Servo motores

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¿Qué es un servomotor?
Un servomotor es un dispositivo similar a
un motor que es capaz de ubicarse en una
posición concreta, dentro de un rango de
funcionamiento, manteniéndola constante.
Los servomotores tienen un gran campo
de aplicación dentro de los sistemas de
radiocontrol (aviones, barcos, coches...) y
en los robots que necesitan movimientos
similares al de un brazo o una pierna.
Los servomotores que usaremos y que puedes
encontrar en tu caja de trabajo son del tipo de
radio-control (servo de RC), y pueden mantener
su posición dentro de un recorrido de 0º a 180º
(media circunferencia).
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InMoov, prototipo de robot humanoide
realizado mediante impresión en 3D que usa
servos de RC para sus movimientos.
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Partes de un servo de RC
Un servo de RC consta de los siguientes elementos:
Motor de corriente continua.
Engranajes
de reducción
Conjunto de engranajes de reducción.
Electrónica de control.
Sensor de la
(potenciómetro).
posición
actual
Potenciómetro
Motor
Electrónica
de control
Plataforma digital
13.1 Los servos de RC son de gran utilidad para construir ciertos robots que se
desplazan “caminando” con dos, cuatro, seis e incluso ocho patas. Accede a la
plataforma digital para ver algunos interesantes videos sobre este tipo de robots.
Funcionamiento de un servo de RC
Un servo de RC tiene un conector con tres terminales:
Alimentación positiva (cable rojo):
entre 5V y 7V.
Señal de control (cable blanco,
naranja o azul): terminal de entrada por
el que recibe la indicación de la posición
que tiene que tener en cada momento.
Alimentación negativa (cable negro o
marrón): al negativo de nuestro sistema
de alimentación.
Algunos fabricantes de servos de RC ponen cables
de colores distintos.
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Los terminales de alimentación (positivo y negativo) sirven para hacer llegar al servo
de RC la energía necesaria para su funcionamiento.
Por la señal de control recibe la información de la posición en la que tiene que colocarse. La
electrónica de control del servo de RC lee la posición actual del eje de salida del servo de RC
mediante el potenciómetro interno. Si esta posición coincide con la información que tiene en la
entrada, el servo de RC no se mueve, si es distinta, se mueve hasta que coincidan. De esta manera
el servo de RC mantiene la posición estable en todo momento. Esto es lo que se conoce como un
sistema de control en posición.
La señal de control de un
servo de RC establece la
posición o ángulo de rotación de su eje de
salida.
Para ello se utiliza un sistema conocido como
PWM (Pulse Width Modulation) o modulación
por anchura de pulso, que sirve para
establecer la posición del servo en función
de la anchura de un pulso eléctrico aplicado
a la entrada de control del servo de RC.
Control de servos de RC con ArduLab.
ArdulaLab permite manejar hasta 3 servos de RC de forma manual o de forma automática mediante
el secuenciador de servos. En este capítulo veremos el control manual de los servos y usaremos el
secuenciador de servos en la Actividad complementaria número 3.
Importante: Los servos de RC que controle ArduLab tienen que estar conectados a las salidas
digitales 2, 3 ó 4. Con el control manual puedes mover uno, dos o tres servos que estén conectados
en los pines indicados.
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Esta actividad está diseñada para funcionar con los servos de
RC tipo mini (9g) que vienen en tu kit de trabajo. En caso de usar
servos de mayor tamaño, como los servos de RC de tamaño
estándar, deberás usar un sistema de
alimentación externo adicional de 7 V
(1 Amperio máximo), que se conectará
a la entrada de la placa Arduino UNO.
Haz esto siempre bajo la supervisión
directa de tu profesor.
MONTAJE DE LA ACTIVIDAD
Cada vez que termines un paso marca la casilla que hay a la derecha del número.
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Podemos usar un trozo de cinta adhesiva para
sujetar los cables al conector del servo de RC.
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Acoplamiento del servo RC
Los servos de RC, como el que hemos usado en esta
actividad, disponen de varios “platos de acoplamiento”.
Estas son unas piezas de plástico que se fijan en el eje de salida del servo
de RC, de forma que nos permiten sujetar la pieza que queremos mover.
Platos de acoplamiento mecánico de un servo de RC.
Las piezas o platos de acoplamiento se encajan a presión en el eje de salida del servo de RC. Para
evitar que se puedan salir podemos poner un pequeño tornillo de sujeción en su parte central.
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Hemos usado cables de diferentes colores para realizar las conexiones
eléctricas en tu base de trabajo. Ahora toma colores o marca textos y
colorea las conexiones en el diagrama eléctrico que se muestra a la
derecha del montaje. ¡Es una buena forma para comprobar que no te
has olvidado ninguna conexión!
Montaje de un servo de RC conectado a la
placa Arduino UNO.
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Diagrama eléctrico de un servo de RC
conectado a la placa Arduino UNO.
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¡Probamos lo que hacemos!
Conexión
El primer paso al comenzar a usar el programa ArduLab es establecer la conexión
con la placa Arduino UNO.
Configuración
Consulta la
lección 5 si no
recuerdas como
se establece
esta conexión.
Una vez dentro de la ventana de configuración de ArduLab tenemos que asignar la
función adecuada a cada uno de los pines.
El servo de RC es un elemento de salida (actuador), ya que
se mueve en función de la información proporcionada por la
computadora (placa Arduino UNO en nuestro caso).
A continuación configuraremos el pin “2” de la fila superior de la placa Arduino
UNO como salida digital. Para ello hacemos clic en la lista seleccionando
que
representa una “O”, la inicial de “Output” (salida, en inglés). El resto de los pines
los configuraremos como “no conectados”
ya que no los usaremos en esta
actividad.
Ventana de configuración de ArduLab para el control de un servo de RC.
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Ahora seleccionaremos la pestaña de “Herramientas” y dentro de esta, la
pestaña de “Servos” para poder mover el servo de RC de forma manual.
Ventana de control de servos de RC del programa ArduLab.
Antes de poder realizar ningún movimiento con el servo, tendremos que activarlo en la casilla
correspondiente.
Ten cuidado ya que en el momento que actives el servo de RC este se
moverá de forma automática hasta la posición indicada por el mando de
control que por defecto será la posición central.
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A partir de este momento notarás que el servo de RC vibra un poco, esto indica
que está funcionando correctamente. Esta vibración se debe al sistema interno de
control que está continuamente ajustando la posición en función de la información
proporcionada por la placa Arduino UNO.
Para llevar el servo de RC a una determinada posición solo tienes que mover el control
correspondiente al servo de RC que tengas activo. El recorrido total es de 180 grados.
El botón de “Centro” te
permitirá llevar la salida del
servo de RC a su posición
central con independencia
de cual sea su posición
previa en ese momento.
En total hay tres maneras de mover la posición del eje de salida del servo de RC desde
esta ventana de ArduLab. Búscalas y descríbelas en tu cuaderno de laboratorio.
Cuaderno de laboratorio
Formas de mover el servo de RC desde ArduLab
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Moviendo cosas con un servo de RC y ArduLab.
Los platos de acoplamiento mecánico permiten mover pequeños objetos
con los servos de RC. Diseña un sistema móvil que puedas conectar al un
servo de RC o cualquier otra cosa que quieras mover. Dada la fuerza limitada
de estos servos usa materiales ligeros para realizar tu diseño. Cuando lo
termines haz una representación esquemática de tu diseño en el siguiente
recuadro, indicando cada una de las partes que lo componen. Por ejemplo
una mano saludando.
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Servos que mueven ruedas.
En esta lección
hemos aprendido
sobre el
funcionamiento de
los servos de RC y
su aplicación en la
robótica. También
hemos visto como los
podemos controlar
con ArduLab e
incluso la forma de
mover pequeños
objetos con ellos.
Para terminar hemos
hablado de los
servos de rotación
continua como
alternativa a los
motores eléctricos
convencionales en
los robots rodantes.
Hasta ahora hemos visto que los servos de RC pueden girar un determinado
ángulo (180º, normalmente). Esto es bueno para poder mover una
articulación (pierna, brazo...) de un robot que camine (un humanoide, por
ejemplo), pero no sería de gran utilidad para mover una rueda de un robot
rodante ya que solo sería capaz de desplazarse un poco: el avance que
suponga el giro de 180º de la rueda.
Por otra parte los servos de RC son mucho más sencillos de usar que los
motores eléctricos habituales, ya que incorporan todo lo necesario para
funcionar dentro del propio servo (los motores eléctricos necesitan de una
etapa de potencia, además de la computadora, para poder funcionar).
Desde hace algún tiempo los aficionados a la robótica han desarrollado
técnicas para convertir un servo de RC estándar en un servo de rotación
continua. De esta manera en vez de controlar el ángulo de giro, lo que se
controla es la velocidad y sentido de giro del motor.
Este tipo de servos para mover ruedas, son de tanta utilidad que los propios
fabricantes de servos de RC ya ofrecen algunos modelos comerciales de
servos de rotación continua.
Plataforma digital
13.2 Accede a la plataforma digital para
ver una interesante guía que te cuenta
como convertir un servo de RC estándar en
un servo de rotación continua.
13.3 Accede a la plataforma digital para ver algunos videos de robots que
usan servos de RC modificados para rotación continua.
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