Los servos (también servos RC ) son servomotores pequeños, baratos, producidos en serie u otros actuadores utilizados para control de radio y robótica a pequeña escala .
La mayoría de los servos son actuadores giratorios, aunque hay otros tipos disponibles. A veces se utilizan actuadores lineales , aunque es más común utilizar un actuador giratorio con una palanca acodada y una varilla de empuje. Algunos tipos, originalmente utilizados como cabrestantes de vela para modelos de yates , pueden rotar continuamente.
Construcción
Un servo típico consiste en un pequeño motor eléctrico que impulsa un tren de engranajes reductores. Un potenciómetro está conectado al eje de salida. Algunos componentes electrónicos simples proporcionan un servomecanismo de circuito cerrado .
Operación
La posición de la salida, medida por el potenciómetro, se compara continuamente con la posición ordenada desde el control (es decir, el control de radio). Cualquier diferencia da lugar a una señal de error en la dirección apropiada, que impulsa el motor eléctrico hacia adelante o hacia atrás, y mueve el eje de salida a la posición ordenada. Cuando el servo alcanza esta posición, la señal de error se reduce y luego se vuelve cero, momento en el que el servo deja de moverse.
Si la posición del servo cambia de la ordenada, ya sea porque el comando cambia o porque el servo se empuja mecánicamente desde su posición establecida, la señal de error reaparecerá y hará que el motor restaure el eje de salida del servo a la posición necesaria. .
Casi todos los servos modernos son servos proporcionales , donde esta posición ordenada puede estar en cualquier lugar dentro del rango de movimiento. Los primeros servos, y un dispositivo precursor llamado escape , solo podían moverse a un número limitado de posiciones establecidas.
Conexión
Los servos de control de radio se conectan a través de una conexión estándar de tres cables: dos cables para una fuente de alimentación de CC y uno para control, que llevan una señal de modulación de ancho de pulso (PWM). Cada servo tiene una conexión separada y una señal PWM del receptor de control de radio. Esta señal se genera fácilmente mediante electrónica simple o mediante microcontroladores como el Arduino . Esto, junto con su bajo costo, ha llevado a su amplia adopción para la robótica y la computación física .
Los servos RC utilizan un conector espaciador de tres clavijas de 0.1 "(hembra) que se acopla a clavijas cuadradas estándar de 0.025". El orden más común es señal, + voltaje, tierra. El voltaje estándar es 4.8 V DC, sin embargo, 6 V y 12 V también se usan en algunos servos. La señal de control es una señal PWM digital con una frecuencia de cuadro de 50 Hz. Dentro de cada período de tiempo de 20 ms, un pulso digital activo-alto controla la posición. El pulso oscila nominalmente entre 1,0 ms y 2,0 ms, siendo siempre 1,5 ms el centro del rango. Los anchos de pulso fuera de este rango se pueden usar para "sobrecarrera", moviendo el servo más allá de su rango normal.
Hay dos tipos generales de PWM. Cada PWM define un valor que utiliza el servo para determinar su posición esperada. El primer tipo es "absoluto" y define el valor por el ancho del pulso de tiempo activo-alto con un período arbitrariamente largo de tiempo bajo. El segundo tipo es "relativo" y define el valor por el porcentaje de tiempo que el control está activo-alto versus bajo-tiempo. El tipo "absoluto" permite que hasta ocho servos compartan un canal de comunicación multiplexando señales de control utilizando componentes electrónicos relativamente simples y es la base de los servos RC modernos. El tipo "relativo" es el uso más tradicional de PWM mediante el cual un filtro de paso bajo simple convierte una señal PWM "relativa" en un voltaje analógico. Los dos tipos son PWM porque el servo responde al ancho del pulso. Sin embargo, en el primer caso, un servo también puede ser sensible al orden de los pulsos.
El servo está controlado por tres cables: tierra, potencia y control. El servo se moverá en función de los pulsos enviados a través del cable de control, que establecen el ángulo del brazo del actuador. El servo espera un pulso cada 20 ms para obtener información correcta sobre el ángulo. El ancho del pulso del servo dicta el rango del movimiento angular del servo.
Un pulso de servo de 1,5 ms de ancho normalmente establecerá el servo en su posición "neutral" (normalmente la mitad del rango completo especificado), un pulso de 1,0 ms lo ajustará a 0 ° y un pulso de 2,0 ms a 90 ° ( para un servo de 90 °). Los límites físicos y los tiempos del hardware del servo varían entre marcas y modelos, pero el movimiento angular completo de un servo general viajará en algún lugar en el rango de 90 ° - 180 ° y la posición neutra (45 ° o 90 °) es casi siempre en 1.5 milisegundo. Este es el "modo de servo de pulso estándar" utilizado por todos los servos analógicos de hobby.
Un servo digital hobby está controlado por los mismos pulsos del "modo de servo de pulso estándar" que un servo analógico. [1] Algunos servos digitales hobby se pueden configurar en otro modo que permite que un controlador de robot lea la posición real del eje del servo. Algunos servos digitales de hobby pueden configurarse opcionalmente en otro modo y "programarse", por lo que tiene las características de controlador PID deseadas cuando luego es impulsado por un receptor RC estándar. [2]
Los servos RC generalmente son alimentados por el receptor, que a su vez es alimentado por paquetes de baterías o un controlador de velocidad electrónico (ESC) con un circuito eliminador de batería (BEC) integrado o separado . Los paquetes de baterías comunes son del tipo NiCd , NiMH o de polímero de iones de litio (LiPo). Los valores nominales de voltaje varían, pero la mayoría de los receptores funcionan a 5 V o 6 V.
Especificación mecánica
Los fabricantes y distribuidores de servos RC hobby a menudo utilizan una notación abreviada específica de las propiedades mecánicas de los servos. Normalmente se indican dos cifras: velocidad angular de rotación del eje del servo y par mecánico producido en el eje. La velocidad se expresa como un intervalo de tiempo que requiere un servo para rotar el eje en un ángulo de 60 °. El par se expresa como el peso que puede ser levantado por el servo si cuelga de una polea con un cierto radio montada en el eje.
Por ejemplo, si un modelo de servo se describe como "0,2 s / 2 kg", debe interpretarse como "Este servo gira el eje 60 ° en 0,2 segundos y es capaz de levantar 2 kg de peso con un 1 cm. polea de radio ". Es decir, ese servomodelo particular gira el eje con la velocidad angular de (2π / 6) / 0.2 s = 5.2 rad / s mientras produce 2 kg × 9.81 m / s 2 = 19.6 N fuerza a 1 cm de distancia, es decir, produce 19,6 N × 0,01 m = 0,196 N m de par.
Aunque no está de acuerdo con el sistema de unidades SI o Imperial, la notación abreviada es de hecho bastante útil, ya que los comandos de rotación del eje de 60 °, manivelas de eje de 1 cm de largo, así como las "fuerzas" de la varilla de control en el rango de kilogramo-fuerza son típicas en el mundo del hobby RC.
Servos de rotación continua
Los servos de rotación continua son servos que no tienen un ángulo de recorrido limitado, sino que pueden rotar continuamente. Se pueden considerar como un motor y una caja de cambios con controles de entrada servo. En tales servos, el pulso de entrada da como resultado una velocidad de rotación, y el valor central típico de 1,5 ms es la posición de parada. Un valor menor debe girar el servo en el sentido de las agujas del reloj y uno más alto en el sentido contrario.
Escapes
La forma más antigua de actuador secuencial (aunque no proporcional) para el control por radio fue el escape . [3] Al igual que el dispositivo utilizado en los relojes, este escape controla la liberación de energía almacenada de un resorte o una banda de goma. Cada señal del transmisor opera un pequeño solenoide que luego permite que gire un trinquete de dos o cuatro lóbulos . El trinquete, como un reloj, tiene dos paletas de modo que el trinquete solo puede girar en la posición de un lóbulo, por pulso de señal. Este mecanismo permite que un transmisor con llave simple proporcione control secuencial, es decir, selección entre varias posiciones definidas en el modelo.
Un escape típico de cuatro lóbulos utilizado para el control del timón está dispuesto de modo que la primera y tercera posiciones estén "en línea recta", con las posiciones dos y cuatro como timón "izquierdo" y "derecho". Un solo pulso desde la primera posición recta le permite moverse hacia la izquierda, o tres pulsos seleccionarían la derecha. Un solo pulso más vuelve a la línea recta. [4] Este sistema es difícil de usar, ya que requiere que el operador recuerde en qué posición se encuentra el escape y, por lo tanto, si el siguiente giro requiere uno o tres pulsos desde la posición actual. Un desarrollo de esto fue el trinquete de dos lóbulos, en el que se podía utilizar el transmisor de forma continua (y así mantener la paleta de solenoide en su lugar) para seleccionar las posiciones de giro con la misma secuencia de codificación, sin importar la posición anterior. [4]
Los escapes eran de poca potencia, pero ligeros. Por tanto, eran más populares para modelos de aviones que para modelos de barcos. [3] Cuando un transmisor y un receptor tuvieran múltiples canales de control (por ejemplo, un receptor de lengüeta con codificación de frecuencia ), entonces se podrían usar múltiples escapes juntos, uno para cada canal. [3] Incluso con radios de un solo canal, una secuencia de escapes a veces podría estar en cascada. Mover un escape dio pulsos que a su vez impulsaron un segundo escape, de menor velocidad. [4] Los escapes estaban desapareciendo del control de radio, en favor de los servos, a principios de la década de 1970. [3]
Actuador centrífugo de bola volante
El actuador fly-ball fue introducido al modelado R / C en 1951 por Brayton Paul, [5] y consistía en un motor eléctrico y un gobernador centrífugo conectados a un eje de funcionamiento libre que podía, con el motor en funcionamiento, tirar de un control de timón. varilla en diversos grados. Utilizado con un sistema de radio con llave, esto permitió cierto control sobre la posición del timón al variar el tiempo de pulsación de la llave. El timón retrocederá mediante un resorte cuando disminuya la velocidad del motor.
Ver también
- Conector JST
Referencias
- ^ Sociedad de Robots, "¿Cuál es la diferencia entre un servo analógico y digital?"
- ^ "Interfaz y operación de servo digital", robosavvy.com basicmicro.com Archivado el 8 de marzo de 2012 en la Wayback Machine.
- ^ a b c d Philip Connolly; Vic Smeed (1970). Barcos modelo radiocontrol . Publicaciones modelo y afines . págs. 93–94.
- ↑ a b c Smeed y Connolly , 1970 , p. 15
- ^ Salón de la fama del control de radio, actuador Flyball de Brayton Paul
enlaces externos
- Conceptos básicos de Hobby Servo