En este tutorial nos vamos a centrar en el funcionamiento y composicion de los servos, sermotores o servorc como tambien se les llama. Son multiples las aplicaciones que tienen estos dispositivos, por lo que nos vamos a centrar en lo que nos interesa,que son los servos que usamos en RadioControl.

El tutorial constara de 4 partes. Una de Teoria en la que se explicara el funcionamiento de un Servo y otra de practica que se dividira en otras tres partes. Desmontaje, revisión y montaje del Servo,para lo cual usaremos un servo HITEC HS-645 MG.


¿Que es un servo?

Internamente un servo es un conjunto de componentes mecánicos, eléctricos y electrónicos. La alimentación y la consigna (señal,orden de movimiento) llegan a una minúscula placa PCB con unos pocos componentes discretos y un chip que es el encargado de realizar las labores de regulación del servo. A esta placa está soldado un motor serie o motor de continua que es el encargado del movimiento del servo. Los motores de continua se mueven a altas velocidades y tienen muy poco par.

Para solucionar esto, en la parte superior, justo debajo de donde sale el eje, hay una pequeña caja de engranajes que realiza una reducción muy alta para conseguir transformar altas revoluciones por minuto y poco par del motor a un movimiento angular continuo y con mucha fuerza. A uno de los engranajes ya reducidos está unido mecánicamente un potenciómetro (o encoder), que es el elemento de medida que utiliza el chip para conocer la posición angular actual, compararla con la consigna y así saber en qué sentido debe hacer girar el motor.



La calidad de los elementos internos, tanto electrónicos (potenciómetro, encoder, driver de motor y el propio motor) como mecánicos (materiales de la piñonería, rodamientos) determinan la fuerza que es capaz de soportar y ejercer el servo.

Los servos RC se inventaron para utilizarse como elementos de control en modelos teledirigidos. Los primeros servos empleados en coches y barcos de radio control consistían en motores que tenían un sistema mecánico que controlaba la posición del mismo en función de los pulsos recibidos vía radio. El sistema era muy básico y era secuencial, el motor pasaba por las diferentes posiciones mecanicas hasta llegar a la posición deseada. Mas tarde llegaron los servos electronicos tal y como los conocemos hoy en día y que estaban diseñados para ser utilizados con modelos controlados por radio control.

El hecho de que el servo motor se controle vía radio, ha sido decisivo a la hora de establecer la forma de controlarlos. Había que buscar la forma de enviar una señal vía radio que controlara el movimiento del servo y además había que mandar varias señales a la vez, ya que la mayoría de los coches y aviones necesitan varios servos para ser controlado.

Para solventar este hecho, lo que se ha hecho es crear un sistema de control basado en el ancho de un pulso para controlar la posición del motor. Este pulso que normalmente es de 1,5 ms mantiene el servo en la posición centrada. Si el pulso es mas corto, por ejemplo 1 ms el servo gira a la izquierda, si el pulso es mayor, por ejemplo 2 ms, el servo gira a la derecha. El movimiento del servo es proporcional al pulso que se le aplica. Otra particularidad que tiene este pulso es su frecuencia de refresco, que en este caso es de 50 HZ, lo que equivale a mandar un pulso de control cada 20 ms.

Los servos modernos dejan de controlar el motor, tan pronto como se dejan de mandar los pulsos de control,por eso para controlar un servo, hay que mandar los pulsos de control una 50 veces por segundo, con un margen del 20 % aproximadamente. Si pasa mas tiempo sin mandar los pulsos el servo entra en reposo y como consecuencia su consumo baja a apenas 8 mA.(depende del fabricante)



Mientras que en reposo (servo centrado) tendremos:



Otra particularidad que tienen los servos de radio control es que su movimiento esta limitado en la mayoría de los casos a 180-230 grados. En los sistemas originales controlados vía radio, el rango de movimiento es de 90 grados, es decir 45 grados hacia cada lado desde la posición central ya que el ancho del pulso va desde los 900 a los 2100 milisegundos. Esto es suficiente para mover los difrentes mandos de los modelos, como son el timón, la dirección, el acelerador, etc. En la practica, el 95% de los servos trabajan con pulsos entre los 500 y los 2500 milisegundos, consiguiendo movimientos de 180 - 190 grados aunque todo esto varia ligeramente por arriba y por abajo según diferentes modelos y fabricantes.

Esta limitación en el movimiento tubo como consecuencia que el sistema sensor de la posición se pudiera reducir a un simple potenciometro, lo que simplificaba el servo desde el punto de vista eléctrico y además abarata su coste y su peso. El potenciometro se encuentra conectado mecánicamente al eje de salida del servo, de forma que los dos se mueven a la vez. De ahí la dificultad de hacer que un servo gire mas de 270 grados, ya que mecanicamente esta limitado por el giro del potenciometro.
Desde el punto de vista eléctrico, el servo es un circuito que se encuentra en equilibrio. El equilibrio se mantiene entre el ancho del pulso de control y la señal que recibe del potenciometro. Cuado se manda un pulso de control, el equilibrio se descompensa y el circuito mueve el motor y el potenciometro hasta que consigue que la señal que procede del potenciometro equilibre de nuevo el circuito. Una vez que el eje alcanza la posición de equilibrio, el motor se para y se mantiene en esa posición Si se ejerce fuerza externa para intentar mover el eje, el servo reaccionará intentando mantener la posición correspondiente al pulso de control que recibe.

De forma generica, la mayoría de los servos funcionan con tensiones comprendidas entre los 4,8V y los 6V siendo 6 V la tensión máxima recomendada y en la que se obtiene mas potencia, rendimiento y velocidad.

Actualmente tenemos servos en el mercado que admiten 7,4V, para poder alimentarlos con LiPo ,por lo que es necesario asegurarse antes de emplear esta tensión.

Tipos de servos

Hasta hace muy poco tiempo la única clasificación que había de los servos era la relativa a su tamaño. Todos los servos funcionaban de la misma forma y lo único que los diferenciaba era el tamaño de los mismos. Dentro de esta clasificación están los sevos estándar que incluye a la mayoría de los servos y que se trata de servos cuyas medidas son 40 x 20 x 37 mm. Las medidas varían en algunas decima de unos modelos a otros, pero en general las medidas de los orificios de fijación coinciden en casi todos los modelos, lo que ha permitido crear soportes y fijaciones universales que pueden utilizarse con la mayoría de los servos.




Una característica de los servos estandar es la posición del eje de salida, si bien las medidas de la altura del servo puede variar de un modelo, la distancia entre las fijaciones y el plato del servo suele ser muy parecida en la mayoría de los modelos. Ejemplos de servo de tamaño estándar son el HS-645MG , el HS-422 , o el HS-5685MH. La potencia de estos servos varia entre los 3 Kg. y los 24 Kg.

Otros servos de mayor tamaño son los servos de escala 1/5 .Los coches de esta escala por su peso y tamaño necesitan servos mas robustos y con mayor potencia,aunque hoy en día se encuentran sustitutos de estos servos con igual o superior potencia en tamaños estándar, gracias al control digital. La potencia de estos servos varia entre 9 kg. y 35 kg. Ejemplos el HS-5805MH ,el HS-5765MH

Los servos de menor tamaño puede ser de diferentes tipos y tamaños, sin que existan un estándar definido. En principio los servos de menor tamaño se empleaban sobre todo en los aviones, helicopteros ,drones , en donde el peso y el tamaño es muy critico. y en barcos y coches de escalas inferioers como los 1/16, MiniZ...... su potencia está entre los 0,5 kg. y los 5 kg.

El constante desarrollo de los servos hace que se consiga cada vez mas un aumento en el numero de Kg y mayor velocidad.,sobre todo con la reciente incorporación de los motores brushless.




Hoy en día existen una gran variedad de servos de diferentes tamaños, aplicaciones, tensiones y forma de control por lo que seria posible establecer otros sistemas de clasificación. No obstante la segunda forma mas frecuente de clasificar a los servos se basa en la forma de control interna que sea digital o analógica.

Hasta no hace mucho , todos los servos eran analógicos, es decir que se basaban en un circuito electrónico cuyo control es completamente analógico, basado en comparadores y amplificadores operacionales que siempre funcionan de la misma forma. En cambio con la aparición de los servos digitales, se han conseguido grandes avances tanto en prestaciones, como en posibilidades de control. En principio, los servos digitales funcionan y se controlan de la misma forma que los analógicos, hasta el punto que se puedes sustituir unos y otros sin ningún problema. La mejora del rendimiento se produce sobre todo por el hecho que la electrónica de control utiliza un microcontrolador para hacer todo el trabajo. Esto permite mandar mas pulsos de control al motor y por lo tanto se aumenta la precisión y el rendimiento. También se hacen mas lecturas del potenciometro por segundo y se utilizan drivers para el motor mas eficaces y de menor tamaño que permiten controlar mas potencia con un circuito mas pequeño. Además el microcontrolador permite programar algunos parámetros como la posición central, el recorrido, la zona neutra, etc. La consecuencia de todo ello es que existen servos digitales de tamaño estándar que resultan mas potentes que los mega servos de gran tamaño gracias además al empleo de engranajes de acero de alta calidad que permiten transmitir toda la potencia del motor al eje de salida sin problemas.

Una característica difereciadora entre los servos, es la relativa al eje de salida.en el que se pueden acoplar diferentes accesorios o horns: redondos o de 1 a 4 brazos en cruz, con agujeros de sujeción. Estos accesorios están estriados para encajar en el eje y que no deslicen. Además, van sujetos con un tornillo central para evitar que se desprendan.

Durante muchos años el mercado estuvo liderado por dos marcas. Una japonesa Futaba y la otra coreana Hitec que tenían modelos muy similares y cuya principal diferencia eran las estrías del eje de salida que son incompatibles entre si. (25 futaba vs 24 Hitec ) .Esto ha provocado que a la hora de crear, accesorios, fijaciones, platos, etc para los servos, es necesario distinguir entre los servos tipo Futaba y los servos Hitec, ya que básicamente son los dos estandares del mercado y que se diferencia principalmente en el numero de estrías de cada uno.




Otra diferencia aunque menor está en los conectores eléctricos de los servos. La mayoría de los conectores utilizan un sistema de 3 hilos acabados en un conector con separación entre pines de 0,1 pulgadas (2,54 mm) que encajan sin problemas en los conectores tipo poste que tienen los circuitos de control de servos. Otro caso diferente es cuando se conectan en los receptores de radio control, ya que algunos servos llevan una lengüeta de polarización para evitar conexiones erróneas y algunos receptores no tienen la ranura para que encaje el conector. En cualquier caso este es un problema menor y es fácil de solucionar cortando la ranura. En cuanto a las conexiones eléctricas, casi todos los servos tienen las mismas, negativo, alimentación y señal de control, aunque también hay excepciones como los servos Airtronics, estando las diferencias únicamente en el color de los cables que varia de un fabricante a otro como podemos ver en estos ejemplos.



¿Como Controlar los Servos?

El sistema empleado en nuestro hobby es el via Radio,sin cables,y la tecnología usada dependerá principalmente de nuestras necesidades y posibilidades. El sistema emplea un receptor en el lado de los servos y un transmisor de radio para hacer el control.





Los transmisores puede ser de muchos tipos pero los mas frecuentes son los mostrados en la imagen de arriba en la que se puede ver el volante y el gatillo que facilitan el control y permiten realizar movimientos con gran precisión. Hay transmisores AM (izquierda) y Spektrum o 2,4 Ghz (derecha), al igual que los hay con múltiples funciones avanzadas, como mezcladores de canales, controles de ganancia, memorias, etc. Los mas económico suelen ser sistemas de 2 a 3 canales que nos permiten controlar hasta 3 servos y los mas complejos capaces de controlar de 4 a 7 incluso 10 canales simultáneamente, como son Aviones, Helicopteros.....



Los receptores por su parte son unas unidades muy compactas y fácil de utilizar. Lo único que hay que hacer es conectar los servos en cada uno de los canales que se quiera controlar y conectar una batería de 4,8V a 6V en la ranura marcada como "B".o si lo soporta hasta 7,4V con LiPos. Actualmente los hay que soportan los sensores de telemetria. y hasta la programacion de parametros de un Variador en un sistema Brushless como es el "Super Vortex Zero" de Sanwa.

No nos extendemos mas con lo referente a emisoras y receptores ya que es otro mundo que necesita articulo aparte. Asi que con esto tenemos ya una pequeña idea de como funcionan los servos de nuestros equipos ya sea de mar, tierra o aire y por tanto dar fin a esta Primera parte .

En la siguiente entrega veremos como se desmonta un servo HITEC HS-645 MG y las diferentes partes que lo componen.

Las siguientes partes de este articulo las podeis encontrar en:

Los servos: Que son? Como funcionan? Desmontaje (Parte II del tutorial de servos rc)

Los servos: Que son? Como Funcionan?: Diagnostico ,localizacion y solucion averias (parte III del tutorial de servos rc)

Los servos: Que son? Como Funcionan? Parte VI: Montaje del Servo