SERVOMOTOR ¿Qué es y cómo funciona?

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¿Qué es un servomotor?

Es un dispositivo electromecánico conformado por un motor eléctrico, un juego de engranes y una tarjeta de control, todo constituido dentro de una carcasa de plástico. Se puede controlar su posición angular, es decir, puede ubicarse en cualquier posición dentro de un rango de operación generalmente de 180° pero puede ser fácilmente modificado para tener un giro libre de 360°. Por su gran precisión de posición angular se suelen utilizar en robótica, automática y modelismo (vehículos por radio-control, RC).

El funcionamiento del servomotor se debe a la modulación por ancho de pulso (PWM), cuentan con tres cables, dos para alimentación Vcc y Gnd (variando de 4.8 V a 6 V) y un tercer cable para aplicar un tren de pulsos de control, con la finalidad de que el circuito de control diferencial interno ubique el servomotor en la posición indicada.

La frecuencia utilizada para enviar la secuencia de pulsos al servomotor es de 50 Hz, lo que significa que cada ciclo tiene una duración de 20 milisegundos. Estas duraciones de cada pulso se interpretan como comandos de posicionamiento del motor, mientras que los espacios entre cada pulso se desprecian.

 
 

En general, un pulso entre 0.5-1.0 ms corresponde a 0°, un pulso de 1.5 ms corresponde a 90° y un pulso entre 2.0-2.5 ms corresponde a 180°.

Debido a la variedad de marcas de servomotores existen pequeñas diferencias entre la duración de los ciclos, colores para identificar los cables entre otras, por ello en la Tabla 1 se especifican algunas de las características técnicas de varias marcas en el mercado.

 Servomotor fabricante

Hay muchos tipos de servomotores pero su característica principal es la capacidad de controlar con precisión la posición de su eje. Se debe tener en consideración que un servomotor es un sistema de circuito cerrado con retroalimentación de posición para el control de sus movimientos y conocer la posición. 

 
 

Partes de un servomotor

En general, los servomotores suelen estar compuestos por 4 elementos fundamentales:

Motor de corriente continua (DC)

Le brinda movilidad al servomotor dependiendo de la polaridad de su conexión, esto quiere decir que cuando se aplica un potencial a sus dos terminales el motor gira en un sentido a su velocidad máxima, si el voltaje aplicado a sus dos terminales se invierte el sentido de giro también se invierte.

Engranajes reductores

El tren de engranajes se encarga de reducir la velocidad de giro del motor para incrementar su capacidad de torque (par-motor).

 Sensor de desplazamiento

Puede ser un potenciómetro colocado en el eje de salida del servomotor, se suele utilizar para identificar la posición angular del motor (encoder).

 Tarjeta de control

Es una placa electrónica que ajusta una estrategia de control de la posición angular mediante la retroalimentación. Para ello, el circuito compara la señal de entrada de referencia o posición deseada con la posición actual medida por el potenciómetro. La diferencia entre la posición actual y la posición deseada se amplifica y se utiliza para mover el motor en la dirección necesaria para reducir el error de posición.

 
 

Tipos de Servomotores

Servomotores analógicos y digitales, son iguales en cuanto al nivel de usuario: conformados por la misma estructura (motor DC, engranajes reductores, potenciómetro y placa de control) y se controlan con el mismo tipo de señale PWM. La principal diferencia se debe a la adición de un microprocesador en el circuito de control de los servomotores digitales, el cual se encarga de procesar la señal PWM de entrada y controlar el motor mediante pulsos con una frecuencia 10 veces mayor a la frecuenta de los servomotores analógicos. Dentro de los servomotores de corriente continua hay dos tipos: los clásicos de escobillas, y los de nueva tecnología sin escobillas BLDC. 

Clasificación según su tupología

  • Motor inducido de tres fases AC

  • Motor tipo Brush DC

  • Brushless Servomotor (AC y DC)

  • Motor a pasos

  • Switchedreluctance motors

  • Motor Lineal

Clasificación según el tipo de movimiento

  • Motores rotativos

  • Motores lineales

  • Motores Angulares