Servomotor Explicado
Summary
TLDREste video educativo explica cómo funcionan los servomotores, componentes esenciales en la ingeniería de precisión y robótica. Se describe cómo estos convertidores de energía eléctrica en mecánica permiten un control preciso de la posición a través de señales de control. Los diferentes tipos, como los de circuito cerrado y abierto, se comparan por su alcance de giro y aplicación. El vídeo también explora la relación entre el voltaje, el torque y la velocidad de rotación, y cómo los engranajes internos amplifican el torque. Finalmente, se muestra cómo programar un Arduino para controlar un servomotor con un potenciómetro, ofreciendo una visión práctica de su funcionamiento.
Takeaways
- 🔧 Los servomotores son utilizados para lograr un control preciso en aplicaciones como robótica y automatización.
- ⚙️ Los servomotores convierten energía eléctrica en energía mecánica a través de un tren de engranajes y un motor de corriente continua.
- 🔄 A diferencia de los motores de corriente continua, los servomotores no giran constantemente sino que responden a señales que controlan su posición.
- 🔒 Los servomotores de circuito cerrado permiten el control más preciso y son los más comunes en aplicaciones técnicas.
- 📏 El torque del servomotor se mide en kilogramos por centímetro y varía según la distancia desde el eje.
- 📈 El rendimiento del motor aumenta con un mayor voltaje, pero también existen límites que pueden hacer que el motor se bloquee.
- ⚡ La velocidad de rotación del servomotor depende del voltaje aplicado y se mide en segundos por cada 60 grados de rotación.
- 🛠️ Los engranajes dentro de un servomotor convierten la alta velocidad y bajo torque del motor en una salida de baja velocidad y alto torque.
- 📡 El controlador del servomotor utiliza señales de modulación de ancho de pulso para determinar la posición del motor.
- 💻 Es posible controlar un servomotor con una placa Arduino, utilizando un potenciómetro para regular su posición.
Q & A
¿Qué es un servomotor y para qué se utiliza?
-Un servomotor es un tipo de motor que convierte energía eléctrica en energía mecánica. Se utiliza para lograr un control preciso en aplicaciones como robótica, automatización e incluso en la dirección de vehículos de control remoto.
¿Cómo se controla la posición de un servomotor?
-La posición de un servomotor se controla mediante un controlador que envía señales que indican al motor hasta dónde debe girar. Estas señales varían el ancho del pulso enviado al motor, lo que permite un control preciso de la rotación.
¿Cuál es la diferencia entre un motor de corriente continua (CD) y un servomotor?
-A diferencia de un motor de CD que gira constantemente cuando se conecta a una fuente de alimentación, un servomotor gira en función de las señales enviadas por un controlador, lo que permite un control más preciso de su posición.
¿Qué significa que un servomotor tenga un circuito cerrado?
-Un servomotor de circuito cerrado utiliza retroalimentación para ajustar su posición. Esto proporciona un control más preciso, ya que el motor se detiene una vez que alcanza la posición deseada.
¿Cómo afecta el torque en un servomotor?
-El torque indica cuánta fuerza puede aplicar el servomotor. Cuanto mayor sea el torque, mayor será la fuerza que puede aplicar. El torque también depende de la distancia desde el eje, siendo mayor a menor distancia del eje.
¿Qué sucede cuando un servomotor alcanza sus límites?
-Cuando un servomotor alcanza sus límites físicos, como cuando está bloqueado, la corriente aumenta drásticamente. Es importante no sobrepasar estos límites para evitar daños al motor.
¿Cómo influye el voltaje en el rendimiento de un servomotor?
-Cuanto mayor sea el voltaje aplicado a un servomotor, mayor será el torque que puede generar, lo que aumenta el rendimiento del motor. Además, un mayor voltaje también incrementa la velocidad de rotación.
¿Cómo funciona el tren de engranajes en un servomotor?
-El tren de engranajes en un servomotor convierte la alta velocidad y bajo torque del motor de CD en una salida de baja velocidad y alto torque. Esto se logra mediante una serie de engranajes de diferentes tamaños.
¿Qué papel juega el potenciómetro en un servomotor?
-El potenciómetro actúa como un sensor de posición en el servomotor. Cambia su resistencia conforme gira el engranaje final del servo, lo que permite al controlador determinar la posición actual del motor.
¿Cómo se programa un Arduino para controlar un servomotor?
-Se puede programar un Arduino para controlar un servomotor utilizando un potenciómetro como entrada. El Arduino lee la señal analógica del potenciómetro, convierte esa señal en un ángulo de rotación entre 0 y 180 grados, y ajusta la posición del servomotor en consecuencia.
Outlines
🔧 Introducción al servomotor y sus aplicaciones
Se presenta el servomotor, explicando que se utiliza en aplicaciones de ingeniería de precisión debido a su electrónica interna y engranajes mecánicos. Convierte energía eléctrica en mecánica, permitiendo un control preciso de la posición. Es común en robótica, automatización, y dirección de vehículos controlados a distancia. A diferencia de un motor de corriente continua, el servomotor recibe señales que le indican hasta dónde girar, normalmente 180 grados, aunque puede ser más o menos. Los servomotores de circuito cerrado ofrecen mayor control y son los más usados.
⚙️ El torque del servomotor y su funcionamiento
Se explica el concepto de torque en los servomotores, representado por la fuerza que pueden aplicar. Un servomotor pequeño puede tener 9 gramos de torque, mientras uno más grande puede tener 25 kilos. El torque depende de la distancia desde el eje del motor. Cuanto mayor es el voltaje aplicado, mayor es el torque y rendimiento del motor. Sin embargo, el motor tiene límites y puede bloquearse si se sobrecargan. La corriente aumenta drásticamente cuando el motor se bloquea, y consume más energía al moverse que al mantener su posición.
🔍 Componentes y funcionamiento interno del servomotor
Se describen los componentes internos del servomotor. Un motor de corriente continua acciona una serie de engranajes para reducir la velocidad de rotación y aumentar el torque. Los engranajes están dispuestos en un tren compuesto para mantener un diseño compacto. Se presenta el tren de engranajes específico de un ejemplo con piñones y engranajes de distintos tamaños. Además, se destaca cómo la corriente de operación depende de la carga y del voltaje aplicado.
⚡ Control de la posición del servomotor con señales PWM
Se introduce el control de la posición del servomotor mediante señales de modulación por ancho de pulso (PWM). Un controlador como un Arduino envía pulsos de voltaje que determinan la posición del servo, variando el ancho del pulso para mover el motor hacia una posición específica. Se utiliza un osciloscopio para visualizar estas señales. Mientras el ancho del pulso se mantenga, el motor mantiene su posición, y se moverá solo cuando haya un cambio en la señal.
🧠 Programación de un Arduino para controlar el servomotor
Se enseña a controlar un servomotor mediante un Arduino y un potenciómetro. El código básico para esta tarea incluye el uso de la biblioteca de servos del Arduino, declarando el nombre del servo y la terminal a la que está conectado. El potenciómetro permite controlar la posición del servo. El valor analógico del potenciómetro se convierte en grados de rotación para el servomotor, utilizando una escala que ajusta los valores entre 0 y 180 grados.
Mindmap
Keywords
💡Servomotor
💡Control de posición
💡Torque
💡Circuito cerrado
💡Señal de modulación de ancho de pulso
💡Potenciómetro
💡Arduino
💡Fuente de alimentación
💡Tren de engranajes
💡Comparador
Highlights
El servomotor es utilizado en aplicaciones de ingeniería de precisión.
Convierte energía eléctrica en energía mecánica para control preciso.
Se pueden conectar diferentes accesorios para ampliar su funcionalidad.
Controlado mediante un controlador que indica la posición de giro.
Se diferencia del motor de CD por su capacidad de control de giro preciso.
Los servomotores cerrados suelen girar solo 180 grados.
Los de circuito abierto pueden girar 360 grados.
El peso del servomotor indica su torque, es decir, la fuerza que puede aplicar.
El torque se mide en kilogramos centímetros o onzas pulgadas.
El voltaje de alimentación afecta directamente al torque y rendimiento del motor.
La corriente de operación depende de la carga y el voltaje aplicado.
El tamaño físico del servomotor crece con su capacidad de torque.
Los engranajes internos ayudan a convertir alta velocidad y bajo torque en baja velocidad y alto torque.
El motor de CD es controlado por una placa de circuitos que gestiona la rotación y el sentido de giro.
El potenciómetro conectado al engranaje de salida proporciona retroalimentación sobre la posición.
Un controlador envía señales de modulación de ancho de pulso para determinar la posición del servomotor.
El ancho del pulso de la señal de control直接影响 la posición del servomotor.
Los servomotores pueden ser controlados mediante Arduino o probadores de servos.
El código de Arduino para controlar un servomotor con un potenciómetro se puede descargar de forma gratuita.
La conexión y programación de un Arduino para controlar un servomotor se describen paso a paso.
Transcripts
este es un servomotor se utiliza en
aplicaciones de ingeniería de precisión
y utiliza electrónica interna así como
engranajes mecánicos para lograrlo
un servomotor se ve así
convierte la energía eléctrica en
energía mecánica este tipo de motor se
utiliza para lograr un control preciso y
podemos conectar diferentes accesorios
para conseguirlo
controlamos la posición de un servomotor
mediante un controlador por eso es muy
utilizado en robótica automatización e
incluso en la dirección de los vehículos
de control remoto
por lo general cuando conectamos un
motor de cd a una fuente de alimentación
simplemente gira constantemente pero un
servomotor es diferente estos no giran
instantáneamente en cambio se envían
señales que indican al motor exactamente
hasta dónde debe girar
normalmente el motor girará solo 180
grados pero podemos obtener valores
menores o mayores éstos son del tipo de
circuito cerrado
suelen tener un perno en su interior que
impide físicamente que el motor siga
girando algunos no tienen esto y son
capaces de girar 360 grados estos son
del tipo de circuito abierta
los de circuito cerrado proporcionan el
mejor control y son los más utilizados
por lo que nos centraremos en este tipo
en el vídeo
por un lado del servomotor encontramos
un valor de peso
este no es el peso del motor representa
el torque del motor o cuánta fuerza
puede aplicar
este pequeño motor tiene un valor de 9
gramos este más grande tiene un valor de
25 kilos
esta es la fuerza que el servomotor
puede aplicar a una palanca
normalmente lo encontramos medido en
kilos centímetros u ondas pulgadas
qué significa esto
bueno por ejemplo este servomotor está
diseñado para 25 kilos así que a un
centímetro del eje puede soportar 25
kilos
pero a dos centímetros solo puede
soportar doce y medio y a tres son los
625
podemos encontrar más información en la
hoja de datos en este ejemplo vemos que
se puede conectar a una fuente de
alimentación de entre 48 y 72 voltios
cuanto más alto sea el voltaje aplicado
mayor será el torque por lo que el motor
tendrá un mayor rendimiento pero como
vemos el motor tiene unos límites y se
bloqueara si los extremos
cuando el motor se bloquea vemos que la
corriente aumenta drásticamente
la corriente de operación depende de la
carga y del voltaje el motor consume más
energía cuando se mueve pero utiliza muy
poco para mantener su posición
cuanto más alto sea el voltaje aplicado
más rápido girará el motor medimos la
rotación en segundos por cada 60 grados
de rotación
el tamaño físico del servomotor aumenta
con la potencia de torque esto se debe a
que necesita engranajes más grandes y un
motor eléctrico más grande para
conseguirlo veamos el interior de uno
para ver las partes principales y luego
entender cómo funciona también hemos
hablado de los motores paso a paso y de
los motores de cde anteriormente echa un
vistazo a los enlaces de abajo
cuando vemos un servomotor vemos la
carcasa principal con las conexiones
eléctricas entrando por un lado
en este caso el cable rojo es el
positivo del voltaje el marrón es la
tierra y el naranja es el cable de la
señal de modulación del ancho de pulso
estos colores varían según el fabricante
en la parte superior encontramos un
pequeño engranaje estriado podemos
conectar varios accesorios a este para
hacer uso de la rotación
en el interior de la unidad encontramos
en primer lugar una serie de engranajes
que se apoyan en unos rodamientos
en un lado tenemos la salida y en el
otro la entrada
la entrada está conectada a un motor de
cde que acciona los engranajes
esto se conoce como un tren de
engranajes compuesto están distribuidos
de esta manera para garantizar un diseño
compacto
el motor tiene una alta velocidad de
rotación pero un bajo torque por lo que
los engranajes ayudan a convertir esto
en una salida de baja velocidad pero
alto torque en este ejemplo hay un
engranaje de piñón de 11 dientes en el
motor que se conecta a un engranaje de
61 dientes que se une directamente a un
engranaje de 12 este se conecta a un
engranaje de 48 dientes que se une
directamente a un engranaje de 13
esto se conecta a un engranaje de 47 que
se une a un engranaje de 13 y esto se
conecta al engranaje final que tiene 42
dientes
así que para este ejemplo usando algunos
números arbitrarios y la entrada es de
259 revoluciones por minuto con un
newton metro de torque entonces la
salida será de una revolución por minuto
pero 259 newton metros de torque
por lo tanto hemos convertido un torque
bajo de alta velocidad en un torque alto
de baja velocidad existen pérdidas que
ha ignorado a propósito para este
ejemplo
en nuestro anterior vídeo sobre los
trenes de engranajes ya explicamos cómo
calcularlo
el motor de cd está conectado a una
pequeña placa de circuitos dentro de la
unidad esta controla la rotación del
motor así como el sentido de giro
también está conectado a la placa de
circuito un potenciómetro
este se conecta el engranaje de salida
del servo
esto es solo una resistencia variable
cuando el engranaje final gira gira el
potenciómetro que cambia la resistencia
y la placa de circuito lee esto para
saber la posición de salida
vamos a ver cómo funciona esto pero
antes donde has visto utilizar estos
motores o para que los utilizaría esto
házmelo saber abajo en los comentarios
un controlador envía una señal al
servomotor que determina la posición a
la que debe girar
el controlador puede ser algo como un
arduino o incluso un simple probador de
servos
esta es una señal de modulación de ancho
de pulso lo que significa que envía
pulsos de voltaje por el cable el ancho
del pulso puede ser variado
es similar a si pulsamos un interruptor
para encender y apagar una luz cuanto
más tiempo pulsemos el interruptor más
largo será el pulso de electricidad
estos pulsos se envían cada 20 mil y
segundas por lo que tenemos unos 50
pulsos por segundo es decir 50 hertzios
podemos utilizar un osciloscopio para
ver estos pulsos por ejemplo esta es la
señal enviada por un arduino
y esta es la señal del probador de
salvas
y el ancho del pulso determina la
posición del servo
si enviamos un pulso ancho el servo se
mueve hacia la izquierda si enviamos un
pulso pequeño gira a la derecha
podemos movernos a cualquier posición
entre estos dos puntos simplemente
cambiando el ancho del pulso
mientras el pulso sea el mismo el motor
mantendrá su posición
en cuanto hay un cambio el servomotor se
mueve
podemos ver aquí que cuando giro el
selector del probador de servo se está
cambiando el ancho del pulso y la
posición de los servomotores cambia para
alinearse con la señal
cuando aumento el voltaje de la fuente
de alimentación la altura del pulso
también cambia pero la posición del
motor sigue siendo la misma
si utilizamos una placa arduino podemos
ejecutar un programa para controlar la
posición o incluso podemos utilizar un
potenciómetro para controlar la posición
aprenderemos a construir esto más
adelante en el vídeo
la señal entra en la placa de los servos
y se convierte en un voltaje pasa a
través de un comparador y luego a un
controlador de motor
el controlador del motor controla la
rotación del motor de cd utiliza un
circuito interno de puente h para
controlar la dirección de rotación ya
sea en el sentido de las manecillas del
reloj o en sentido contrario para llegar
a la posición requerida
esta rotación hace que los engranajes
giren lo que hace que el engranaje final
y el brazo del serbio también gire
el potenciómetro está conectado al
engranaje final
es posible que reconozcas que un
potenciómetro se parece más a esto es
esencialmente funcionan igual
la resistencia aumenta y disminuye entre
un valor mínimo y máximo a medida que el
brazo gira
puedes ver aquí que el multímetro está
midiendo la resistencia y cuando giro el
eje la resistencia cambia
esto actúa como un divisor de voltaje si
aplicamos un voltaje a través del
potenciómetro por ejemplo 5 voltios
podemos medir el cambio de voltaje
debido a la variación de la resistencia
este cambio es proporcional a su
posición
cuando se gira completamente hacia la
izquierda el voltaje es de 5 voltios
en el centro es de dos y medio y cuando
se gira completamente hacia la derecha
es de cero
el potenciómetro también está conectado
al comparador de la placa de circuito
interno y el voltaje se controla para
proporcionar retroalimentación
sabemos que la resistencia cambia entre
un valor mínimo y máximo a medida que se
gira el selector del potenciómetro
por lo que el comparador va a comparar
el voltaje del potenciómetro con el
voltaje de la señal del controlador
si hay una diferencia entonces el motor
girará hasta que la diferencia sea
cercana a 0 entonces el servo sabe que
está en la posición correcta así que
espera allí hasta que haya otro cambio
vamos a aprender a programar un arduino
para controlar un servo utilizando un
potenciómetro
para ello necesitarás un arduino un
proto board un servomotor un
potenciómetro algunos cables y una
fuente de alimentación
primero conecta un cable desde el
conector de 5 voltios a el positivo del
protón
a continuación conecta otro cable desde
el conector de tierra hasta la línea de
tierra
ahora conecta desde la línea de 5
voltios al lado izquierdo del
potenciómetro
luego conecta el lado derecho a la línea
de tierra
luego la terminal central al punto a
cero
a continuación conecta desde la línea de
5 voltios al servomotor
luego engancha el cable de tierra al
zerbo y finalmente conecta el cable de
señal a el punto 9 del arduino
el circuito debería quedar así
por lo tanto ahora tenemos que conectar
el arduino al pc y escribir el código
puedes descargar mi código de arduino de
forma gratuita los enlaces están abajo
el código básico es muy fácil solo
tenemos que escribir esto en la parte
superior esto le indica al arduino que
estamos utilizando los comandos de la
biblioteca de servos predeterminada
luego necesitamos crear un objeto
básicamente declaramos el nombre del
servo para poder indicarle lo que debe
hacer lo llamaré servo 1
luego le indicamos al arduino cuál de
sus terminales está conectado al
servomotor en nuestro caso tenemos la
terminal 9 así que escribimos eso
ahora como estamos utilizando un
potenciómetro externo como dispositivo
de entrada para controlar el servomotor
tenemos que declararlo también
así que escribimos esto que solo permite
al arduino saber qué punto recibirá una
señal
a continuación escribimos esta línea de
código esto solo vincula el servo
nombrado a la terminal que también
declaramos a continuación escribimos
este código
esto quiere decir que tenemos que leer
el valor de la entrada analógica del
potenciómetro que está conectado al
punto a cero
él arduino le el voltaje a través de
esta terminal pero no entiende de
voltaje porque este es una entrada de
señal analógica
así que generará un número entre 0 y
1.023 dependiendo del voltaje
cuando el potenciómetro está todo hacia
la izquierda recibe todo el voltaje por
lo que es 1023
cuando se gira todo t a la derecha está
a 0 voltios por lo que leemos pero el
valor cambia a medida que giramos el
selector
sin embargo el servo no entiende estos
números
quiere saber un grado de rotación entre
0 y 180 grados así que se crea un mapa o
escala de conversión para decir que si
la señal es cero entonces la posición es
cero grados
si las señales 1.023 entonces la
posición debe ser 180 grados
la línea final solo envía la información
al ser bold le escribe para que sepa qué
hacer
entonces enviamos este código al arduino
y poco después podremos controlar la
posición del servo con el potenciómetro
una vez que entiendas esto podrás hacer
circuitos más complejos
mira ahora uno de los vídeos en pantalla
para seguir aprendiendo ingeniería y te
espero en la próxima elección
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