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

PubI nt 9 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 giro del motor paraacrecentar 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 de referencia (posicióndeseada) 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) (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 eleje). Fuente: [1].

(b)

(a)

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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 (“Pulse Width 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 se corresponde con pulsos PWM comprendidos entre 0.9 y2.1ms. 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 pulso correspondiente; ya que si no recibe señales, el ejedel 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, engranajes reductores, potenciómetro y placa de control) y secontrolan 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 aumento en la frecuencia de excitación del motor en los...