GUÍA DE SERVOS
Introducción:
Los servos son motores de continua (motores CC) con un circuito de realimentación, un bucle de control. Y no es necesario incluir un controlador de motor.
Los servos son extremadamente populares en aplicaciones robóticas, aeromodelismo y radio control (RC), tanto para coches como para barcos. La mayoría de los servo pueden girar entre 90 y 180 grados. Algunos rotan 360 grados o más. Sin embargo, los servos comerciales no pueden rotar continuamente, lo que significa que no se pueden utilizar para ruedas motrices (a menos que sean modificados), pero su posicionamiento de precisión los hace ideales para brazos robot, para articulaciones, cremalleras de dirección y analizadores de sensor por por poner algunos ejemplos. Los servos son independientes, los circuitos de control de velocidad y ángulo son muy fáciles de implementar, mientras que los precios se mantienen muy asequibles. Para utilizar un servo, sólo tiene que conectar el cable a tierra (negro), el rojo a la alimentación de 4,8-6V, el cable amarillo ó blanco a un generador de señal (por ejemplo a partir de un microcontrolador). Variar el ancho de pulso de onda cuadrada de 1-2 ms y el servo se colocará en una posición controlada y a una velocidad dada.
Cableado de los servos:
Todos los servos tienen tres cables: negro ó marrón es para la tierra.
El color rojo es para alimentación (4.8-6V). Los servos de tensión pueden funcionar bajo una amplia gama de tensiones. Su funcionamiento normal es entre 4, 8V y 6V. Hay algunas empresas que tienen servos de tamaños que pueden funcionar a menos y ahora Hitec fabrica servos que operan con mucho más. La razón de esta gama estándar es porque la mayoría de microcontroladores y receptores de radio control operan con tensión similar a esta. ¿Así qué voltaje debe usted escoger? Bueno, a menos que tenga una limitación de voltaje y corriente en la alimentación de la batería, es aconsejable utilizar 6V. Esto es simplemente porque los motores tienen mayor par con este nivel de tensión.
Amarillo, naranja, o blanco es el cable de señal (3-5V). Este cable se usa para controlar la posición del servo. El concepto general es simplemente enviar una onda cuadrada, para controlar los servos, a esta onda cuadrada se genera con un PWM (Pulse Width Modulator)cada valor del ancho del pulso de esta señale se corresponde a un ángulo determinado (o velocidad) si se modifica su servo.
Control:
¿Cómo aplicar esta onda cuadrada a su servo? Si su robot es remoto controlado, su receptor RC aplicará la onda cuadrada adecuada para usted. Si por el contrario su robot está ejecutando desde un microcontrolador, es el encargado de generar la señal, muchos microcontroladores existentes en el mercado incorporan varios módulos generadores de PWM, pero no suelen contar con muchos .
Tipos de engranajes:
Los servos más caros están fabricados con engranajes metálicos para mayor par y vida más prolongada, la siguiente calidad empleada son los engranajes de karbonite que son más frágiles y por último los engranajes de nylon para los más baratos.
Los engranajes de nylon son más comunes en servos. Son extremadamente suaves con poca o ningún factores de desgaste. También son muy ligeros, pero fallan en la durabilidad y resistencia.
Los engranajes de Karbonite son relativamente nuevos en el mercado. Ofrecen casi 5 veces la fuerza de engranajes de nylon y también mejor resistencia al desgaste. Tras pruebas realizadas observándolos más de 300.000 y prácticamente sin desgaste. Los servos con estos engranajes son más caros, pero ofrecen una mayor durabilidad.
Los engranajes metálicos han sido los de mejor calidad hasta ahora. Aunque es más pesado y tienen mayor desgaste que el resto de los tipos de engranajes, ofrecen fuerza sin precedentes. Con un eje de salida de metal, las cargas laterales pueden ser mucho mayores. A medida que se desgastan la precisión lentamente se perderá.
Velocidad:
La tasa de giro del servo, o el tiempo de tránsito, se utiliza para determinar la velocidad de rotación de servo. Se trata de la cantidad de tiempo que tarda el servo mover una cantidad fija, generalmente de 60 grados. Por ejemplo, supongamos que tienes un servo con un tiempo de tránsito de 0,17 seg/60 grados en vacío (sin carga). Esto significa que tardaría casi medio segundo para rotar media vuelta, 180 grados. Además si el servo tiene una carga, ese tiempo será mayor. Esta información es muy importante, ya que la velocidad de respuesta de un servo es un requerimiento de la aplicación de robot. También es útil para determinar la velocidad máxima de avance de su robot si se modifica su servo para rotación completa. Recuerde, el peor de los casos es cuanto tiempo tarda el servo en alcanzar el ángulo de rotación máxima, partiendo del ángulo de rotación mínima, realizando este movimiento con una carga. Esto puede tomar varios segundos en un servo par muy alto.
Eficiencia y ruido debido a requisitos de circuitos de ruido y control, los servos son menos eficientes que los motores de continua no controlados. El sistema de circuitos de control drena normalmente 5-8mA sólo en inactivo. En segundo lugar, el ruido puede tomar valores de más del triple del valor nominal durante una posición estática y casi el doble de corriente durante la rotación. El ruido es a menudo una de las principales fuentes de la ineficiencia del servo y por lo tanto debe evitarse. Una fuente común de interferencia suele ser de otros servos cercanos y del cableado del servo. ¿Cómo evitar este problema? Mantenga su cable de señal corto, no sobredimensionar la extensión del cable de su servo. Si tienes muchos cables de servo va a través de un área, y no es factible para mantenerlos separados, es aconsejable enrollarlos. Esto reduce las interferencias cruzadas y funciona. También puede comprar una extensión de refuerzo de servo, que almacena en el búfer y amplifica la señal.
Regulación de tensión:
Los servos al igual que los motores de continua, tienen una tensión nominal. Si se le aplica una tensión superior a la tensión nominal, el servo se sobrecalienta y posiblemente se queme. ¿Así, suponga que tiene un 7.2V batería y desea utilizar un regulador de 5V para alimentar sus servos, que es una buena idea? La mejor opción es emplear un regulador de continua conmutado.
Servos Digitales frente a Servos Analógicos:
¿Cuál es la diferencia entre un servo analógico y uno digital digital? Los servos digitales, para el usuario final, son controlados igual que los servos analógicos. La diferencia radica en que el motor cinemático es controlado a través de un amplificador. El motor de un servo analógico recibe una señal desde el amplificador 30 veces por segundo, o a 30 Hz. Esta señal permite el amplificador actualizar la posición de motor. Servos digitales utilizan un amplificador de alta frecuencia que actualiza la posición de motores servo 300 veces por segundo o a 300 Hz. Al actualizar la posición de motor más a menudo, el servo digital puede ofrecer par completo desde el principio del movimiento y aumenta el potencial de explotación del servo. La actualización rápida también permite al servo digital tener una banda muerta ó deadband más estricta.
Con la excepción de un coste más alto, hay sólo ventajas para servos digitales sobre servos analógicos. El micro procesador digital es 10 veces más rápido que un servo analógico. Esto produce una respuesta mucho más rápida desde el principio con el servo, desarrollar todo el par nominal 1 grado fuera del punto central. Tenga en cuenta que esta respuesta más rápida también da lugar a mayores corrientes de partida, por lo tanto, asegúrese de que sus baterías pueden hacer frente a estas demandas de corriente.
Los servos digitales pueden ser programados para la dirección de rotación, centro y puntos finales, opción a prueba de errores, velocidad y ajuste de ancho de banda muerta. Esto es ideal para la asociación de conjuntos de servos de ancho de banda muerta, centro y puntos finales en aplicaciones aviones de radio control y para invertir un servo digital cuando dos son usados en un arnés de "Y" (la imagen de abajo).
Si no desea que hacer frente a la complicación añadida de la programación, no se preocupe, Hitec digital servos lo llevará a cabo con servos estándar de fábrica. No es necesario programarlos antes de utilizarlo. El par de permanente de un servo digital es 3 veces la de su homólogo analógico. Esto significa que los servos digitales son normalmente más pequeños y tienen más par. ¿Qué pasa con la modificación de servo? Servos digitales también son modificables, consulte la hoja de datos para asegurarse.
Hitec vs Futaba:
Son realmente cuatro los principales fabricantes de servos: Hitec, Futaba, Airtronics y JR radios. Las dos últimas son poco comunes hoy en día, por lo que no se va a hablar de ellas. Los servos Hitec y Futaba funcionan de la misma manera, pero hay varias diferencias de interfaz que debe tener en cuenta. El primero es el color de los cables, Hitec utiliza un cable de señal amarillo, mientras que Futaba utiliza uno blanco. El orden de cableado es el mismo, simplemente diferentes colores. La segunda es la compatibilidad de conector. Futaba (tipo J) tiene una pestaña especial thingy mientras que Hitec no la de este último es de tipo S, universal. Futaba tiene la brida extra para ayudar al usuario a conectar el servo correctamente, aunque hay sólo dos maneras de hacerlo y conectar un servo de forma equivocada no daña realmente nada. Si desea conectar un servo Futaba a un dispositivo de Hitec, sólo es necesario retirar la pestaña de clip fuera y utilice una lija. Si necesita conectar un conector de Hitec a algo Futaba, use papel de lija para disminuir la anchura de conector hasta que se ajuste. El tercero es el precio. Los servos Hitec son más baratos que los servos Futaba. Pero esto no debe ser el factor determinante para la decisión final, ya que Futaba tiene unas dimensiones de servo que Hitec no tiene. La última gran diferencia está en la spline. La spline es el eje secundario de la servo. Esta es donde se asocia el cuerno del servo o brazo de servo. Estándar de splines de Hitec tienen 24 dientes mientras que el estándar Futaba tienen 25 dientes. Lo que hace no sen compatibles entre sí.