Servomotores

Servomotores
Publicación Interna 9
20-09-2007
Francisco A. Candelas Herías
Juan A. Corrales Ramón

Grupo de Automática, Robótica y Visión Artificial
Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal

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Se r v omotor e s

1.- Introducción a los Servomotores
1.1.- Definición y Estructura
Un servomotor (o servo) es un motor de corriente continua que tiene lacapacidad de ser
controlado en posición. Es capaz de ubicarse en cualquier posición dentro de un rango de
operación (generalmente de 180º) y mantenerse estable en dicha posición. Los servos se
suelen utilizar en robótica, automática y modelismo (vehículos por radio-control, RC)
debido a su gran precisión en el posicionamiento.
En general, los servos suelen estar compuestos por 4 elementosfundamentales:
• Motor de corriente continua (DC): Es el elemento que le brinda movilidad al servo.
Cuando se aplica un potencial a sus dos terminales, este motor gira en un sentido a
su velocidad máxima. Si el voltaje aplicado sus dos terminales es inverso, el
sentido de giro también se invierte.
• Engranajes reductores: Tren de engranajes que se encarga de reducir la alta
velocidad de girodel motor para acrecentar su capacidad de torque (o par-motor).
• Sensor de desplazamiento: Suele ser un potenciómetro colocado en el eje de salida
del servo que se utiliza para conocer la posición angular del motor.
• Circuito de control: Es una placa electrónica que implementa una estrategia de
control de la posición por realimentación. Para ello, este circuito compara la señal
de entrada dereferencia (posición deseada) con la posición actual medida por el
potenciómetro. La diferencia entre la posición actual y la deseada es amplificada y
utilizada para mover el motor en la dirección necesaria para reducir el error.
(a)

(b)

(c)

(d)
(d)
(c)

(b)

(a)

(f)
(e)
Figura 1. Componentes de un servo: a) carcasa; b) motor DC; c) potenciómetro; d) circuito de control;
e)tren reductor; f) brazo (elemento terminal en el eje). Fuente: [1].

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AUROVA – F. A. Candelas, J. A. Corrales

1.2.- Principios de Funcionamiento
Los servos disponen de tres cables (Figura 2): dos cables de alimentación (positivo y
negativo/masa) que suministran un voltaje 4.8-6V y un cable de control que indica la
posición deseada al circuito de control mediante señales PWM (“PulseWidth
Modulation”).

Figura 2. Colores de los cables de los principales fabricantes de servos. Fuente: [1].

Las señales PWM utilizadas para controlar los servos están formadas por pulsos positivos
cuya duración es proporcional a la posición deseada del servo y que se repiten cada 20ms
(50Hz). Todos los servos pueden funcionar correctamente en un rango de movimiento de
90º, que secorresponde con pulsos PWM comprendidos entre 0.9 y 2.1ms. Sin embargo,
también existen servos que se pueden mover en un rango extendido de 180º y sus pulsos de
control varían entre 0.5 y 2.5ms (Figura 3). Antes de utilizar un servo habrá que comprobar
experimentalmente su rango de movimiento para no dañarlo. Para mantener fijo un servo
en una posición habrá que enviar periódicamente el pulsocorrespondiente; ya que si no
recibe señales, el eje del servo quedará libre y se podrá mover ejerciendo una leve presión.

Figura 3. Pulsos PWM para controlar servos. Fuente: [2].

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1.3.- Tipologías
Existen dos tipos de servos: analógicos y digitales. Ambos tipos de servos son iguales a
nivel de usuario: tienen la misma estructura (motor DC, engranajesreductores,
potenciómetro y placa de control) y se controlan con las mismas señales PWM. La
principal diferencia entre ellos radica en la adición de un microprocesador en el circuito de
control de los servos digitales [3]. Este microprocesador se encarga de procesar la señal
PWM de entrada y de controlar el motor mediante pulsos con una frecuencia 10 veces
superior a los servos analógicos.
El...