Este documento describe diferentes tipos de servos, incluyendo sus componentes y cómo funcionan. Explica la diferencia entre servomotores analógicos y digitales para modelismo, y cómo los servos digitales pueden procesar señales de control más rápido. También cubre brevemente motoreductores y sensores infrarrojos.

1. CECyT Nº 3 [“ESTANISLAO RAMIREZ RUIZ”]
Servos y sistema de control
En primer lugar quiero aclarar que, si bien hoy se utiliza ampliamente la palabra
abreviada "servo", la verdadera denominación de lo que voy a describir aquí es
"servomotor". Existen otra clase de servos (o mejor expresado, servomecanismos) que
no son precisamente motores. También hay servos no rotativos.
Por ejemplo, los sistemas que poseen cilindros hidráulicos pueden ser
servocontrolados. Estos cilindros hidráulicos o neumáticos, en su versión más simple,
se mueven de extremo a extremo. Pero no siempre es así. En muchos casos es
necesario que posean realimentación, lo que les permite ubicarse con precisión en
cualquier lugar de su recorrido. Para esto se utilizan sensores de recorrido lineales,
como potenciómetros lineales, sistemas ópticos o unos dispositivos llamados LDVT.
De modo que, aclaremos, un actuador mecánico controlado no siempre debe ser
rotativo, aunque la mayoría de las veces así es.
Definamos, ahora:
Un servomotor es un motor eléctrico que consta con la capacidad de ser
controlado, tanto en velocidad como en posición.
Un servomecanismo es un actuador mecánico —generalmente un motor, aunque no
exclusivamente—, que posee los suficientes elementos de control como para que se
puedan monitorizar los parámetros de su actuación mecánica, como su posición,
velocidad, torque, etc.
Por la explicación que he encontrado en otros sitios parecería que sólo se le llamaría
"servo" a aquellos motores con reducción y control de posición que se utilizan
extensivamente en modelismo, para efectivizar los movimientos controlados por radio
(incluyendo en la entrada correspondiente de la Wikipedia, por lo menos por ahora).
Por supuesto que no es así.
Diversas clases de servos, incluyendo lineales
En realidad se utilizan muchos otros tipos de servos (o servomotores, mejor) en
equipos industriales y comerciales, desde una diskettera en nuestra computadora —o
en la videocassettera hogareña—, a las unidades de almacenaje y entrada y salida de
datos de grandes sistemas de computación (hoy, más que nada, discos magnéticos), y
hasta en los ascensores en edificios. El motor de un ascensor, junto con su equipo de
control y detectores de posicionamiento, no es ni más ni menos que un servomotor. El
mecanismo que saca para afuera el porta-CD de la lectora de CD de su computadora
es un servomotor.
Servo para modelismo
¿Qué convierte un motor en servomotor? O mejor dicho
¿por qué se considera que algunos motores son
servomotores y otros no? La respuesta no es demasiado
complicada: un servomotor tiene integrado o adosado al menos
un detector que permita conocer su posicionamiento y/o
velocidad. A los detectores de posición se les llama "encoders".
Aclarado esto, pasaré a esos servos a los que se refieren en los
sitios que dije antes. Hablo de los servos para radiocontrol de
modelos, como los de marca Futaba, Hitec, etc. Se trata de
ELECTRONICA EMPRESARIAL 5IV8 Página 1

2. CECyT Nº 3 [“ESTANISLAO RAMIREZ RUIZ”]
elementos para control de posición de alerones, timón, dirección (en autos),
alimentación de combustible, etc, para modelos a escala, que se han vuelto populares
en robótica porque entre los disponibles en el comercio hay algunos bastante
económicos, lo que los hace de más fácil acceso cuando se trata de la construcción de
proyectos personales de robótica y automatización casera.
De estos servos de modelismo, comencemos con los servos que se conocen como
"analógicos".
Servo analógico para modelismo
Estos servomotores se componen, en esencia, de un motor de corriente continua, un
juego de engranajes para la reducción de velocidad, un potenciómetro ubicado sobre el
eje de salida (que se usa para conocer la posición) y una plaqueta de circuito para el
control.
Como una imagen vale más que mil palabras, veamos un despiece.
Despiece de un servo
Otro modelo
Si lo que se desea controlar es la posición de un servomecanismo, como en este caso,
en lugar de un tacómetro (que es para medir velocidad) necesitamos un encoder de
posición.
Cables de un servo estándar
(Haga clic en la imagen para ver otras configuraciones)
Si hablamos de un servo cuyo movimiento es
ELECTRONICA EMPRESARIAL 5IV8 Página 2

3. CECyT Nº 3 [“ESTANISLAO RAMIREZ RUIZ”]
giratorio, será necesario un encoder (un detector que codifica la posición) que nos dé
un valor diferente a su salida según cual sea su posición en grados.
Los servos que se usan en modelismo son de este tipo. Como dije antes, por lo general
poseen un motor de CC, que gira a velocidad alta, una serie de engranajes para
producir la reducción de velocidad de giro y acrecentar su capacidad de torque, un
potenciómetro conectado al eje de salida (que es ni más ni menos que el encoder) y
un circuito de control de la realimentación.
Estos servos reciben señal por tres cables: alimentación para el motor y la pequeña
plaqueta de circuito del control (a través de dos cables, positivo y negativo/masa), y
una señal controladora que determina la posición que se requiere. La alimentación de
estos servos es, normalmente, de entre 4,8 y 6 voltios.
El estándar de esta señal controladora para todos los servos de este tipo, elegido para
facilitar el uso en radiocontrol, es un pulso de onda cuadrada de 1,5 milisegudos que
se repite a un ritmo de entre 10 a 22 ms. Mientras el pulso se mantenga en ese ancho,
el servo se ubicará en la posición central de su recorrido. Si el ancho de pulso
disminuye, el servo se mueve de manera proporcional hacia un lado. Si el ancho de
pulso aumenta, el servo gira hacia el otro lado. Generalmente el rango de giro de un
servo de éstos cubre entre 90° y 180° de la circunferencia total, o un poco más, según
la marca y modelo.
ELECTRONICA EMPRESARIAL 5IV8 Página 3

4. CECyT Nº 3 [“ESTANISLAO RAMIREZ RUIZ”]
Señal y posiciones del servo
Servo digital para modelismo
Los servos digitales tienen, al igual que los analógicos, un motor de corriente continua,
un juego de engranajes reductores, un potenciómetro para la realimentación de
posición y una electrónica de control embebida dentro del servo. La diferencia está en
la placa de control, en la que han agregado un microprocesador que se hace cargo de
analizar la señal, procesarla y controlar el motor.
La diferencia más grande de rendimiento está en la velocidad a la que reacciona el
servo a un cambio en la señal. En un mismo lapso, el servo digital puede recibir cinco
o seis veces más pulsos de control que un analógico. Como resultado la respuesta del
servo a un cambio en la orden de posición es mucho más veloz. Este ritmo mayor de
pulsos también produce mejoras en el rendimiento electromecánico del motor (mayor
velocidad y más fuerza). Esto se debe a que en cualquier servo (de ambos tipos) el
motor recibe, para su control, una alimentación conmutada. En los servos analógicos,
la señal está conmutada a un ritmo de entre 10 y 22 ms. Si el ajuste que se requiere
es muy pequeño (un ángulo pequeño de giro), los pulsos son muy delgados y están
muy separados (10 a 22 ms). La integración de estos pulsos es la que da la
alimentación de potencia al motor, y en consecuencia la que lo hace mover. Una
integración de pulsos delgados y muy separados puede dar resultados erráticos. Suele
ocurrir que cuando llega el otro pulso, el motor se ha pasado de la posición y deba
reajustarse, algo que ocurre constantemente. En los servos digitales la señal llega
mucho más seguido y por esto la integración es más estable y la variación de corriente
de control es más firme.
En los servos digitales, la señal está separada por unos 3,3 ms. La separación entre
pulsos varía en cada marca de servo digital, pero el ritmo de llegada de los pulsos es
de al menos 300 veces por segundo versus 50 a 100 en un analógico.
La ventaja de los digitales se reduce un poco cuando se habla de consumo (algo muy
importante en, por ejemplo, un avión radiocontrolado, pero también en los robots), ya
que el consumo del circuito y de los ajustes más continuados produce un gasto mayor
de energía, y también un mayor desgaste del motor.
Los servos digitales son capaces de memorizar parámetros de programación, que
ELECTRONICA EMPRESARIAL 5IV8 Página 4

5. CECyT Nº 3 [“ESTANISLAO RAMIREZ RUIZ”]
varían de acuerdo a cada fabricante pero en general son:
1 - Se puede programar el sentido de giro como "normal" o "inverso".
2 - Se puede variar la velocidad de respuesta del servo.
3 - Se puede programar una posición central (o posición neutra) diferente, sin afectar
los radios de giro.
4 - Se pueden determinar diferentes topes de recorrido para cada lado.
5 - Es posible programar qué debe hacer el servo en caso de sufrir una pérdida de
señal.
6 - Es posible programar la resolución, es decir cuánto se mueve el control en el radio
sin obtener un movimiento en el servo. Estos valores pueden ser fijados en los servos
utilizando aparatos destinados a la programación, que son específicos para cada
marca.
ELECTRONICA EMPRESARIAL 5IV8 Página 5

6. CECyT Nº 3 [“ESTANISLAO RAMIREZ RUIZ”]
Motorreductores
En cuanto a los reductores, al contrario que con
las transmisiones, sí existen determinados
sistemas usados de manera preferente en los
robots industriales. Esto se debe a que a los
reductores utilizados en robótica se les exigen
unas condiciones de funcionamiento muy
restrictivas. La exigencia de estas características
viene motivada por las altas prestaciones que se le
piden al robot en cuanto a precisión y velocidad
de posicionamiento. La siguiente tabla muestra
valores típicos de los reductores para robótica
actualmente empleados.
Características de los reductores para robótica
Características Valores típicos
Relación de reducción 50 / 300
Peso y tamaño 0.1 / 30 kg
Momento de inercia 0.0001 kg m²
Velocidades de entrada 6000 / 7000 rpm
máxima 5700 N m
Par de salida nominal 7900 N m
Par de salida máximo 0-2"
Juego angular 100 / 2000 N
Rigidez torsional m/rad
Rendimiento 85% / 98%
Se buscan reductores de bajo peso, reducido
tamaño, bajo rozamiento y que al mismo tiempo
sean capaces de realizar una reducción elevada de
velocidad en un único paso. Se tiende también a
minimizar su momento de inercia, de negativa
influencia en el funcionamiento del motor,
especialmente crítico en el caso de motores de
baja inercia.
Los reductores, por motivos de diseño, tienen una
velocidad máxima admisible, que como regla general aumenta a medida que disminuye el
tamaño del motor. También existe una limitación en cuanto al par de entrada nominal
ELECTRONICA EMPRESARIAL 5IV8 Página 6

7. CECyT Nº 3 [“ESTANISLAO RAMIREZ RUIZ”]
permisible (T2) que depende del par de entrada (T1) y de la relación de transmisión a través
de la relación:
T2 =  T1 (w1 / w2)
Donde el rendimiento, , puede llegar a ser cerca del 100%, y la relación de reducción de
velocidades (w1 = velocidad de entrada; w2 = velocidad de salida) varía entre 50 y 300.
Puesto que los robots trabajan en ciclos cortos, que implican continuos arranques y paradas,
es de gran importancia que le reductor sea capaz de soportar pares elevados puntuales.
También se busca que el juego angular sea lo menor posible. Éste se define como el ángulo
que gira al eje de salida cuando se cambia su sentido de giro sin que llegue a girar al eje de
entrada. Por ultimo, es importante que los reductores para robótica posean una rigidez
torsional, definida como el par que hay que aplicar sobre el eje de salida para que,
manteniendo bloqueado el de entrada, aquél gire un ángulo unidad.
Sensor infrarrojo
El sensor es un dispositivo electrónico/mecánico que mapea un atributo ambiental
resultando una medida cuantizada, normalmente un nivel de tensión eléctrica.
Particularmente, el sensor infrarrojo es un dispositivo electrónico capaz de medir la
radiación electromagnética infrarroja de los cuerpos en su campo de visión. Todos los
cuerpos reflejan una cierta cantidad de radiación, esta resulta invisible para nuestros ojos
pero no para estos aparatos electrónicos,ya que se encuentran en el rango del espectro justo
por debajo de la luz visible.
ELECTRONICA EMPRESARIAL 5IV8 Página 7

8. CECyT Nº 3 [“ESTANISLAO RAMIREZ RUIZ”]
Principio de funcionamiento
Los rayos infrarrojos(IR) entran dentro del fototransistor donde encontramos un material
piroeléctrico, natural o artificial, normalmente formando una lámina delgada dentro del
nitrato de galio (GaN), nitrato de Cesio (CsNO3), derivados de la fenilpirazina, y
ftalocianina de cobalto. Normalmente están integrados en diversas configuraciones(1,2,4
píxels de material piroeléctrico). En el caso de parejas se acostumbra a dar polaridades
opuestas para trabajar con un amplificador diferencial. Provocando la auto-cancelación de
los incrementos de energía de IR i el desacoplamiento del equipo.
Sensores pasivos
Están formados únicamente por el fototransistor con el cometido de medir las radiaciones
provenientes de los objetos.
Sensores activos
Se basan en la combinación de un emisor y un receptor próximos entre ellos, normalmente
forman parte de un mismo circuito integrado. El emisor es un diodo LED infrarrojo (IRED)
y el componente receptor el fototransistor.
Tabla de los componentes de un sensor activo
diodo LED Esquema sensor infrarrojoFototransistor
Clasificación según el tipo de señal emitida
ELECTRONICA EMPRESARIAL 5IV8 Página 8

9. CECyT Nº 3 [“ESTANISLAO RAMIREZ RUIZ”]
Sensores reflexivos
Este tipo de sensor presenta una cara frontal en la que encontramos tanto al LED como al
fototransistor. Debido a esta configuración el sistema tiene que medir la radiación
proveniente del reflejo de la luz emitida por el LED.
Se tiene que tener presente que esta configuración es sensible a la luz del ambiente
perjudicando las medidas, pueden dar lugar a errores, es necesario la incorporación de
circuitos de filtrado en términos de longitud de onda, así pues será importante que trabajen
en ambientes de luz controlada. Otro aspecto a tener en cuenta es el coeficiente de
reflectividad del objeto, el funcionamiento del sensor será diferente según el tipo de
superficie.
Sensores de ranura(Sensor Break-Beam)
Este tipo de sensor sigue el mismo principio de funcionamiento pero la configuración de los
componentes es diferente, ambos elementos se encuentran enfrontados a la misma altura, a
banda y banda de una ranura normalmente estrecha, aunque encontramos dispositivos con
ranuras más grandes. Este tipo se utiliza típicamente para control industrial. Otra aplicación
podría ser el control de las vueltas de un volante.
Sensores modulados
Este tipo de sensor infrarrojo sigue el mismo principio que el de reflexión peró utilizando la
emisión de una señal modulada, reduciendo mucho la influencia de la iluminación
ambiental. Son sensores orientados a la detección de presencia, medición de distancias,
detección de obstáculos teniendo un cierta independencia de la iluminación.
Sensores de barrido
La diferencia con los anteriores reside en que el sensor realiza el barrido horizontal de la
superficie reflectante utilizando señales moduladas para mejorar la independencia de la luz,
el color o reflectividad de los objetos. Normalmente estos sistemas forman parte de un
dispositivo de desplazamiento perpendicular al eje de exploración del sensor, para poder
conseguir las medidas de toda la superficie.
Configuración óptica
Esta configuración se basa en un único sensor enfrentado a un cristal, el cual genera la
imagen de una sección de la región a medir. Dicho cristal solidario con un motor de
rotación con el objetivo de lograr el barrido de toda el área. Tiene la ventaja que adquiere
un secuencia continua de la región de barrido. Resulta una sistema lento en términos de
exploración.
ELECTRONICA EMPRESARIAL 5IV8 Página 9

10. CECyT Nº 3 [“ESTANISLAO RAMIREZ RUIZ”]
Configuración en array de sensores
En este caso la configuración del sistema de medida está formado por un array de sensores
infrarrojos, por tanto no es necesario la utilización de ningún sistema de cristales,
únicamente necesita un conjunto de lentes ópticas de enfoque(concentración de la
radiación) a cada uno de los sensores. Esta configuración es más compleja peró permite
mayor velocidad de translación i mejor protección contra errores de captación.
Barrido óptico
ELECTRONICA EMPRESARIAL 5IV8 Página 10