Como utilizar un servo motor con Arduino

Arduino es una plataforma abierta, basada en una sencilla placa con entradas y salidas analógicas y digitales. Posee un entorno de desarrollo basado en el lenguaje Processing/Wiring. Puede recibir señales de una variedad de sensores y afectar su entorno controlando luces, motores o actuadores, ya sea trabajando de manera autónoma o a través de un programa corriendo en un computador (por ejemplo, Macromedia Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider). Se compone de un microcontrolador Atmel AVR que viene pre-programado con una secuencia de arranque (Boot Loader), por lo que no necesita un programador externo.

En esta guía daremos un ejemplo fácil de cómo conectar y controlar un Motor servo estándar de 360º y de 180º, controlándolo a través de una entrada analógica, en este caso un potenciómetro.

Un motor servo es un dispositivo actuador que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y de mantenerse estable en dicha posición. Está formado por un motor de corriente continua, una caja reductora y un circuito de control, y su margen de funcionamiento generalmente es de menos de una vuelta completa, como es el caso de nuestro servo motor GS-3630BB de 180°.

El punto de referencia o setpoint — que es el valor de posición deseada para el motor— se indica mediante una señal de control cuadrada. El ancho de pulso de la señal indica el ángulo de posición: una señal con pulsos más anchos (es decir, de mayor duración) ubicará al motor en un ángulo mayor, y viceversa. En el caso del motor servo 360º el cambio del ancho del pulso reducirá la velocidad o cambiara el sentido de dirección de este.

La tarjeta Arduino PICARO o UNO posee 6 salidas de PWM, Pulse-Width Modulation en ingles y Modulación de Ancho de Pulso en español, las cuales utilizaremos para controlar los motores.

Componentes a utilizar.

• Arduino PICARO o UNO 
• Servo motor estandar DYS3003 (180º)
• Servo Motor estandar DYS0209 (360º)
• Resistencia variable 10k
• Fuente de 5v DC 1000mA
• Proto Board

Esquema conexión

La siguiente imagen te mostrara como se debe realizar la conexión de tu servo motor a tu tarjeta Arduino PICARO o UNO:

Conexiones

1. Conectamos la tarjeta Arduino al USB del PC o bien a una fuente de 9V.
2. Conectamos el Servo Motor a una fuente de 5V externa. No se debe conectar el servo motor a la salida de 5V de la tarjeta Arduino debido a alto consumo. Los pines de salida de Arduino pueden entregar hasta 40 mA, sin embargo, los motores pueden tener peaks de alrededor de 700mA.
3. Conectamos el cable de señal del servo motor a una de las salidas PWM de la tarjeta Arduino. En este ejemplo utilizaremos la salida 3 PWM del Arduino, el cable de señal del motor servo es el de color naranjo.
4. Conectamos el potenciómetro (resistencia variable) a una fuente de 5V y una de las entradas analógicas de la tarjeta Arduino (en este caso ocupamos la entrada AN2 )

Cuadro de conexión:

La conexión del servo motor puede variar según el fabricante, a continuación algunas configuraciones para marcas conocidas.

El terminal positivo de alimentación siempre es rojo. El cable del terminal de alimentación negativo puede ser marrón o negro, y el del terminal de entrada de señal suele ser de color blanco, naranja o amarillo.

Para realizar el ejemplo nosotros ocuparemos el motor DYS0209 y el DYS3003 de 360º y 180º respectivamente. Ambos modelos disponibles en https://mcielectronics.cl

Especificaciones:

Accesorios:

Ancho de pulso según pruebas en Laboratorio MCI

En el ejemplo que detallaremos, haremos funcionar estos dos tipos de motores usando la misma conexión detallada anteriormente.

Para hacer funcionar los motores ocuparemos una salida PWM (Modulación de Ancho de Pulso), y a través de una señal análoga (potenciómetro), regularemos el ancho de pulso de la señal y con esto el giro del motor servo.

En el caso del motor de 360º, podemos regular su velocidad y sentido de giro, para ello utilizamos el siguiente código.

float potPin = 2   //"Entrada de señal del potenciómetro"
int pwmPin = 3   // "Salida de señal Servo Motor"
int sensorValue;
float calibrate;

void setup( ) {
  pinMode(pwmPin,OUTPUT);
}

void loop ( ){
  sensorValue = analogRead(potPin) ;
  Calibrate =map ( sensorValue, 0 , 1024 , 120 , 240 ) ; //Ajustes de ancho de pulso segun potenciometro
  analogWrite(pwmPin, calibrate);   //Ancho de pulso según la conversión de la entrada análoga a digital*/ 
}

Después de definir las variables, y configurar el PWM como salida en el bloque setup, leemos el valor de la entrada análoga y luego ocupamos la función “map” que en esencia nos permite convertir un rango de variación en otro.

En este caso conectamos el potenciómetro a una entrada analógica. Las entradas analógicas en Arduino son de 10 bits, por lo que entregan valores entre 0 y 1023 (210 – 1=1023). El rango de voltaje que está ingresando a la entrada análoga está dado por el potenciómetro y puede variar entre 0 y 5 volts. En consecuencia cuando tengamos 5V en la entrada análoga la función analogRead va a entregar un valor de 1023 y cuando tengamos 0V en la entrada la función entregará un valor de 0

Tomamos la señal obtenida con la función analogRead y con ella variamos el ancho de pulso de la salida PWM utilizando la función analogWrite. Esta función recibe como parámetro un número ente entre 0 y 255.

En este ejemplo, vamos a configurar la salida del PWM para que trabaje en el rango 120 a 240, para obtener solo el ancho de pulso que necesitamos según las especificaciones del motor de 360º, de esta forma acotamos el potenciómetro a los valores que necesitamos que se mueva el motor, para ello utilizamos la función map

void loop () {
 sensorValue = analogRead (potPin) ; 
 calibtrate = map (sensorValue, 0, 1024, 120, 240); 
 }

Para el motor de 180º ocupamos el mismo código, pero variamos la salida del PWM de la siguiente forma.

void loop (){
  sensorValue = analogRead(potPin) ;
  calibrate = map(sensorvalue, 0, 1024, 50, 240);
}

De esta forma se obtienen los pulsos para cada ejemplo.

Los videos que muestran el funcionamiento de ambos servos se pueden ver en los siguientes links: