3.4 Actuadores Elctricos.

3.4.1 Qu son?

Se le da el nombre de actuadores elctricos cuando se usa la energa elctrica para que el robot

ejecute sus movimientos. Los actuadores elctricos se utiliza para robots de tamao mediano,

pues stos no requieren de tanta velocidad ni potencia como los robots diseados para funcionar

con actuadores hidrulicos o neumticos. Los robots que usan la energa elctrica se caracterizan

por una mayor exactitud y repetibilidad.

Son los mas utilizados en los robots industriales en la actualidad, pero no solo ah si no tambin

en el entorno de la investigacin y la enseanza y por supuesto en domtica. Existen multitud de

motores elctricos siendo su campo de aplicacin realmente extenso pues podemos encontrarlos

en los sitios mas diversos.

Motor CA. Motor CC.

Se utilizan en la industria formando parte de complejos sistemas de elevacin, transporte,

etc... o en cualquier electrodomstico como una lavadora, lavavajillas, etc... pues bien la primera

idea fundamental es que su tamao varia en relacin con la potencia que desarrolla. Todos vamos

a entender este concepto con el siguiente ejemplo:

Un cochecito teledirigido, su sistema locomotor suele ser un motor elctrico bien de

continua bien paso a paso que al fin y al cabo es un motor elctrico similar al utilizado en una

lavadora pero de una dimensin inferior pues la potencia a desarrollar es menor en el primero.

La primera conclusin clara que debemos sacar aqu es que existen multitud de tipos de motores

elctricos dependiendo de la aplicacin y si estamos en un entorno industrial, domstico o de

pequeos robots.

Los motores elctricos son los ms fciles de conseguir en el mercado para pequeas

aplicaciones o experimentos como la construccin de un pequeo robot domestico y podemos

controlarlo con multitud de dispositivos como un microcontrolador y circuiteria electrnica

bsica, condensadores, transistores,... un factor a tener en cuenta a la hora de fabricar nuestro

propio robot es el tipo de microcontrolador y el motor a utilizar pues necesitaremos cierta

circuiteria adicional para poder utilizar y nuestro sistema.

No incidiremos ms en este tema pues nuestro propsito es introducir el

funcionamiento de los diferentes tipos de motores elctricos.

3.4.2 Cmo funcionan?

Un motor elctrico es aquel que es capaz de transformar la energa elctrica en energa mecnica.

Un motor elctrico est compuesto de imanes: un motor los usa para crear movimiento. Si

conoce un imn conoce acerca de la ley fundamental de todos los imanes: Cargas opuestas se

atraen e iguales se repelen. As que si tiene dos imanes con sus extremos como norte y sur,

entonces el extremo norte se atraer con el sur. De otro lado, el extremo norte del imn repeler

el extremo norte del otro (y similarmente el sur repeler el sur). Dentro de un motor elctrico

esas fuerzas atractoras y repulsoras crean movimiento rotacional.

Comencemos mirando el diseo global de un motor elctrico DC simple de 2 polos. Un motor

simple tiene 6 partes.

Una armadura o rotor.

Un conmutador.

Cepillos.

Un eje.

Un Imn de campo.

Una fuente de poder DC de algn tipo.

En el diagrama se puede observar 2 imanes en el motor: la armadura (o rotor) es un electroimn,

mientras el imn de campo es un imn permanente (el imn de campo puede ser un electroimn

tambin, pero en los motores ms pequeos no ahorra energa).

Un imn es la base de un motor elctrico. Puede entender cmo funciona un motor si se imagina

el siguiente escenario. Digamos que usted cre un imn simple envolviendo 100 veces alambre

alrededor de un tornillo y conectndolo a una batera. En tornillo se convertir en un imn y

tendr un polo norte y sur mientras la batera est conectada. Ahora digamos que usted toma el

tornillo imn, coloca un eje en la mitad, y lo suspende en la mitad de la herradura del imn como

se muestra en la figura siguiente. Si usted fuera a atar una batera al imn de tal forma que el

extremo norte del tornillo que se muestra, la ley bsica del magnetismo le dir que pasar: el

polo norte del imn ser repelido del extremo norte de la herradura del imn y atrada al extremo

sur de la herradura del imn. El extremo

sur del imn ser repelido de forma similar. El tornillo se movera una media vuelta y se

colocara en la posicin mostrada.

La armadura toma el lugar del tornillo en un motor elctrico. La

armadura es un electroimn que se hace enrollando alambre delgado

alrededor de 2 o ms polos de un centro de metal. La armadura tiene

un eje, y el conmutador est atado al eje. En el diagrama de la

izquierda puede ver tres diferentes vistas de la misma armadura:

frente, lado y extremo. En la vista de extremo el enrollado de

alambre es eliminada para hacer el conmutador ms obvio. Puede ver

que el conmutador es un simple par de platos atados al eje. Esos

platos dan las dos conexiones para el rollo del electroimn.

La parte del "cambio del campo elctrico" de un motor es

complementada por dos cosas: el conmutador y los

cepillos. El diagrama de la derecha muestra cmo el

conmutador y los cepillos trabajan juntos para dejar que el actual flujo de electrones

vayan al electroimn, y tambin cambien la direccin de los electrones que corren en

ese momento. Los contactos del conmutador estn atados al eje del electroimn, as

que cambian con el imn. Los cepillos son slo dos pedazos de metal elstico o

carbn que hace contacto con el conmutador.

3.4.3 Tipos de Motores Elctricos.

Existen gran variedad de motores elctricos, podemos clasificarlos segn el tipo de corriente que

utilizan para su alimentacin o el tipo de movimiento que producen aqu nos centraremos en el

estudio de los tipos siguientes:

Motores CC. Motores PAP.

Motores DA. Servomotores.

MOTORES DE CONTINUA (DC)

DC (Direct Current) o tambin llamados CC (corriente continua) de los usados generalmente en

robtica. Los hay de distintos tamaos, formas y potencias, pero todos se basan en el mismo

principio de funcionamiento.

Accionar un motor DC es muy simple y solo es necesario aplicar la tensin de alimentacin entre

sus bornes. Para invertir el sentido de giro basta con invertir la alimentacin y el motor

comenzar a girar en sentido opuesto.

ESTRUCTURA.

El motor de corriente continua est compuesto de 2 piezas fundamentales:

Rotor

Estator

ROTOR ESTATOR

Dentro de stas se ubican los dems componentes como:

Escobillas y porta escobillas.

Colector.

Eje.

Ncleo y devanado del rotor.

Imn Permanente.

Armazn.

Tapas o campanas.

Tabla de Estructura:

ROTOR

Constituye la parte mvil del motor, proporciona el troqu

para mover a la carga. formado por:

Eje: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotacin al ncleo,

devanado y al colector.

Ncleo: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su

funcin es proporcionar un trayecto magntico entre los polos para que el

flujo magntico del devanado circule.

Las laminaciones tienen por objeto reducir las corrientes parsitas en el ncleo. El acero del

ncleo debe ser capaz de mantener bajas las prdidas por histresis. Este ncleo laminado

contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar al devanado de la armadura (bobinado).

Devanado: Consta de bobinas aisladas entre s y entre el ncleo de la armadura. Estas

bobinas estn alojadas en las ranuras, y estn conectadas elctricamente con el colector,

el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conduccin

conmutado.

Colector: Denominado tambin conmutador, est constituido de lminas de material

conductor (delgas), separadas entre s y del centro del eje por un material aislante, para

evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los

extremos del eje del rotor, de modo que gira con ste y est en contacto con las

escobillas. La funcin del colector es recoger la tensin producida por el devanado

inducido, transmitindola al circuito por medio de las escobillas (llamadas tambin

cepillos).

ESTATOR

Constituye la parte fija de la mquina. Su funcin es

suministrar el flujo magntico que ser usado por el bobinado

del rotor para realizar su movimiento giratorio. Est formado

por

Armazn: Denominado tambin yugo, tiene dos funciones

primordiales: servir como soporte y proporcionar una

trayectoria de retorno al flujo magntico del rotor y del imn

permanente, para completar el circuito magntico.

Imn permanente: Compuesto de material ferromagntico

altamente remanente, se encuentra fijado al armazn o carcasa

del estator. Su funcin es proporcionar un campo magntico

uniforme al devanado del rotor o armadura, de modo que

interacte con el campo formado por el bobinado, y se origine

el movimiento del rotor como resultado de la interaccin de estos campos.

Escobillas: Las escobillas estn fabricadas se carbn, y poseen una dureza menor que la del

colector, para evitar que ste se desgaste rpidamente. Se encuentran albergadas por los porta

escobillas. Ambos, escobillas y porta escobillas, se encuentran en una de las tapas del estator.

ESQUEMA:

MEJORAS:

- Campo de excitacin mediante

imanes permanentes para evitar

fluctuaciones.

- Bobinado del rotor mediante

espiras serigrafiadas para disminuir la

inercia.

- Eliminacin de escobillas para un

menor mantenimiento.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:

En una bobina cerrada por la que circula corriente sometida a un campo

magntico se induce una corriente que hace girar esta bobina.

Para mantener la rotacin en el mismo sentido es necesario conmutar el

sentido de la corriente. Debemos tener en cuenta que el campo

magntico se produce siempre en el estator y que las bobinas se

encuentran en el rotor.

En definitiva podemos resumir el funcionamiento:

ENTRADA -> TENSIN.

SALIDA -> VELOCIDAD.

MOTORES PASO A PASO (PAP)

Los motores, tanto de corriente continua como de corriente alterna, son muy efectivos en muchas

labores cotidianas. Pero debido a problemas tales como la, inercia mecnica o su dificultad para

controlar su velocidad, se desarrollaron otro tipo de motores cuya caracterstica principal es la

precisin de giro. En efecto, en un motor paso a paso no slo se puede controlar la cantidad de

vueltas del mismo, sino que hasta centsimas de las mismas. A pesar de su extrema precisin,

especialmente til en reas como la robtica o la

domtica.

ESTRUCTURA:

Internamente un motor de este tipo esta

compuesto por dos bobinas con punto medio.

Estas bobinas se ubican en lo que se denomina

estator, es decir la carcasa exterior del motor.

La parte mvil de este motor al igual que en los

de corriente continua es estriada y se

denominada rotor.

Exteriormente posee 6 o 5 cables. Cuatro de estos cables corresponden a cada uno de los

extremos de las dos bobinas existentes, mientras que los otros dos corresponden al punto medio

de cada una. En el caso de que el cable restante sea uno corresponde a estos dos ltimos unidos

internamente.

Cuando se aplica tensin a cualquiera de las cuatro bobinas existentes sta genera un campo

magntico. Ante esta situacin una estra del rotor se alinea con este campo, desplazndose as

un determinado nmero de grados. A este desplazamiento se lo denomina paso.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:

El motor Paso a Paso es un elemento capaz de transformar pulsos elctricos en movimientos

mecnicos. El eje del motor gira un determinado ngulo por cada impulso de entrada, con lo que

el movimiento es muy preciso y fiable.

Bsicamente estos motores estn constituidos normalmente por un rotor sobre el que van

aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto nmero de bobinas excitadoras bobinadas

en su estator.

Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imn permanente. Toda la conmutacin (o

excitacin de las bobinas) deber ser externamente manejada por un controlador.

El motor Paso a Paso puede girar en los dos sentidos, y el ngulo de giro puede variar entre 0,72

500 pasos / 1 vuelta y 90, 4 pasos / 1 vuelta.

El motor Paso a Paso perfecto sera el que tuviera polos infinitos, as se obtendran giros de 0

grados.

Para permitir una mejor resolucin por paso, se aaden ms polos al estator, adems en dichos

polos se mecanizan.

La caracterstica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por

cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90 hasta pequeos movimientos de

tan solo 1.8, es decir, que se necesitarn 4 pasos en el primer caso (90) y 200 para el segundo

caso (1.8), para completar un giro completo de 360.

Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posicin o bien totalmente

libres. Si una o ms de sus bobinas est energizada, el motor estar enclavado en la posicin

correspondiente y por el contrario quedar completamente libre si no circula corriente por

ninguna de sus bobinas.

Existen varios tipos de motores paso a paso pero nosotros aqu nos centraremos en los motores

paso a paso de imn permanente y en sus tipos, unipolares y bipolares.

Bipolar: Estos tiene generalmente cuatro cables de salida . Necesitan ciertos trucos para

ser controlados, debido a que requieren del cambio de direccin del flujo de corriente a

travs de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento. Como se

aprecia, ser necesario un H-Bridge por cada bobina del motor, es decir que para

controlar un motor Paso a Paso de 4 cables (dos bobinas), necesitaremos usar dos H-

Bridges. En general es recomendable el uso de H-Bridge integrados como son los casos

del L293.

Unipolar: Estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su

conexionado interno. Este tipo se caracteriza por ser ms simple de controlar.

Secuencias para manejar motores paso a paso Bipolares

Como se dijo anteriormente, estos motores necesitan la inversin de la corriente que circula en

sus bobinas en una secuencia determinada. Cada inversin de la polaridad provoca el

movimiento del eje en un paso, cuyo sentido de giro est determinado por la secuencia seguida.

A continuacin se puede ver la tabla con la secuencia necesaria para controlar motores paso a

paso del tipo Bipolares:

PASO TERMINALES

A B C D

1 +V -V +V -V

2 +V -V -V +V

3 -V +V -V +V

4 -V +V +V -V

Secuencias para manejar motores paso a paso Unipolares

Existen tres secuencias posibles para este tipo de motores, las cuales se detallan a continuacin.

Todas las secuencias comienzan nuevamente por el paso 1 una vez alcanzado el paso final (4 u

8). Para revertir el sentido de giro, simplemente se deben ejecutar las secuencias en modo

inverso.

Secuencia Normal: Esta es la secuencia ms usada y la que generalmente recomienda el

fabricante. Con esta secuencia el motor avanza un paso por vez y debido a que siempre hay al

menos dos bobinas activadas, se obtiene un alto torque de paso y de retencin.

PASO Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D

1 ON ON OFF OFF

2 OFF ON ON OFF

3 OFF OFF ON ON

4 ON OFF OFF ON

MOTORES DE ALTERNA (AC)

Los motores de corriente alterna son aquellos que transforman la corriente alterna en movimiento

y de ah su nombre. Debido a su difcil control este tipo de motores no han tenido apenas

aplicaciones en la robtica hasta hace unos cuantos aos, su campo de actuacin a estado

prcticamente limitado al entorno industrial. Gracias a las mejoras introducidas en los motores

sncronos (fundamentalmente) los sitan como unos serios competidores de los motores de

continua y los tres factores que influyen son:

1.-La construccin de motores sin escobillas (menor mantenimiento)

2.-Uso de convertidores estticos que permiten variar la frecuencia (mayor precisin)

3.-Empleo de microelectrnica que permite una gran capacidad de control.

Pues bien podemos establecer una distincin clara en los motores de corriente

alterna, pues estn los trifsicos y los monofsicos, que pueden ser sncronos o

asncronos.

TIPOS DE MOTORES:

Motor asncrono: Es el ms fcil de arrancar y el ms econmico. Consiste en un mecanismo al cual ingresa energa elctrica en forma de un conjunto de corrientes trifsicas y se convierte en energa mecnica bajo la forma de un movimiento giratorio de velocidad ligeramente variable con la carga. El estator est constituido por un ncleo de hierro laminado en cuyo interior existen tres arrollamientos o bobinas, uno por fase, colocados simtricamente formando un ngulo de 120.

FUNCIONAMIENTO:

Sometido a una corriente alterna, los polos del

estator se trasladan continuamente creando un

campo mvil llamado "campo giratorio". Si un

cilindro de material conductor se introduce en el

espacio libre que queda en el interior del estator,

las lneas de fuerza magnticas cortarn dicho

cilindro induciendo fuerzas electromotrices en el

mismo, haciendo girar el cilindro en el mismo

sentido que giran los polos. Si el cilindro girara a la

misma velocidad que los polos, el flujo magntico

dejara de cortar transversalmente al cilindro,

desapareciendo la corriente inducida y por lo tanto

el "par motor". Por este motivo se llama a este

motor "asincrnico", en contraposicin con el "sincrnico", que gira a la misma velocidad de la red.

La velocidad de giro del motor se mide en revoluciones por minuto (RPM) y cumple con la siguiente frmula:

RPM = (f / 2n) * 60

Donde: f = ciclos por segundo (es la frecuencia de la red) y n = nmero de polos.

TIPOS DE MOTORES ASNCRONOS:

Existen dos tipos de motores trifsicos asncronos de acuerdo con las caractersticas del rotor y son:

Motor de Jaula de ardilla:

Es el ms comn, consiste en un ncleo de hierro laminado, en cuya periferia se efectan ranuras donde

se colocan conductores o barras de cobre, que se ponen en cortocircuito en sus extremos soldndolas a

anillos de cobre.

Al no tener colectores, escobillas, etc, son muy simples y estn prcticamente

libres de fallas. Funcionan a velocidad prcticamente constante y se utilizan

para el accionamiento de compresores, ventiladores, bombas, etc.

Motor de Rotor Bobinado:

El motor de jaula de ardilla tiene el inconveniente de que la resistencia del conjunto es invariable, no

son adecuados cuando se debe regular la velocidad durante la marcha.

En estos casos se utiliza el motor de rotor bobinado que, como su nombre lo indica, est constituido por un bobinado trifsico similar al del estator, cuyos arrollamientos aislados terminan en anillos rozantes que se conectan por medio de escobillas a un dispositivo de control.

Este dispositivo permite:

aumentar la cpula de arranque.

variar la velocidad del motor en marcha.

Estas caractersticas los hacen tiles para aplicaciones en mquinas de gran inercia inicial y

variacin de velocidad, como gras, elevadores, mecanismos pesados, etc.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES ASNCRONOS:

El motor asincrnico consta de un estator, ranura donde se alojan las espiras del bobinado y

este se reparte en tres secciones iguales para formar un sistema trifsico que ser conectado a

una red de igual tipo. El rotor ofrece el aspecto de una jaula de ardilla, al ser conectado el

conjunto a la red produce los siguientes fenmenos:

En el estator se forma un campo magntico giratorio que barrer los conductores del rotor que est detenido. Cualquier conductor que es cortado por un campo magntico da lugar a la induccin de una f.e.m.i. (Fuerza electromotriz inducida) y como todas las barras del rotor, estn en cortocircuito circularn por ellas intensa corriente.

Ello da lugar a la formacin de un nuevo campo magntico propio del rotor. Como los conductores del rotor estn dentro del campo del estator, se origina una accin dinmica que tendera a oponerse a las causas que lo originan.

Estos conductores sern desplazados por una fuerza actuante y obligados a girar en el sentido que lo hace el campo del estator.

Las fuerzas de repulsin que impulsan al rotor existirn mientras el campo giratorio corta los conductores del rotor y desaparecern si este gira a igual velocidad que dicho campo. Como el efecto de repulsin tiende a anularse por si mismo llevara al rotor a la velocidad del campo giratorio o sea a la velocidad del sincronismo pero al llegar a ella dejan de ser cortados los

conductores del rotor desaparece el efecto motriz y el rotor pierde algo de velocidad. En cuanto esto sucede vuelve a aparecer la accin dinmica que lo impulsa a seguir el campo giratorio y se vuelve a producir el fenmeno.

MOTORES SNCRONOS:

Su principio de funcionamiento se basa en el acoplamiento magntico entre el campo

magntico giratorio creado por los arrollamientos del estator y el campo magntico fijo creado

por el arrollamiento del rotor que es recorrido por una corriente continua. La velocidad del

motor depende de la frecuencia y de la cantidad de polos del campo magntico.

Para que este tipo de motores pueda funcionar, por la bobina del rotor debe circular una

corriente continua para que reaccione el campo producido por la misma con el campo del

estator. Es decir, que se produzca una reaccin o fuerza que obligue a girar al rotor. Para el

arranque, como en general no se dispone de una fuente de corriente continua que permita

arrancar al motor por s mismo, se lo hace trabajar como motor de induccin hasta que alcance

su velocidad de rgimen, en ese momento se aplica a los arrollamientos del rotor un corriente

continua suplementaria que lo obliga a pasar al sincronismo y funcionar a velocidad constante.

Si en un motor sincrnico se sobreexcita el circuito inductor el campo de los polos es superior al

requerido y el motor comienza a suministrar a la red energa elctrica reactiva, o sea que

permite corregir el factor de potencia.

CARACTERSTICAS:

Este motor tiene la caracterstica de que su velocidad de giro es directamente proporcional a la

frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. Por ejemplo si la fuente es de 60Hz, si

el motor es de dos polos, gira a 3600 RPM; si es de cuatro polos gira a 1800 RPM y as

sucesivamente. Este motor o gira a la velocidad constante dada por la fuente o, si la carga es

excesiva, se detiene.

El motor sncrono es utilizado en aquellos casos en que los que se desea velocidad constante. En

nuestro medio sus aplicaciones son mnimas y casi siempre estn en relacionadas con sistemas

de regulacin y control mas no con la transmisin de potencias elevadas.

Como curiosidad vale la pena mencionar que el motor sncrono, al igual que el motor de

corriente directa, precisa de un campo magntico que posibilite la transformacin de energa

elctrica recibida por su correspondiente armadura en energa mecnica entregada a travs del

eje.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO EN MOTORES SNCRONOS:

En los motores sncronos la velocidad de giro depende nicamente de la frecuencia de la tensin

que alimenta el inducido. Para poder variar esta precisin, el control de velocidad se realiza

mediante un convertidor de frecuencia. Para evitar el riesgo de perdida de sincronismo se utiliza

un sensor de posicin continuo que detecta la posicin del rotor y permite mantener en todo

momento el ngulo que forman los campos del estator y rotor. Este mtodo de control se

conoce como autosncrono o autopilotado.

El motor sncrono autopilotado excitado con un imn permanente, tambin llamado motor

senoidal, no presenta problemas de mantenimiento debido a que no posee escobillas y tiene

una gran capacidad de evacuacin de calor, ya que los devanados estn en contacto directo con

la carcasa. El control de posicin se puede realizar sin la utilizacin de un sensor adicional,

aprovechando el detector de posicin del rotor que posee el propio motor. Adems permite

desarrollar, a igualdad de peso, una potencia mayor que el motor de corriente continua.

EL SERVOMOTOR

Un Servo es un dispositivo pequeo que tiene un eje de rendimiento controlado. Este puede ser

llevado a posiciones angulares especficas al enviar una seal codificada. Con tal de que una

seal codificada exista en la lnea de entrada, el servo mantendr la posicin angular del

engranaje. Cuando la seala codificada cambia, la posicin angular de los piones cambia. En la

prctica, se usan servos para posicionar superficies de control como el movimiento de palancas,

pequeos ascensores y timones. Ellos tambin se usan en radio control, tteres, y por supuesto, en

robots.

Los Servos son sumamente tiles en robtica. Los motores son

pequeos, tiene internamente una circuiteria de control interna y es

sumamente poderoso para su tamao. Un servo normal o Standard

como el HS-300 de Hitec tiene 42 onzas por pulgada o mejor 3kg por

cm. De torque que es bastante fuerte para su tamao. Tambin

potencia proporcional para cargas mecnicas. Un servo, por

consiguiente, no consume mucha energa. Se muestra la composicin

interna de un servo motor en el cuadro de abajo. Podr observar la

circuiteria de control, el motor, un juego de piones, y la caja. Tambin puede ver los 3 alambres

de conexin externa. Uno es para alimentacin Vcc (+5volts), conexin a tierra GND y el

alambre blanco es el alambre de control.

FUNCIONAMIENTO

El motor del servo tiene algunos circuitos de control y un potencimetro (una resistencia

variable) esta es conectada al eje central del servo motor. En la figura se puede observar al lado

derecho del circuito. Este potencimetro permite a la circuiteria de control, supervisar el ngulo

actual del servo motor. Si el eje est en el ngulo correcto, entonces el motor est apagado. Si el

circuito chequea que el ngulo no es el correcto, el motor girar en la direccin adecuada hasta

llegar al ngulo correcto. El eje del servo es capaz de llegar alrededor de los 180 grados.

Normalmente, en algunos llega a los 210 grados, pero vara segn el fabricante. Un servo normal

se usa para controlar un movimiento angular de entre 0 y 180.

La cantidad de voltaje aplicado al motor es proporcional a la

distancia que ste necesita viajar. As, si el eje necesita

regresar una distancia grande, el motor regresar a toda

velocidad. Si este necesita regresar slo una pequea

cantidad, el motor correr a una velocidad ms lenta. A esto

se le llama control proporcional.

CARACTERSTICAS GENERALES Y FUNCIONAMIENTO:

Estos servos tienen un amplificador, servo motor, pioneara de reduccin y un potencimetro de

realimentacin; todo incorporado en el mismo conjunto. Esto es un servo de posicin (lo cual

significa que uno le indica a qu posicin debe ir), con un rango de aproximadamente 180

grados. Ellos tienen tres cables de conexin elctrica; Vcc, GND, y entrada de control.

Para controlar un servo, usted le ordena un cierto ngulo, medido desde 0 grados. Usted le enva

una serie de pulsos. En un tiempo ON de pulso indica el ngulo al que debe posicionarse; 1ms =

0 grados, 2.0ms = mx. grado (cerca de 120) y algn valor entre ellos da un ngulo de salida

proporcional. Generalmente se considera que en 1.5ms est el "centro." Entre lmites de 1 ~ 2ms

son las recomendaciones de los fabricantes, usted normalmente puede usar un rango mayor de

1.5ms para obtener un ngulo mayor e incluso de 2ms para un ngulo de rendimiento de 180

grados o ms. El factor limitante es el tope del potencimetro y los lmites mecnicos

construidos en el servo. Un sonido de zumbido normalmente indica que usted est forzando por

encima al servo, entonces debe disminuir un poco.

El tiempo de OFF en el servo no es crtico; puede estar alrededor de los 20ms. Hemos usado

entre 10ms y 30 ms. Esto No tiene que ser de sta manera, puede variar de un pulso a otro. Los

pulsos que ocurren frecuentemente en el tiempo de OFF pueden interferir con el sincronismo

interno del servo y podra escucharse un sonido de zumbido o alguna vibracin en el eje. Si el

espacio del pulso es mayor de 50ms (depende del fabricante), entonces el servo podra estar en

modo SLEEP entre los pulsos. Entrara a funcionar en pasos pequeos y el rendimiento no sera

el ptimo.

Como se observa en la figura, la duracin

del pulso indica o dictamina el ngulo del

eje (mostrado como un crculo verde con

flecha). Ntese que las ilustraciones y los

tiempos reales dependen del fabricante de

motor. El principio, sin embargo, es el

mismo.

El cable de control se usa para comunicar

el ngulo. El ngulo est determinado por

la duracin de un pulso que se aplica al

alambre de control. A esto se le llama PCM Modulacin 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 de 1.5 ms., por ejemplo, har que el motor se torne a la posicin de 90 grados

(llamado la posicin neutra). Si el pulso es menor de 1.5 ms., entonces el motor se acercar a los

0 grados. Si el pulso es mayor de 1.5ms, el eje se acercar a los 180 grados.

La descripcin realizada anteriormente como se a podido observar son de servomotores de

corriente continua usados en robtica domstica 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 en un

ngulo de aproximadamente 180 grados (no dan vueltas completas como los motores normales).

De los tres cables que salen de su cubierta. El rojo es de voltaje de alimentacin (+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 corriente directa

cuntas vueltas girar para acomodar la flecha (el eje de plstico que sale al exterior) en la

posicin que se le ha pedido.

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

Un potencimetro que est est sujeto a la flecha, mide hacia dnde est ubicado en todo

momento. 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 debe haber 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 valores de milisegundos

han funcionado bastante bien para los servomotores FUTABA FP-S148, FUTABA S3003, Hitec

HS-300 y HOBBICO COMMAND CS-51, y hemos encontrado tambin que son bastante

tolerables en cuanto al perodo de los pulsos de control. Responden adecuadamente a pulsos

desde 50 hz. hasta aproximadamente 100 hz., pero una vez escogida una frecuencia de operacin

debe procurarse mantener la misma frecuencia todo el tiempo.