Servomecanismo | Teoría y principio de funcionamiento del servomotor

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

Los servomecanismos son sistemas ampliamente utilizados en la industria y la tecnología moderna. Su principal función es la de controlar el movimiento de un objeto o sistema, ya sea para mantenerlo en una posición específica o para seguir una trayectoria determinada.

Uno de los componentes esenciales de un servomecanismo es el servomotor, un dispositivo que convierte la señal de control en movimiento mecánico preciso y controlado. El principio de funcionamiento del servomotor se basa en la retroalimentación, es decir, el sistema recibe información sobre la posición actual del objeto y la compara con la posición deseada para ajustar su movimiento.

En esta guía, se abordará en detalle la teoría y el principio de funcionamiento del servomotor. Se explicará cómo se genera la señal de control, cómo se transmite al motor y cómo este último convierte esa señal en movimiento de precisión. También se discutirán las diferentes aplicaciones de los servomecanismos y los factores a considerar al elegir un servomotor para un sistema específico.

Definición de servomecanismo

Un servomecanismo es un sistema que se encarga de controlar la posición o velocidad de un objeto en función de una señal de entrada. Este sistema se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, desde la robótica hasta la industria aeronáutica.

Componentes de un servomecanismo

Un servomecanismo consta de tres componentes principales:

  • Sensor: este elemento se encarga de medir la posición o velocidad actual del objeto controlado.
  • Controlador: este elemento procesa la señal de entrada y genera una señal de salida que se envía al actuador.
  • Actuador: este elemento se encarga de mover el objeto controlado a la posición o velocidad deseada.

Principio de funcionamiento del servomecanismo

El principio de funcionamiento del servomecanismo se basa en el control de retroalimentación. El sensor mide la posición o velocidad actual del objeto controlado y envía esta información al controlador. El controlador compara la posición o velocidad actual con la posición o velocidad deseada, y genera una señal de salida que se envía al actuador. El actuador mueve el objeto controlado a la posición o velocidad deseada, y el proceso se repite.

El servomecanismo es capaz de ajustar continuamente la posición o velocidad del objeto controlado en función de la señal de entrada, lo que lo hace ideal en aplicaciones que requieren un alto grado de precisión y control.

Ejemplo de servomecanismo

Un ejemplo común de servomecanismo es el sistema de dirección de un automóvil. El sensor en este caso es el volante, que mide la posición actual del mismo. El controlador es el sistema de dirección asistida, que procesa la señal de entrada del volante y genera una señal de salida que se envía al actuador, que en este caso es la bomba hidráulica. La bomba hidráulica mueve las ruedas del automóvil a la posición deseada, lo que permite al conductor controlar la dirección del vehículo con precisión.

Este sistema consta de tres componentes principales: el sensor, el controlador y el actuador. El servomecanismo se basa en el control de retroalimentación y es capaz de ajustar continuamente la posición o velocidad del objeto controlado en función de la señal de entrada.

Componentes del servomotor

El servomotor es un dispositivo electromecánico que se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones que requieren un control preciso de la posición, velocidad y/o aceleración. El servomotor se compone de varios componentes que trabajan juntos para producir el movimiento deseado. A continuación, se describen los componentes principales de un servomotor:

1. Motor

El motor es el componente principal del servomotor. Es un motor eléctrico de corriente continua (DC) o de corriente alterna (AC) que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. El tipo de motor utilizado depende del tipo de aplicación y de las especificaciones de rendimiento requeridas.

2. Reductor

El reductor es un conjunto de engranajes que se utiliza para reducir la velocidad del motor y aumentar el torque. El reductor también ayuda a proporcionar un control más preciso del movimiento del servomotor.

3. Encoder

El encoder es un sensor que se utiliza para medir la posición y la velocidad del servomotor. El encoder convierte la posición angular del eje del motor en señales eléctricas que se utilizan para controlar la posición del servomotor. Hay dos tipos de encoders: el absoluto y el incremental. El encoder absoluto proporciona información precisa sobre la posición del motor en todo momento, mientras que el encoder incremental proporciona información sobre la posición del motor en relación con su posición anterior.

4. Controlador

El controlador es el cerebro del servomotor. Se utiliza para procesar las señales eléctricas del encoder y calcular la posición y la velocidad del motor. El controlador también envía señales eléctricas al motor para controlar su movimiento. Hay varios tipos de controladores disponibles, incluyendo controladores analógicos y digitales.

5. Fuente de alimentación

La fuente de alimentación proporciona la energía eléctrica necesaria para hacer funcionar el servomotor. La fuente de alimentación debe proporcionar la tensión y la corriente adecuadas para satisfacer las necesidades del motor y del controlador.

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6. Cables

Los cables se utilizan para conectar el servomotor al controlador y a la fuente de alimentación. Los cables deben ser lo suficientemente resistentes y flexibles para soportar las tensiones y las vibraciones a las que se somete el servomotor.

Cada uno de estos componentes es esencial para el funcionamiento del servomotor y debe seleccionarse cuidadosamente para satisfacer las necesidades específicas de la aplicación.

Tipos de servomotores

Los servomotores se utilizan para controlar la posición, velocidad y aceleración de un mecanismo. Existen diferentes tipos de servomotores que se utilizan en función de las necesidades del sistema.

Servomotores de corriente continua (DC)

Los servomotores de corriente continua funcionan con una fuente de alimentación de corriente continua. Estos servomotores son muy precisos y se utilizan en aplicaciones de alta precisión, como en robótica y sistemas de control de posicionamiento. Los servomotores de CC son adecuados para aplicaciones de alta velocidad y alta aceleración.

Servomotores de corriente alterna (AC)

Los servomotores de corriente alterna se utilizan en aplicaciones de baja velocidad y baja precisión. Estos servomotores son más económicos que los servomotores de CC y son adecuados para aplicaciones de baja precisión, como en sistemas de control de temperatura y ventilación.

Servomotores lineales

Los servomotores lineales se utilizan en aplicaciones que requieren movimiento lineal, como en máquinas de corte y prensas. Estos servomotores son muy precisos y pueden controlar la posición con gran precisión. Los servomotores lineales se utilizan en sistemas de control de movimiento de alta precisión.

Servomotores sin escobillas (Brushless)

Los servomotores sin escobillas son más eficientes que los servomotores de CC con escobillas. Estos servomotores no tienen escobillas, lo que significa que no hay fricción y, por lo tanto, menos desgaste. Los servomotores sin escobillas se utilizan en aplicaciones de alta velocidad y alta precisión, como en sistemas de control de movimiento de alta precisión.

Servomotores de imán permanente (PM)

Los servomotores de imán permanente tienen un campo magnético fijo en el rotor. Estos servomotores son muy precisos y se utilizan en aplicaciones de alta precisión, como en sistemas de control de movimiento de alta precisión. Los servomotores de imán permanente son adecuados para aplicaciones de alta velocidad y alta aceleración.

Servomotores de retroalimentación de posición absoluta

Los servomotores de retroalimentación de posición absoluta utilizan un sensor para detectar la posición exacta del rotor. Estos servomotores son muy precisos y se utilizan en aplicaciones de alta precisión, como en robótica y sistemas de control de posicionamiento. Los servomotores de retroalimentación de posición absoluta son adecuados para aplicaciones de alta velocidad y alta aceleración.

Principio de funcionamiento del servomotor

El servomotor es un dispositivo que se utiliza en muchos sistemas de control de movimiento y automatización industrial. Su principio de funcionamiento se basa en la capacidad de los motores eléctricos para convertir la energía eléctrica en movimiento mecánico.

Componentes del servomotor

Los componentes principales de un servomotor son:

  • Motor: es el elemento encargado de generar el movimiento a partir de la energía eléctrica.
  • Encoder: es un sensor que se encarga de medir la posición y la velocidad del motor y enviar esta información al controlador.
  • Controlador: es el cerebro del sistema que se encarga de recibir la información del encoder y enviar las señales de control al motor.
  • Reductor: es un conjunto de engranajes que se encarga de reducir la velocidad de salida del motor y aumentar el torque.

Funcionamiento del servomotor

El principio de funcionamiento del servomotor se basa en la retroalimentación constante de la posición y la velocidad del motor mediante el encoder. El controlador compara esta información con la posición y velocidad deseada y ajusta la cantidad de energía eléctrica que se envía al motor para que alcance la posición y velocidad deseada.

El proceso se repite en bucle cerrado, es decir, el controlador recibe constantemente información del encoder y ajusta la energía eléctrica que se envía al motor para mantenerlo en la posición y velocidad deseada.

Cuando el motor alcanza la posición y velocidad deseada, el controlador envía una señal de parada al motor y el proceso se detiene.

Ejemplos de aplicaciones del servomotor

El servomotor se utiliza en una gran variedad de aplicaciones, entre las que se incluyen:

  • Robótica: para el control de los movimientos de los robots.
  • CNC: para el control de los movimientos de las herramientas en las máquinas de control numérico.
  • Sistemas de seguimiento solar: para el control de la posición de los paneles solares.
  • Sistemas de control de vuelo: para el control de los movimientos de los aviones y drones.

Su principio de funcionamiento se basa en la retroalimentación constante de la posición y la velocidad del motor mediante el encoder y en la capacidad del controlador para ajustar la energía eléctrica que se envía al motor para que alcance la posición y velocidad deseada.

Aplicaciones del servomotor

El servomotor es un dispositivo que se utiliza para controlar el movimiento de una máquina o sistema. Su funcionamiento se basa en la retroalimentación, lo que significa que el motor ajusta su posición en función de la información recibida sobre su posición actual.

Aplicaciones del servomotor en la industria

  • Robótica: Los servomotores se utilizan en robots industriales para controlar sus movimientos y acciones. Por ejemplo, en un brazo robótico, el servomotor se encarga de mover las articulaciones y controlar su posición.
  • Máquinas herramientas: En la fabricación de piezas, los servomotores se utilizan en máquinas herramientas para controlar el movimiento de los ejes X, Y y Z, lo que permite obtener piezas con una alta precisión.
  • Automatización de procesos: Los servomotores se utilizan para automatizar procesos industriales, como la fabricación de piezas en serie. En este caso, el servomotor se encarga de mover la pieza a través de diferentes estaciones de trabajo, como el corte, el taladrado o el pulido.
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Aplicaciones del servomotor en la robótica

  • Brazos robóticos: Como ya hemos visto, los servomotores se utilizan en los brazos robóticos para controlar sus movimientos y acciones.
  • Movilidad: Los servomotores se utilizan en robots móviles para controlar sus ruedas o piernas. Por ejemplo, en un robot con ruedas, el servomotor se encarga de controlar la dirección y la velocidad de las mismas.
  • Drones: Los servomotores se utilizan en los drones para controlar la orientación y el movimiento de las hélices. De esta forma, se consigue que el drone vuele de forma estable y precisa.

Aplicaciones del servomotor en la domótica

  • Control de persianas: Los servomotores se utilizan en la domótica para controlar la apertura y el cierre de las persianas de una vivienda. De esta forma, se consigue un mayor confort y un ahorro energético.
  • Control de la climatización: Los servomotores se utilizan en la domótica para controlar la apertura y el cierre de las válvulas de los radiadores o del aire acondicionado. De esta forma, se consigue un mayor control de la temperatura de la vivienda.
  • Control de la iluminación: Los servomotores se utilizan en la domótica para controlar la apertura y el cierre de las persianas de una vivienda. De esta forma, se consigue un mayor confort y un ahorro energético.

Como podemos ver, el servomotor es un componente esencial en numerosas aplicaciones industriales, robóticas y domóticas. Gracias a su precisión y su capacidad para ajustar su posición en función de la retroalimentación, el servomotor permite obtener movimientos y acciones controlados de forma precisa y eficiente.

Ventajas y desventajas del servomotor

El servomotor es un tipo de motor eléctrico que se utiliza en sistemas de control de posición y velocidad. Su principal ventaja es su alta precisión y capacidad de respuesta, pero también tiene algunas desventajas que es importante conocer antes de decidir usarlo en un proyecto.

Ventajas del servomotor

  • Alta precisión: El servomotor tiene una alta precisión en la posición y velocidad, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren un control preciso.
  • Capacidad de respuesta: El servomotor puede responder rápidamente a los cambios en la señal de control, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren una rápida respuesta.
  • Control de torque: El servomotor puede controlar el torque que se aplica a la carga, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren un control preciso del torque.
  • Control de velocidad: El servomotor puede controlar la velocidad a la que se mueve la carga, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren un control preciso de la velocidad.
  • Amplio rango de velocidad: El servomotor tiene un amplio rango de velocidad, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren una variedad de velocidades.
  • Pequeño tamaño: El servomotor es compacto y tiene un tamaño reducido, lo que lo hace ideal para aplicaciones en las que se requiere un espacio reducido.

Desventajas del servomotor

  • Costo: El servomotor es más caro que otros tipos de motores eléctricos, lo que lo hace menos asequible para algunos proyectos.
  • Requiere un controlador: El servomotor requiere un controlador para funcionar, lo que puede aumentar el costo y la complejidad del sistema.
  • Requiere una fuente de alimentación estable: El servomotor requiere una fuente de alimentación estable para funcionar correctamente, lo que puede ser un desafío en algunos entornos.
  • Requiere un mantenimiento regular: El servomotor requiere un mantenimiento regular para mantener su precisión y funcionamiento correcto.

Sin embargo, también tiene algunas desventajas que deben tenerse en cuenta antes de decidir usarlo en un proyecto.

Control de un servomotor

Un servomotor es un tipo de motor que se utiliza para controlar la posición, velocidad y aceleración de un objeto. Se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, desde robots industriales hasta aviones y sistemas de dirección de automóviles. El control de un servomotor es esencial para asegurarse de que el motor funcione correctamente y que el objeto que está controlando se mueva de la manera deseada.

Principio de funcionamiento de un servomotor

Un servomotor es esencialmente un motor eléctrico al que se ha añadido un sistema de control de retroalimentación. La retroalimentación se utiliza para asegurarse de que el motor se mueva a la posición deseada y se mantenga allí. El sistema de control de retroalimentación consta de un sensor de posición que mide la posición del objeto controlado y un circuito de control que compara la posición real con la posición deseada y ajusta el motor en consecuencia.

Tipos de servomotores

Hay varios tipos diferentes de servomotores, cada uno con sus propias características y aplicaciones:

  • Servomotores de corriente continua: estos servomotores son los más comunes y se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. Son pequeños, ligeros y fáciles de controlar.
  • Servomotores de corriente alterna: estos servomotores son más grandes y más potentes que los servomotores de corriente continua. Se utilizan en aplicaciones que requieren mucha potencia, como la industria pesada.
  • Servomotores hidráulicos: estos servomotores utilizan la presión hidráulica para controlar el movimiento. Se utilizan en aplicaciones que requieren una gran cantidad de fuerza, como la maquinaria pesada.

Control de un servomotor

El control de un servomotor se realiza mediante la combinación de un controlador y un motor. El controlador recibe señales de entrada y las convierte en señales de salida que controlan el motor. Las señales de entrada pueden ser analógicas o digitales y se utilizan para controlar la posición, velocidad y aceleración del motor.

El controlador también puede incluir un sistema de retroalimentación que mide la posición del objeto controlado y ajusta el motor en consecuencia. El sistema de retroalimentación consta de un sensor de posición, un amplificador de señal y un circuito de control. El circuito de control compara la posición real con la posición deseada y ajusta el motor en consecuencia.

Ejemplos de aplicaciones de servomotores

Los servomotores se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como:

  • Robótica: los servomotores se utilizan para controlar el movimiento de los brazos y las piernas de los robots.
  • Control de vuelo: los servomotores se utilizan para controlar las superficies de control de los aviones y helicópteros.
  • Automatización industrial: los servomotores se utilizan para controlar el movimiento de las máquinas en las líneas de producción.
  • Control de dirección de automóviles: los servomotores se utilizan para controlar la dirección de los vehículos.
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Conclusión

El control de un servomotor es esencial para asegurarse de que el motor funcione de manera correcta y que el objeto que está controlando se mueva de la manera deseada. Los servomotores se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones y se pueden encontrar en robots, aviones, vehículos y maquinaria industrial. La elección del tipo de servomotor depende de la aplicación específica y de los requerimientos de potencia y control.

Control de un servomotor

Un servomotor es un tipo de motor que se utiliza para controlar la posición, velocidad y aceleración de un objeto. Se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, desde robots industriales hasta aviones y sistemas de dirección de automóviles. El control de un servomotor es esencial para asegurarse de que el motor funcione correctamente y que el objeto que está controlando se mueva de la manera deseada.

Principio de funcionamiento de un servomotor

Un servomotor es esencialmente un motor eléctrico al que se ha añadido un sistema de control de retroalimentación. La retroalimentación se utiliza para asegurarse de que el motor se mueva a la posición deseada y se mantenga allí. El sistema de control de retroalimentación consta de un sensor de posición que mide la posición del objeto controlado y un circuito de control que compara la posición real con la posición deseada y ajusta el motor en consecuencia.

Tipos de servomotores

Hay varios tipos diferentes de servomotores, cada uno con sus propias características y aplicaciones:

  • Servomotores de corriente continua: estos servomotores son los más comunes y se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. Son pequeños, ligeros y fáciles de controlar.
  • Servomotores de corriente alterna: estos servomotores son más grandes y más potentes que los servomotores de corriente continua. Se utilizan en aplicaciones que requieren mucha potencia, como la industria pesada.
  • Servomotores hidráulicos: estos servomotores utilizan la presión hidráulica para controlar el movimiento. Se utilizan en aplicaciones que requieren una gran cantidad de fuerza, como la maquinaria pesada.

Control de un servomotor

El control de un servomotor se realiza mediante la combinación de un controlador y un motor. El controlador recibe señales de entrada y las convierte en señales de salida que controlan el motor. Las señales de entrada pueden ser analógicas o digitales y se utilizan para controlar la posición, velocidad y aceleración del motor.

El controlador también puede incluir un sistema de retroalimentación que mide la posición del objeto controlado y ajusta el motor en consecuencia. El sistema de retroalimentación consta de un sensor de posición, un amplificador de señal y un circuito de control. El circuito de control compara la posición real con la posición deseada y ajusta el motor en consecuencia.

Ejemplos de aplicaciones de servomotores

Los servomotores se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como:

  • Robótica: los servomotores se utilizan para controlar el movimiento de los brazos y las piernas de los robots.
  • Control de vuelo: los servomotores se utilizan para controlar las superficies de control de los aviones y helicópteros.
  • Automatización industrial: los servomotores se utilizan para controlar el movimiento de las máquinas en las líneas de producción.
  • Control de dirección de automóviles: los servomotores se utilizan para controlar la dirección de los vehículos.

Conclusión

El control de un servomotor es esencial para asegurarse de que el motor funcione de manera correcta y que el objeto que está controlando se mueva de la manera deseada. Los servomotores se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones y se pueden encontrar en robots, aviones, vehículos y maquinaria industrial. La elección del tipo de servomotor depende de la aplicación específica y de los requerimientos de potencia y control.

En resumen, los servomecanismos son dispositivos muy útiles en la industria para controlar el movimiento y la posición de maquinaria y equipos. Su principio de funcionamiento se basa en la retroalimentación constante para ajustar y mantener la posición deseada. Por lo tanto, es importante entender la teoría detrás de los servomotores y cómo se aplican en diferentes sistemas. Con su capacidad de ser precisos y eficientes, los servomecanismos son una herramienta esencial para la automatización y el control de procesos en la industria moderna.

En conclusión, el servomecanismo es un sistema que permite controlar y ajustar la posición, velocidad y aceleración de un objeto a través de un servomotor. El principio de funcionamiento del servomotor se basa en la retroalimentación de información y la comparación de la posición real del objeto con la posición deseada. Esta información se utiliza para ajustar la señal de entrada del motor y lograr una posición precisa y estable. Los servomecanismos son ampliamente utilizados en la industria, en sistemas de control de vuelo, robótica, automatización y otros campos donde se requiere un control preciso y dinámico de la posición.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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