calentar. Si se calienta es que le ests pidiendo que sostenga ms pesodel que es capaz (y entonces puede echarse a perder pronto). Recuerda que bsicamenteun servo es para mover algo, no para cargarlo. Si tu servo tiene que soportar mucho

peso, redisea tu brazo de palanca o coloca resortes (o ligas) para ayudarle.

4.- Siempre que sea posible utiliza fuentes de voltaje separadas para tus servomotores ypara tu electrnica digital. Cuando controlas tus servos con una PC no tienes quepreocuparte por eso (la PC ya tiene su fuente propia), pero si quieres manejar los servoscon un microcontrolador es muy recomendable que tengas dos fuentes de voltajeseparadas (claro, con las tierras unidas tambin) porque los servomotores generan

bastante ruido hacia su lnea de alimentacin.

5.- Los servos tambin envejecen con el uso. Si los tratas bien pueden durarte muchotiempo funcionando (tengo algunos que me han aguantado hasta un ao y medio), perootros se me han hecho tartamudos incorregibles despus de haberlos hecho trabajarforzados durante 85 horas. Si tu servo comienza a tartamudear y ests seguro de que lacausa no es ninguna de las anteriores, todava puedes tratar de recalibrarlo. Estosignifica cambiar el intervalo de tiempo entre los pulsos de control hasta encontrar elnuevo ms ptimo. Otra opcin es desarmarlo y limpiar el potencimetro que tienendentro con algn spray limpiador. Si todo falla y tu servo definitivamente ya no quierefuncionar bien, no lo tires. Todava puedes desarmarlo y utilizar el motor con la caja de

engranes, y (a veces) puede aprovechar incluso parte de la electrnica de control de sutarjetita para convertirlo en un motor bidireccional. Pero eso se ver ms adelante enotro documento.


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