Cómo funciona un servomotor

Un servomotor es un sistema que se compone por partes eléctricas y mecánicas. Gracias al motor y a los elementos electrónicos que posee se puede controlar la posición del eje en algún momento. Se ha creado para que pueda moverse cierta cantidad de grados para después mantenerse en una posición fija. También es conocido sencillamente como servo y puede definirse en pocas palabras como un motor especial con elementos de control de posición.

Componentes y estructura del servomotor

El servo es un elemento electromecánico que posee un motor eléctrico, un conjunto de engranajes y una tarjeta de control; todos contenidos en una carcasa que puede ser de plástico. El motor que contiene un servo se trata de un motor DC o de corriente continua.

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El eje está acoplado a una caja con engranajes parecida a una transmisión. El objetivo de esta es potenciar el toque del motor y lograr mantener una posición fija cuando sea necesario. Igual que sucede con los automóviles, mientras menor sea la velocidad, menor será el torque. El circuito eléctrico se encarga de controlar el movimiento y posición del motor.

El engranaje que se presenta en el servomotor hace que, al mover el eje del motor, se produzca una inercia superior a la que se da en un motor común y corriente. Por lo tanto, el servomotor no es simplemente un motor, sino más bien un conjunto de partes que forman un sistema y que incluye un motor.

Para qué sirve un servomotor?

El servomotor puede ser controlado en lo que a posición se refiere. En un rango de operación de unos 180º, es capaz de ubicarse en diferentes posiciones. También se modifica para lograr un giro libre que alcance los 360º. Los servomotores se utilizan comúnmente en automática, modelismo( vehículos por radio-control, RC) y robótica, gracias a la precisión en su posicionamiento.

El motor empleado en un servo es de corriente continua o DC. Esta clase de motor funciona con un mecanismo que gira sin detenerse hasta que el suministro de corriente se detiene. Por sí solos los motores DC no se usan en robótica, pues en estas aplicaciones se necesita mantener posiciones fijas y movimientos precisos. En este caso se usan los servos o motor paso a paso que sí pueden mantener un movimiento controlado y ofrecen un torque o par de torsión mayor.

Como funciona un servomotor?

Un servomotor funciona a través de la modulación del ancho de pulso o PWM. Todos estos motores tienen tres cables, dos sirven de alimentación Vcc y Gnd. El tercero aplica al tren de pulsos de control, este hace que el circuito de control diferencial del interior coloque al servo en la posición requerida.

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Casi todos los modelos usan señales que tienen frecuencia de 50 Hz, esto limita el tiempo que hay entre cada pulso a 20 milisegundos. La duración del pulso establece la posición angular del servomotor, usando intervalos bastante cortos. Generalmente se habla de 1 milisegundo cuando el ángulo es igual a 0º; 1,5 milisegundos con 90º y 2 milisegundos en 180º.

El circuito de control hace una comparación de voltaje entre el potenciómetro y el voltaje de la señal. Si es requerido, activa un puente H integrado con el fin de cambiar la dirección del rotor, llevando la diferencia entre señales hasta cero.

Partes de un servomotor

  • Motor de corriente continua (DC): Es el componente motriz del servo que le proporciona movimiento. Al aplicarse potencial a ambos terminales, el motor gira en uno de los sentidos a máxima velocidad. Si el voltaje que se aplica es inverso, también se invierte el giro.
  • Engranajes reductores: El conjunto de engranajes sirve para disminuir la velocidad elevada del giro motor y así aumentar la capacidad de torque o par motor.
  • Sensor de desplazamiento: Es un potenciómetro que va en el eje de salida del servomotor y se utiliza para saber cuál es la posición angular del motor.
  • Circuito de control: Se trata de una placa electrónica con estrategia de control de posición usando realimentación. Para lograrlo, el circuito va a comparar la señal de referencia de entrada o la posición desdad con la posición medida por un potenciómetro. La diferencia entre posiciones se amplifica y se utiliza para mover el servo en la dirección requerida y reducir el error.

Tipos de servomotor

Existen dos tipos de servomotor: Digitales y analógicos. Ambos son muy parecidos, pues poseen estructura similar (un motor de corriente continua, complejo de engranajes reductores, potenciómetro y la placa de control). También se controlan con señales PWM.

La diferencia radica en que los servos digitales adicionan un microprocesador en su circuito de control. Este dispositivo se encarga de hacer el procesamiento de la señal PWM de entrada, así como de regular el motor por medio de pulsos a una frecuencia diez veces mayor a los analógicos.

Entre los servos de corriente continua se encuentran dos subtipos: Los convencionales de escobilla y los que no poseen escobillas y son de nueva tecnología.

Otras clasificaciones de los servomotores

Según la tipología se pueden clasificar en:

  • Motor tipo Brush DC
  • Motor inducido de tres fases AC
  • Motor a pasos
  • Brushless Servomotor (AC y DC)
  • Motor Lineal
  • Switched Reluctance Motors

Según el movimiento que ejecuta:

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