Servomotor: ¿Qué es?, ¿Cómo funciona? y más

El servomotor es un dispositivo electromecánico llamado también servo, se utiliza al momento de diseñar un robot a control, entre otros proyectos industriales. Este dispositivo tiene una gran capacidad de poder controlar su ubicación de cualquier posición en un rango de operaciones y funciona con una tarjeta de control que posee tres cables y se alimenta con un voltaje de 5 voltios.SERVOMOTOR 13

Antecedentes

Desde hace años los diseños de las máquinas eléctricas han empezado a surgir con una mejor visión nutritiva, pero más costosa que algunas veces son difíciles de mantener.

Con el transcurrir del tiempo la historia y evolución de la tecnología han ido buscando soluciones al problema del consumo de electricidad fundamentada en variadores de frecuencia, el cual ha sido considerado para ciertos casos.

Los servomotores han realizado muchos avances en todos los equipos automatizados, otorgando mejor desplazamiento de control, eficacia energética, han perfeccionado su rendimiento y algunos han minimizado de costo.

Una de las grandes ventajas de estos motores con esta mejoría, es que solucionan grandes problemas, tienen mejor rendimiento y reduce el costo en cuanto al consumo de energía.

¿Cómo funciona el Servomotor?

Es un dispositivo mecánico que tiene la cavidad de ubicarse en cualquier posición oblicua, por medio de señal de control dentro de su rango de operaciones.

Los servomotores tienen tres cables los cuales siempre se reconocen ya que sus colores se mantienen iguales y los más comunes son: color rojo indica que es un voltaje positivo, los colores amarillos, blanco y naranja son señales de control por donde entra la señal y los colores negro y marrón son negativos

Este rango de operaciones al que se refiere es el límite de grado con el cual trabaja el servomotor, generalmente se pueden encontrar con un rango de operaciones de 0° grado a 180 ° (grado) y viceversa.

En caso que el giro sea de 180° se puede ubicar en cualquier posición es decir hacia el centro, la izquierda y la derecha, o en posiciones intermedia de 10, 20, 30, o 45° (grado), eso depende del pulso que se envié como señal.

El punto varía dependiendo del fabricante del motor, pero hay estándar que funcionan para toda la longitud del pulso debe ser entre 10 y 30 milisegundo (ms), lo más adecuado es utilizar 20 milisegundo (ms) siempre.

Para que el servomotor se posicione en unos de los lados, se debe crear pulso positivo de 5 V (voltios), el pulso debe ser 1000 segundo en sentido y 19 milisegundo (ms) apagado, de esta forma el servomotor se ubicará hacia el lado izquierdo. La mejor forma de generar esos pulsos es con los micros controladores.

También se encuentran los servomotores de rotación continua, es decir que tienen capacidad de rotar de 0° a 360° y viceversa, estos motores tienen más fuerza que un motor de “C”, esto se debe a que tienen un mecanismo de engranaje.

Componente principal de un servomotor

El componente principal de un servomotor, es un motor de corriente continua.

El motor de corriente continua por si solo tiene mucha velocidad, pero muy bajo torque, para aumentar la fuerza de lo que será su servomotor se utiliza una caja reductora que transforma gran parte de la velocidad de giro y en fuerza.

Para lograr el máximo de fuerza de un servomotor, la tensión de alimentación va de 4 a 9 voltios dependiendo del modelo y del fabricante del servomotor, si no sabe cuál es el voltaje a utilizar siempre existe un data chis.

Data chis, es un manual de procedimiento que trae todas las especificaciones del modelo de servomotor y como se utiliza.

El servomotor también cuenta con un circuito de control, el cual se encarga de recibir la señal VWUM, que se envía para hacer funcionar este sistema.

Los servomotores cuentan con tres terminales de enlace; dos para el suministro eléctrico del perímetro y uno para la entrada de la señal de control.

El color del cable del terminal varía dependiendo del fabricante; eso si el terminal positivo siempre es de color rojo. Es importante destacar que el cable de alimentación negativa puede ser de color marrón o negro y del terminal de entrada suelen ser de color blanco, naranja o amarillo.

Algunas veces se necesita mantener la fuerza de un servomotor y que gire libremente los 360°, pero el rango de operaciones no impide eso. Pero todo tiene solución a los servomotores se puede modificar para lograr esto que se quiere, simplemente eliminando el circuito de control y la pestaña que funciona como bloqueo, esto dejara que el “0” funcione como un motor de “C”, pero siempre conservando totalmente su fuerza.

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¿En que se puede aplicar un servomotor?

Los servomotores se utilizan continuamente en sistema de radio control, juguetes y por supuesto en los robot.

La domótica depende mucho de este motor, por ejemplo, para abrir puerta, cortina, ventana, etc. Se utilizan por su capacidad de programarlo en ciertos ángulos.

Aunado a esto los servomotores industriales poseen una gran cantidad de usos, algunos de ellos suelen ser las puertas automáticas de los ascensores y el timón de los aviones.

En los métodos de sondeo solar, para el movimiento de los paneles solares en la trayectoria del sol, también se usan los servomotores, al igual en las máquinas industriales.

Es de hacer notar que estos ejemplos mencionados son los más sonado en el sistema de los servomotores industriales.

Prueba del servomotor

Para evidenciar el movimiento de un servomotor se puede hacer con un perímetro eléctrico que produce una señal electrónica alternativa y constante, en este caso un temporizador, logrando así determinar los tiempos necesarios para el funcionamiento de esta prueba para que pueda ser programado en un micro controlador.

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Sistema Arduino

Es una plataforma de miniordenadores con la que se puede programar su motor de manera fácil, que la mayoría de las personas puedan manejar y darles diferentes tipos de uso.

Lo que hace a un servomotor especial, es que podemos ordenarle con un sistema controlador que gire una cantidad de grado concreta, cantidad esta que dependerá de la señal de control enviada en un momento dado por algún microcomputador.

En las cortinas persianas por ejemplo se puede colocar un servomotor adecuado a través de un sistema de programación controlador (sistema arduino), que permite que dichas persianas se abran y se cierren automáticamente, por bluetooth.

Modelos de servomotores

Los modelos de servomotores que existen para todo tipo de rutina se mueven por un programa que lo hace para un momento determinado, tales como en la industria, en las impresoras tridimensionales y en la robótica lo más utilizados, las características principales de un servomotor son las velocidades y el par.

El par es la potencia que es capaz de hacer en su eje a mayor par, mayor corriente de gasto del servomotor, pero el consumo depende del tipo del servomotor.

En cuanto a la velocidad de rotación, regularmente la resistencia de alimentación de los servomotores en C.C. varía entre 4 y 8 voltios, estos modelos de servomotores se clasifican de acuerdo a sus particulares.

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Servomotores de nivel de circulación limitado

Estos son los de tipos más frecuentes, ya que hacen un giro de 180 grados, por lo que no son capaz de hacer un giro completo, pues como lo indica su nombre su rango de giro es limitado. Además, este tipo de servomotor se puede adecuar para lo que se requiere o podría llegar a funcionar como el servomotor de giro continuo.

Servomotores de giro continuo

Estos son los servomotores que giran alrededor de 360 grados, es decir hacen un giro completo. Por lo que pueden controlar su situación en un tiempo determinado, además poseen tres tipos de movimientos, se pueden modificar la velocidad del giro. Lo que no se puede hacer en este servomotor de giro continuo es que se mueva una determinada cantidad de grado y después se llegue a parar.

Motor paso a paso

Este tipo de motor es el más propicio en el campo de la robótica, motivado a que el Motor Eléctrico que posee tiene una diferencia con respecto al resto de los servomotores, en este caso el avanza no gira, de allí procede su nombre, es decir se mueve por número de grados y no haciendo vueltas completas. Lo que indica que cada determinado número de valores es un paso y se mueve por pulsación de corriente que se le aplica.

Este motor tiene seis dientes en el estator (parte fija de una máquina de impresiones) y se mueve con tres dientes de alimentación de corriente continua e independiente.

El rotor está hecho de una pila de láminas de acero tiene un número diferente de dientes, en este caso es de cuatro.

Esto se hace de manera voluntaria de modo que un solo par de dientes del rotor están colocados al estator al mismo tiempo, por lo tanto se puede explicar cómo marcha el motor de paso a paso por sí mismo.

Servomotores de imanes

Estos servomotores de imanes permanentes es un motor de corriente que varía, algunos no tienen escobillas, se usan para grandes potencias y para altas velocidades. Están establecidos en los motores síncronos, es decir con corriente alterna en el que la rotación del eje está regularizada con la frecuencia de la corriente de alimentación.

Algunos de estos motores síncronos son los que tienen las lavadoras o secadoras.

Servomotores analógicos

Estos servomotores también se pueden llamar digitales, pero cuentan con algunas mejorías en cuanto a la capacidad de dar respuesta, pero también tienen una desventaja que gastan mucha energía para poder funcionar, lo que es grave al utilizar en aplicaciones que se use mayor ahorro de energía, como en la cibernética.

Como modificar un servomotor de un rango limitado

A continuación te indicamos como modificar un servomotor limitado a rotación continua, lo que tiene que hacer ante que todo quitarle la carcasa y mediante una serie de pulsos de 1.5 ms (milisegundo), mover el eje para que quede posicionado en la parte centrada y luego fijarlo para que no de mas vuelta, en caso que el servomotor posea elementos mecánicos que limiten el giro, los mismos deben de ser cortados, para que pueda funcionar.

Consumo de energía de un servomotor

El consumo de energía de un servomotor gastada por una carga eléctrica, será igual al producto del voltaje por la corriente que entra, esta se multiplica por el tiempo del uso del motor.

Esto se debe a que los servomotores son nutridos entre 4 y 6 voltios, es posible deducir que el voltaje de alimentación es casi constante para la mayoría de los modelos.

El uso del consumo de corriente no es igual para los modelos de los servomotores esto va a depender de diferentes medidas; la fabricación, modelo del servomotor y la velocidad de giro aplicada al eje.

Es importante destacar que a mayor gasto de corriente, mayor petición de energía. Esto es importante a la hora de controlar los Tipos de Motores Eléctricos con un micro controlador.

El gasto de corriente de un servomotor casi siempre es superior a la capacidad máxima del microcontrolador, por lo que se sugiere utilizar otras fuentes para ser sustituidas y de esta manera pueda superar la capacidad a utilizar.

Para tener una certeza del gasto de corriente de un servomotor es necesario realizar un ensayo con un modelo de servomotor que se utilizan en la cibernética, con un cable USB y un aparato estándar especial para cable USB se evidencia el consumo del servomotor ante varios ambientes, así podrá realizar dicha comprobación.

Medición de consumo de corriente de un servomotor

A través de este método se mide el gasto de corriente de un servomotor, se puede decir que en algunos casos el consumo es mayor que en otros, el cual se puede identificar a través de un medidor USB identificado para ponderar el consumo de fuerza, para determinar la cantidad de energía que consume el servomotor.

Es importante mencionar que el consumo para cualquiera de los sonidos anda por el orden de los 0.3 amperios, lo que es mucho del valor indicado, esta es una de la causa por la que se alimenta el motor directamente desde un cargador de celular USB.

Diagrama de bloque del servomotor

El esquema del servomotor es el procedimiento que representa el sistema de forma visual del servomotor, en el que se puede identificar cada pieza del servomotor

El perímetro electrónico es el encargado de recibir una señal que varía desde el tiempo que se encuentra en estado alto sin variar su frecuencia, y el cual permite formar un divisor de voltaje. Este voltaje en la salida del divisorio cambia en función de la perspectiva del eje del motor.

Existen series de gráficos sobre la variación del voltaje en el divisorio de un conector, los cuales se mueven en función de la esfera; de forma equivalente es cuando el eje del motor puede retroalimentarse con la posición del motor en un momento dado, esto se conoce como un sistema de periodo cerrado.

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