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Servomecanismos o servosistemas

Son sistemas de control realimentado en los que la salida es algún elemento mecánico, sea posición, velocidad

aceleración.

Los servomecanismos controlan la posición o el movimiento de alguna parte de un sistema de control.

Muchos servosistemas pueden considerarse sistemas de seguimiento. Normalmente los servomecanismo

forman parte de otro sistema de control. Matemáticamente, no existen diferencias entre un servomecanismo

un sistema de control de procesos en lazo cerrado. Sin embargo, como los dos tipos de sistemas de control ha

evolucionado de manera independiente, utilizan métodos de diseño y terminología diferente.

Los servomecanismos están incluidos en procesos más rápidos, con constantes de tiempo menores a 1 segund

mientras que los sistemas de control de procesos implican procesos mucho más lentos, de forma que la

constantes de tiempo se pueden medir en segundos, minutos e incluso horas.

Los componentes de un servosistema suelen estar bien definidos matemáticamente, por lo que es fácil diseñar

un controlador de forma bastante precisa, de manera que en la práctica el sistema cumple las especificacione

sin necesidad de ajustes. Los procesos son mucho más difíciles de definir matemáticamente, por eso losistemas de control de proceso normalmente necesitan ajustes en la planta para conseguir respuestas óptimas.

Elementos de análisis de un servosistema:

Un sistema a controlar puede ser descrito por un modelo lineal invariante en el tiempo. El controlador deb

asegurar que para cada posición impuesta el actuador lleve la unión a su destino. Este trabajo puede realizars

por un servosistema clásico de posición.

El detector de errores de señal es un elemento que reconoce el error y lo convierte a un voltaje proporcional

este error. Este error es dado por una diferencia entre la posición actual de la unión y la posición deseada de

misma.

Los amplificadores son elementos cuya labor es amplificar la variable en cuestión.

Existen amplificadores de error de posición, de realimentación de velocidad y otros.

Estos amplificadores son considerados elementos no dinámicos.

El electro motor y la parte mecánica del dispositivo, es el elemento que consiste en el actuador y la part

mecánica del robot la cual rota sobre el eje de la unión.

El taco-generador se utiliza como sensor de velocidad. Su salida es un voltaje proporcional a la velocidad de

movimiento.

El sensor de posición es un elemento que tiene varios tipos de componentes. Este se utiliza para medir

posición actual de la unión.

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Componentes del servosistema: Comportamiento

Los servomecanismos tienen internamente una serie de componentes que en conjunto caracterizan s

funcionamiento. Estos son: circuito de control, potenciómetro interno y el tope mecánico en el eje de salida

Según se modifiquen, se pueden obtener diferentes comportamientos. A continuación se enumeran dicho

componentes y las características que se añaden o se eliminan definiendo

de esta manera los comportamientos:

1. Con Control: El circuito de control se encarga de recibir la modulación

tipo pulsos y ordenar al motor situarse en una posición relacionada con la

anchura del pulso recibido. Para ello es necesario que esté el

potenciómetro. Si éste no se encuentra, el circuito de control sólo puede

mover el eje del motor hacia la izquierda o hacia la derecha. Esta

característica se puede emplear para evitar usar etapas de potencia para

mover el motor, el inconveniente es que se manejan señales de control

más complicadas.

2. Sin control: Al quitar el circuito de control se tendrá que usar un

circuito de potencia externo, pero ahora la señal de control será mássencilla, no será obligatorio generar modulación. Otros inconvenientes se

encuentran a la hora de cerrar el bucle. Para ello es necesario utilizar el

potenciómetro pero el valor de éste hay que procesarlo con un circuito

exterior.

3. Con potenciómetro: Establece un tipo de tope mecánico. Con él se

pueden realizar bucles cerrados de control. Cuando se tiene el circuito de

control el bucle se cerrará internamente. Esto es muy útil en

aeromodelismo, ya que, por control remoto indicamos la posición que

debe tomar el eje y el propio servomotor se encarga de buscarla yposicionar su eje en ella. De esa forma, no hay que transmitir datos desde

el avión hasta el mando de control remoto. Si no hay circuito de control el

bucle se tendrá que cerrar externamente.

4. Sin potenciómetro: Se elimina el primer tope mecánico y la posibilidad de cerrar el bucle. Si se mantiene e

circuito de control se puede realizar un control izquierda-derecha en bucle abierto por medio de los pulsos

evitando poner un circuito de potencia externo.

5. Con topes mecánicos: Sólo se tienen giros limitados, su aplicación es muy útil en brazos robots, pinza

manipuladores, mecanismos ON/OFF, aeromodelismo, etc.

6. Sin topes mecánicos: Se eliminará el tope del rodamiento y el potenciómetro, por lo tanto se pierde

posibilidad de cerrar el bucle internamente.

Combinando los seis puntos anteriores se obtiene la siguiente tabla que describe todas las formas d

funcionamiento y su aplicación más común.

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De todas ellas las más frecuentes son utilizar el servomecanismo en su estado natural (con todos los elemento

o utilizarlo sin circuito de control y sin potenciómetro (sin los elementos). Alguna aplicación intermedia utiliza

servomecanismo en su estado original pero sin el circuito de control. Como ejemplo de cada caso se cita

respectivamente: aplicaciones de aeromodelismo (alerones, timón,etc.), aplicaciones en microbots (rueda

motrices) y, por último, aplicaciones con etapa de potencia que cierran el bucle con el potenciómetro interno

por ejemplo para controles PID.

Aplicaciones de los servosistemas:

En las aplicaciones de aeromodelismo se mantiene el estado original para no tener que enviar informació

desde el avión, barco, coche, etc. hasta el mando de radio control. Se envía la posición codificada con pulsos y

servomotor se encarga del posicionamiento y control. Pero en algunos casos puede ser útil tener confirmació

de cuándo se ha llegado a la posición. Para ello se puede sacar el cable del cursor del potenciómetro al exterio

y analizarlo con algún tipo de electrónica. Es evidente que esto se aplica sólo en sistemas que tenga

transmisión de información bidireccional, es decir, del control a los actuadores y de los sensores al control.

En los microbots con ruedas se necesita rotación continua, para ello hay que eliminar todos los tope

mecánicos, incluyendo el potenciómetro. Para controlar el movimiento (giro a izquierdas o a derechas) se pued

utilizar el circuito de control o directamente eliminarlo. Si se mantiene el circuito, la señal de control será l

modulada, para indicar hacia dónde debe girar el motor se empleará el ancho máximo (2.3 ms) y el mínim

(0.3ms).

Lo bueno de esta técnica es que no hará falta usar una etapa de potencia previa. Si por el contrario se elimin

también el circuito de control, se tendrá que usar una etapa de potencia externa aunque las señales de contro

serán más sencillas (directamente tensión en bornes del motor).

Por último, en algunas aplicaciones de robótica se puede utilizar una alternativa a la utilización de

servomecanismo en su estado original. Consiste en eliminar el circuito de control pero mantener potenciómetro. Con un hardware externo se puede leer el valor de éste y ver si se ha llegado o no a la posició

deseada. Al quitar el circuito de control se usará una etapa de potencia externa.

Como resumen, hay que tener presente que el circuito de control ahorra la etapa de potencia pero se complic

la señal de control, al utilizar el potenciómetro se puede cerrar el bucle pero no será posible tener movimient

continuo.

Adaptaciones de los servomotores a motor de corriente continua:

Los servomecanismos tienen en su interior una serie de componentes que les impiden girar más de 180°, po

eso, en caso de necesitar revolución continua, hay que modificarlos. Para ello, hay que desmontarlos, quitar e

potenciómetro y lijar un pequeño saliente situado en uno de los rodamientos.

Para desmontar el servomecanismo es necesario quitar los cuatr

tornillos posteriores y el tornillo que sujeta el eje de salida. Una ve

hecho esto, se pueden quitar las cubiertas superior e inferior, dejando

descubierto unos engranajes. Estos forman la caja reductora del moto

siendo su misión la de proporcionar más par (fuerza) de salida en el ej

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del motor y reducir la velocidad del mismo. Para quitar el circuito electrónico hay que desmontar los engranaje

de la caja reductora. Con mucho cuidado para no perder las piezas se irán quitando las pequeñas rueda

dentadas blancas teniendo cuidado con el pequeño eje

situado en las dos ruedas intermedias.

Una vez hecho lo anterior se puede presionar con un

destornillador el saliente del potenciómetro, indicado

en la figura como RB. Se observará como el circuito

electrónico sobresale por debajo. Ahora hay que hacer

palanca para extraerlo entero. Contiene tres

elementos importantes, un potenciómetro, un motor y

una serie de componentes electrónicos que forman el

controlador del servomecanismo.

Ha llegado el momento de empezar a transformar

servomecanismo. Hasta ahora el proceso no ha sid

destructivo, pero a partir de aquí sí lo será.

Lo primero que hay que hacer es desoldar el moto

será la única pieza que se reutilice, el resto del circuit

no se va a utilizar. El cable triple del circuito se puede cortar para utilizarlo en otras aplicaciones.

Antes de volver a colocar el motor en su sitio (dentro de la carcasa de plástico) se deben soldar dos cablecillos

en sus bornes de alimentación.

Todavía hay que eliminar un tope mecánico para poder tener el serv

totalmente modificado. Este tope es un pequeño saliente situado en

engranaje que forma el eje de salida del servomecanismo. Para eliminar

tope habrá que cortarlo utilizando unas pinzas, lima, etc. Lo importante e

no dañar las muescas de la rueda dentada, o peor aún, partir el eje. Un

vez eliminado el saliente hay que limar la zona para que no queden resto

hay que evitar los rozamientos innecesarios en la reductora, de maner

que el ruido se reduzca.

Una vez realizado lo anterior se procede a montar el servo. Lo primero es introducir el motor en el huec

cilíndrico del interior de la carcasa negra, es decir, el lugar de donde salió. Una vez introducido hay que monta

la caja reductora, teniendo cuidado con la posición que deben tener los engranajes y nunca forzar su colocació

La tapa superior debe entrar sin ninguna resistencia, en caso contrario revisar los engranajes.

Por último se atornillará la tapa inferior. Es una forma de proteger las soldaduras frente a tirones en los cable

Una vez realizado todo esto se tendrá el servomecanismo modificado, ahora está listo para aplicaciones qu

requieran giros de 360°.