Los servomotores son componentes esenciales en cualquier proyecto que requiera movimiento controlado. Desde robots hasta drones, los servos permiten una precisión y flexibilidad asombrosas. Para comprender cómo funcionan estos dispositivos, es fundamental entender el concepto de modulación de ancho de pulso (PWM).
¿Qué es la Modulación de Ancho de Pulso (PWM)?
La modulación de ancho de pulso (PWM) es una técnica utilizada para generar señales analógicas a partir de una fuente digital. Las señales digitales solo pueden ser ALTAS o BAJAS, mientras que las señales analógicas pueden tener cualquier valor entre ALTA y BAJA. El PWM funciona enviando pulsos digitales de ALTA a BAJA repetidamente. La duración de estos pulsos, también conocida como ancho de pulso, determina el voltaje promedio de la señal. Al variar el ancho de pulso, podemos controlar la cantidad de energía que se envía al servomotor, y así, su movimiento.
El ciclo de trabajo y la frecuencia
Para comprender mejor el PWM, debemos considerar dos conceptos clave: el ciclo de trabajo y la frecuencia.
- Ciclo de trabajo: Indica el porcentaje de tiempo que la señal está en ALTA. Por ejemplo, un ciclo de trabajo del 50% significa que la señal está en ALTA durante la mitad del tiempo y en BAJA durante la otra mitad.
- Frecuencia: Se refiere a la cantidad de veces que se repite el ciclo completo de la señal en un segundo. Se mide en Hertz (Hz).
Cómo funcionan los Servomotores
Los servomotores se controlan mediante señales PWM. La mayoría de los servos tienen tres cables:
- Potencia: Proporciona energía al motor.
- Tierra: Conexión a tierra para el motor.
- Señal: Recibe la señal PWM para controlar el movimiento.
Los servos suelen girar entre 0° y 180°, comenzando y terminando en puntos fijos. Responden a pulsos dentro de un rango específico, generalmente entre 500 y 2500 microsegundos. Un pulso de 500 microsegundos moverá el servo a la posición de 0°, mientras que un pulso de 2500 microsegundos lo moverá a la posición de 180°.
Valores típicos del ancho de pulso
Para la mayoría de los servos, un pulso de 5 milisegundos colocará el eje en la posición neutra. Cualquier valor mayor o menor moverá el eje en sentido horario o antihorario. Los servos típicos solo pueden moverse 90° en cada dirección desde la posición neutra. Recuerda que las posiciones mínimas y máximas del eje corresponden a los anchos de pulso mínimos y máximos, que pueden variar entre servos. Consulta la hoja de datos del servo para obtener información específica.
Frecuencia PWM para servos
La frecuencia PWM recomendada para servos suele estar entre 40 y 200 Hz, siendo 50 Hz la más común. Para obtener el mejor rendimiento, asegúrate de que la frecuencia de tu señal PWM esté dentro de este rango.
Conexión de servomotores con PWM
La conexión de un servomotor a un circuito PWM es simple. Solo necesitas conectar el cable de señal del servo al pin PWM de tu controlador. El cable de potencia se conecta a una fuente de alimentación de voltaje adecuado, y el cable de tierra se conecta a tierra.
Controlando un Servomotor con código
Para controlar un servomotor con código, debes usar una biblioteca PWM que proporcione funciones para generar señales PWM con el ancho de pulso deseado. Por ejemplo, en Python, puedes utilizar la biblioteca RPi.GPIO para controlar servos conectados a una Raspberry Pi.
Ejemplo de código para controlar un servo
El siguiente código muestra un ejemplo de cómo controlar un servomotor utilizando Python y la biblioteca RPi.GPIO:
import RPi.GPIO as GPIOimport time# Define el pin GPIO al que está conectado el servoSERVO_PIN = 17# Configura el pin GPIO como salidaGPIO.setmode(GPIO.BCM)GPIO.setup(SERVO_PIN, GPIO.OUT)# Crea un objeto PWM en el pin del servopwm = GPIO.PWM(SERVO_PIN, 50) # Frecuencia de 50 Hz# Inicia el PWM con un ciclo de trabajo del 0%pwm.start(0)# Mueve el servo a la posición de 0 gradospwm.ChangeDutyCycle(5) # 5% de ciclo de trabajo para 0 gradostime.sleep(1)# Mueve el servo a la posición de 90 gradospwm.ChangeDutyCycle(5) # 5% de ciclo de trabajo para 90 gradostime.sleep(1)# Mueve el servo a la posición de 180 gradospwm.ChangeDutyCycle(15) # 15% de ciclo de trabajo para 180 gradostime.sleep(1)# Detiene el PWMpwm.stop()# Limpia los GPIOsGPIO.cleanup()
Tipos de Servomotores
Existen dos tipos principales de servomotores:
- Servomotores de rotación limitada: Estos servos tienen un rango de movimiento limitado, generalmente entre 0° y 180°. Se utilizan en aplicaciones donde se requiere un movimiento preciso dentro de un rango específico.
- Servomotores de rotación continua: Estos servos pueden girar continuamente en una dirección. Se utilizan en aplicaciones donde se requiere un movimiento continuo, como en robots móviles.
Aplicaciones de Servomotores
Los servomotores tienen una amplia gama de aplicaciones, que incluyen:
- Robótica: Para el control de brazos, piernas y otros mecanismos.
- Drones: Para controlar el movimiento de los alerones, el timón y el elevador.
- Modelos de control remoto: Para controlar los movimientos de vehículos, aviones y barcos.
- Impresoras 3D: Para mover el cabezal de impresión.
- Automatización industrial: Para el control de procesos y maquinaria.
Consejos para usar servomotores
Aquí te damos algunos consejos para usar servomotores correctamente:
- Selecciona el servo adecuado para tu aplicación. Considera el rango de movimiento, la velocidad, el par y el voltaje necesarios.
- Asegúrate de que la frecuencia PWM esté dentro del rango recomendado para el servo.
- Utiliza una fuente de alimentación estable y adecuada.
- No sobrecargues el servo. Si el servo se sobrecarga, puede dañarse.
- Calibra el servo correctamente. Cada servo tiene una posición neutra específica que debe definirse correctamente.
Los servomotores son componentes versátiles y poderosos que pueden agregar movimiento y precisión a tus proyectos. Comprender el concepto de PWM y cómo funciona con los servos te permitirá controlar estos dispositivos de forma eficiente y efectiva.
Con la información de esta tutorial, estarás listo para incorporar servomotores a tus proyectos y llevar tus ideas a la vida.
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