Servomotor
Los servomotores son dispositivos similares a los motores de corriente directa solo que tienen una característica muy particular, el eje del motor puede ser posicionado en cualquier ubicación dentro del rango de giro del motor. El rango de giro de los servomotores esta entre 0° y 180° más sin embargo pueden ser modificados para girar continuamente.
Las partes que conforman un servomotor son las siguientes: el motor de corriente directa, el juego de engranes que tiene la función de convertir la velocidad del giro del motor en el torque. El circuito de control que es el responsable de controlar la posición del motor. El tamaño de estos dispositivos es muy compacto y tienen bastante fuerza para mover objetos pesados fácilmente. Por ejemplo uno de los servomotores más pequeños y comerciales que podemos encontrar mide apenas 22 x 11.5 x 27 milímetros y tiene un torque de 1.2 kg/cm alimentado solamente con tan solo 4.8 Volts.
Como ya mencionamos anteriormente, los servomotores pueden ser modificados para girar continuamente, así como un motor de corriente continua. Esto nos puede ofrecer algunas ventajas y desventajas, la ventaja es que puede girar continuamente hacia dos sentidos y sigue conservando el torque. La desventaja que se tiene que ya no se podrá usar como un servomotor, es decir que ya no podremos controlar la posición del servo. El control de los servos ya modificados sigue siendo por PWM y esta señal se inyecta en la terminal correspondiente del motor.
Comercialmente existen varios fabricantes de servomotores y entre los más conocidos por el público son los Futaba, Hitec y TowerPro. Con estos fabricantes encontramos servomotores con un torque de hasta 20 Kg/cm que es el caso del servo de la marca Hitec HS-5755MG. El torque depende del tamaño, los engranes y el voltaje de alimentación, así como también la velocidad de respuesta en cambiar de una posición a otra, típicamente el tiempo que tarda esta entre 0.15 a 0.18 segundos en 60 grados y también depende del voltaje de alimentación.
Imagen 1. En esta imagen podemos ver un servomotor de la marca Hitec.
Funcionamiento
Para controlar un servomotor es muy sencillo más no tan fácil como controlar un motor de corriente directa, que tan solo se conecta una de las dos terminales a la señal de voltaje y la otra a tierra. En los motores de corriente continua para controlar la dirección del giro hay que hacer un arreglo con transistores de un puente H y con esto podemos hacer que el motor gire a un sentido u otro. Los servomotores tienen 3 cables para su control que son la de voltaje, tierra y señal. Los colores de estos tres cables pueden ser distintos dependiendo del fabricante, por lo general el cable de voltaje es de color rojo, el de tierra es negro y en algunos casos café y el de la señal lo encontramos en más colores que son en blanco, amarillo y naranja principalmente, pero para asegurarnos que nuestras conexiones sean correctas debemos consultarlo en las páginas oficiales del fabricante u hojas de datos del modelo con el que se esté trabajando.
En el control de la posición de los servomotores es necesario enviar una señal de PWM (Modulación por Ancho de Pulso). Dependiendo del ancho del pulso es la posición en la que se ubicara el eje del servomotor, entre más grande sea el ancho del pulso es mayor el ángulo de trabajo. Para mantener la posición del servomotor, la señal del PWM se debe mantener generando, en caso contrario el servomotor regresara a la posición de inicio.
Imagen 2. En la imagen podemos ver una señal de PWM y el posicionamiento del servo.
Un servomotor se puede controlar con diferentes dispositivos como Microcontroladores, drivers específicamente diseñados para el control de servomotores. Si utilizas un microcontrolador se requerirá programar la secuencia que deseas en la que el servo gire. Los Microcontroladores tienen pines que son configurables para generar PWM o también se puede generar por código. Los drivers que están diseñados específicamente para el control de los servomotores pueden ser controlados desde una computadora, gravar las secuencias de movimiento del servomotor para después solo reproducir los movimientos, también estos drivers pueden ser controlados por Microcontroladores y tarjetas de desarrollo. Los drivers pueden ser controlados por distintas interfaces como I2C, SPI, UART y esto depende del fabricante, esto nos ofrece muchas ventajas, por ejemplo con un microcontrolador y el driver puedes controlar hasta 16 servomotores y solo utilizas los pines de comunicación del micro, dejando los demás pines para alguna otra tarea.
Aplicaciones
Los servomotores de este tipo industrialmente no tienen muchas aplicaciones, más bien están más enfocados en el área académica para proyectos de robótica. Es muy común encontrarlos en kits de desarrollo o de robots como brazos, robots humanoides, hexápodos y en dirección de pequeños coches de radiocontrol.
Otras aplicaciones en las que son muy comunes encontrarnos estos dispositivos en sistemas de seguridad, como cámaras con movimiento, esto para cubrir un mayor ángulo de vigilancia con una sola cámara. En los automóviles, los servomotores los podemos encontrar en los espejos retrovisores.