Servomotores
Antes de nada, hay que decir que se parte de un presupuesto inicial de 3.000 euros, aproximadamente es lo gastado en DY-BOT, pero con la salvedad que ahora compraremos exactamente lo que necesitamos a la primera, y no daremos rodeos ni gastaremos cientos de euros en servomotores inútiles...
La mayor parte del presupuesto irá destinado precisamente a la compra de los servomotores (algo más de 2000 euros). Pero antes de continuar, ¿qué son los servomotores y por qué se va a gastar semejante cantidad de dinero en un componente?
- Definición
Los servomotores, son motores especiales que por norma no son de rotación 
continua, o sea, que a diferencia de los motores normales que giran continuamente, los servomotores mantienen una posición determinada indicada por el usuario mediante un pulso PWM. Un servomotor por norma general sólo gira 180 grados, pero como se ha indicado, tienen una característica especial, y es la de mantener dicha posición. Es por esto por lo que se utilizan para realizar la función que los músculos tienen en las personas. Internamente, están formados por un motor de rotación continua, una reductora (engranajes que aumentan la fuerza pero disminuyen la velocidad angular, la de giro) y electrónica necesaria de control.
- Señal PWM
Los servomotores utilizan tres cables, uno de alimentación (de 4,8 a 7,2V por norma), otro para tierra (GND), y por último uno para la señal PWM. Una señal PWM (pulse width modulation en inglés) es un tren de pulsos en el que envía un pulso cada X segundos, y la duración de dicho pulso indicará, en nuestro caso, la posición que el servomotor debe establecer.
Una señal de PWM estándar para el control de servomotores es de 50Hz, o sea, un pulso cada 20ms (t_entre_pulsos), donde además, el ancho de dicho pulso puede variar entre 0,5 y 2,5 milisegundos (t_ancho_pulso).
- Tipos de servomotor
Posteriormente aparecieron los servomotores digitales. Éstos servomotores son mucho más precisos y de reacciones más rápidas que los de primera generación, los analógicos. Los servomotores digitales básicamente introducen una pre-etapa al tratamiento de la señal. Esta pre-etapa consiste en analizar y reconstruir la señal PWM que le llega, y una vez limpia y perfecta, es introducida en la etapa analógica. Además, suelen añadir diversos trucos como multiplicar por 5 la frecuencia de la señal PWM para que el movimiento del servomotor sea más preciso y fluido.
Por último, aparecieron los servomotores de tercera generación, los servomotores serie. Se denominan servomotores serie porque su control ya no se realiza con una señal PWM, sino que se hace por el puerto serie. Los servomotores serie permiten el control de los servomotores mucho más preciso y rápido, ya que en las anteriores generaciones, al menos se debía esperar 20ms para notificar un cambio en la posición del servomotor. Por otro lado el cableado es mucho más sencillo y corto, ya que se conectan los servomotores uno detrás de otro y el microcontrolador tan sólo debe tener una única salida (aunque ésta se suele duplicar) evitando así tener decenas de pines dedicados para el control de los servomotores.
Finalmente se añaden características especiales tanto a los servomotores digitales como la los serie, permitiendo programarles el centro, ángulos máximos de giro, y comunicación en dos direcciones donde el servomotor puede devolver información de su posición, consumo, temperatura… En los de segunda generación, ésta información se manda en el tiempo de inactividad que se produce entre pulso y pulso de la señal PWM.
- Materiales – reductora
Este juego de engranajes son de vital importancia, por la labor que realizan. Existen al menos 4 materiales diferentes, que ordenados del más débil al más fuerte son:
Nylon, Karbonite, Metal y Titanio.
El Nylon es una especie de plástico, sin duda alguna es el más débil y con el tiempo el rozamiento del engranaje generará “holguras” que repercutirán negativamente en su funcionamiento. Éste tipo de engranajes se suelen utilizar en servomotores de menos de 10Kg/cm abaratando y aligerando los servomotores.
El Metal es un compuesto 10 veces más fuerte que el Nylon. Es utilizado para servomotores de gran “torque” (fuerza realizada en Kg/cm) de hasta 20Kg/cm. Su desventaja es que además de ser más pesado que el Nylon, tiene un enorme desgaste por rozamiento en el funcionamiento normal del servomotor.
La Karbonite, es un compuesto de reciente utilización. Es 4 veces más fuerte que el Nylon, pero sobre todo tiene un desgaste muy reducido por el rozamiento, aunque es un material más caro que el Nylon y el Metal. Puede usarse en conjunto con el Titanio en los primeros engranajes (los que requieren menos fuerza) siendo posible verlos en servomotores de hasta 30Kg/cm (en compañía del Titanio).
El Titanio es el material que sin duda alguna recoge lo mejor de todos los anteriores materiales. Es ligero y aún así 48 veces más fuerte que el Nylon y además tiene un desgaste bajísimo al rozamiento. Por el contrario, es el material más caro. Puede verse en servomotores de hasta 100Kg/cm o incluso más.
- Resumen
Existen servomotores analógicos, digitales y serie según su control. Internamente están construidos en diferentes materiales (engranajes) que van desde los baratos y “antiguos” Nylon y Metal hasta los caros y modernos Karbonite y Titanio.
La fuerza de un servomotor puede oscilar entre escasos gramos por centímetro (fuerza que realiza a un centímetro del eje) a decenas de kilogramos por centímetro.
- Conclusión, ¿qué comprar?
Para construir el DY-BOT se pensó que era necesaria fuerza y precisión electrónica, es por esto por lo que se compraron los servomotores DYS-0120, los cuales son servomotores digitales metálicos (engranajes de metal) de 13Kg/cm. El problema estuvo en que DY-BOT llegó a pesar 2.530 gramos en la CampusParty. Teniendo en cuenta que los servomotores ejercían una fuerza de 13Kg/cm y que la pierna podía hacer palanca de hasta 8cm en condiciones normales, la fuerza se ve reducida a 1,625 Kg, inferior al peso del robot. Esto suponía un desgaste terrible de los servomotores, con lo que en su etapa final las holguras que tenían los servomotores DYS eran terribles. Eso sí, costaron 15 euros cada servomotor, y con un total de 22 servomotores se gastó sólo 330 euros, servomotores ideales para empezar sin duda alguna.
Para DY-BOTII se decidió "romper el cerdito" y comprar lo mejor a precio "barato". Existen 4 fabricantes importantes y de reputación: Robotics, Futaba, Kondo y Hitec.
Los servomotores Robotis (Koreanos) no siguen el estándar en cuanto a tamaño e incluso voltajes, si ésto no te importa, son los mejores servomotores del mercado sin duda alguna.
Los servomotores Futaba (Japoneses) sí siguen el estándar pero son servomotores terriblemente caros, (duplican o triplican los de la competencia), por lo que son descartados casi de salida.
Los servomotores Kondo (Japoneses) también siguen el estándar en tamaño, no así en voltajes, aunque eso es fácil de solventar tampoco siguen un estándar definido para el propio control serie de sus servomotores, hecho que te dificultará su control y manejo si no se usa electrónica de la propia Kondo. Desgraciadamente, a igual prestaciones, son casi el doble de caros que la competencia.
Para finalizar los servomotores Hitec (Koreanos) siguen el estándar tanto en tamaño como en voltajes, y además son los más baratos. Tienen servomotores con engranajes de Titanio, 30Kg/cm y permiten programarles tanto centro, máximos laterales y comportamiento (curvas de aceleración y precisión).
El modelo escogido es el 5990TG el cual se puede conseguir por unos 85 euros buscando bien (yo los conseguí a 75...), teniendo en cuenta que compré 25 para el robot y 3 de repuesto (siempre hay que comprar de repuesto) me salió a: 2.100 euros clavados. Fue comprado también por cuestiones mecánicas, como la de disponer de "doble eje", pero eso se verá más adelante.
