¿Qué es un servomotor?
Un servomotor es un motor que controla el funcionamiento de los componentes mecánicos en un servosistema. Es un motor auxiliar con control indirecto de velocidad.
Los servomotores permiten un control de velocidad y posición de alta precisión. Convierten señales de voltaje en torque y velocidad para impulsar el objeto controlado. La velocidad del rotor de un servomotor está controlada por la señal de entrada y puede responder rápidamente. En los sistemas de control automático, se utilizan como actuadores y tienen características como una constante de tiempo electromecánica pequeña, alta linealidad y bajo voltaje de arranque. Pueden convertir las señales eléctricas recibidas en desplazamiento angular o salida de velocidad angular en el eje del motor. Los servomotores se dividen en dos categorías principales: CC y CA. Su principal característica es que no giran cuando el voltaje de la señal es cero y su velocidad disminuye uniformemente a medida que aumenta el par.
Principio de funcionamiento del servomotor
Los servomotores dependen principalmente de impulsos para su posicionamiento. Básicamente, un servomotor recibe un pulso y gira en el ángulo correspondiente a ese pulso, logrando así el desplazamiento.
Debido a que los propios servomotores tienen la función de emitir pulsos, emiten una cantidad correspondiente de pulsos por cada ángulo que giran. Esto crea un circuito de retroalimentación, o circuito cerrado, entre los pulsos enviados y recibidos por el servomotor. De esta manera, el sistema sabe cuántos pulsos envió y recibió el servomotor, lo que permite un control muy preciso de la rotación del motor y logra un posicionamiento preciso de hasta 0,001 mm.
La aplicación de servomotores en robots industriales está en auge. La industria de la robótica está experimentando un crecimiento explosivo, con numerosos fabricantes de máquinas herramienta, fabricantes de servomotores y otras empresas cualificadas recurriendo al mercado de la robótica. ¿Por qué los fabricantes de máquinas herramienta y de servomotores transforman y desarrollan robots de forma tan activa?
Los robots industriales tienen cuatro componentes principales: el cuerpo del robot, el servomotor, el reductor y el controlador. Los motores paso a paso se utilizan para impulsar las articulaciones del robot, lo que requiere una relación máxima de potencia-a-peso y relación de torsión-a-inercia, una torsión de arranque alta, una inercia baja y un rango de velocidad amplio y suave. Para que la industria de la robótica crezca, son necesarios avances en servomotores y control integrado.
La estructura general del servosistema eléctrico de un robot industrial consta de tres controles de bucle cerrado-: bucle de corriente, bucle de velocidad y bucle de posición. Generalmente, para los servovariadores de CA, se pueden lograr múltiples funciones, como control de posición, control de velocidad y control de par, configurando manualmente sus parámetros internos.
El avance continuo de la automatización industrial mantiene alta la demanda de software y hardware de automatización. Actualmente, los servomotores de CA y CC con alto par de arranque, alto par y baja inercia se utilizan ampliamente en robots industriales. Otros motores, como los servomotores de CA y los motores paso a paso, también se utilizan en robots industriales según los requisitos de su aplicación.
Especialmente en el caso de los efectores finales de robots (pinzas), se deben utilizar motores con el tamaño y el peso más pequeños posibles. Cuando se requiere una respuesta rápida, los servomotores deben poseer una alta confiabilidad y una importante capacidad de sobrecarga a corto plazo-. Los requisitos de uso específicos incluyen: velocidad; alta relación de par de arranque-a-inercia; características de control continuo y lineal, con la velocidad del motor cambiando continuamente con la señal de control, a veces proporcional o aproximadamente proporcional a la señal de control; amplio rango de velocidades; tamaño pequeño, peso ligero y dimensión axial corta; capacidad para soportar duras condiciones de funcionamiento, rotación frecuente hacia adelante y hacia atrás y aceleración/desaceleración, y resistencia a sobrecargas-a corto plazo. Tendencias futuras en la industria de los servomotores
Los servosistemas de CA modernos, después de la transición de analógico a digital, tienen bucles de control digitales internos ubicuos, como control de conmutación, corriente, velocidad y posición. Su implementación se basa principalmente en nuevos dispositivos semiconductores de potencia, como DSP de alto-rendimiento con FPGA, e incluso servomódulos dedicados no son infrecuentes. Además, cada dos o dos años y medio se actualizan nuevos dispositivos o módulos de potencia y nuevos algoritmos de software evolucionan constantemente. Combinadas con los cambios en la demanda del mercado, las siguientes son algunas de las últimas tendencias de desarrollo en sistemas de servomotores:
**Alta eficiencia**
Si bien la alta eficiencia siempre ha sido un tema de desarrollo importante para los servosistemas, aún necesita mejoras adicionales. Esto incluye principalmente aumentar la eficiencia del propio motor: por ejemplo, mejorar el rendimiento de los materiales magnéticos permanentes y un mejor diseño de la estructura de montaje del imán; también incluye aumentar la eficiencia del sistema de accionamiento: incluida la optimización de los circuitos de accionamiento del inversor, la optimización del movimiento de aceleración y desaceleración, el frenado regenerativo y la retroalimentación de energía, y mejores métodos de refrigeración.
**Transmisión directa**
El accionamiento directo incluye servoaccionamientos de plataforma giratoria que utilizan motores de disco y servoaccionamientos lineales que utilizan motores lineales. Al eliminar los errores de transmisión de los dispositivos de transmisión mecánica intermedia (como las cajas de cambios), logra alta velocidad y alta precisión de posicionamiento. La facilidad con la que se pueden remodelar los motores lineales permite la miniaturización y reducción de peso de varios dispositivos que utilizan mecanismos lineales.
Alta velocidad, alta precisión y alto rendimiento: empleando codificadores de mayor-precisión, mayor precisión de muestreo y profundidad de bits de datos, DSP más rápidos, motores rotativos y lineales de alto-rendimiento sin efectos de engranajes y utilizando diversas estrategias de control modernas, como inteligencia artificial y adaptativa, los indicadores de rendimiento fundamentales (velocidad de control y precisión de control) de los servosistemas se mejoran continuamente.
Integración e integración: la integración vertical de motores, retroalimentación, control, variadores y comunicación se ha convertido en una dirección de desarrollo para los actuales servosistemas de baja-potencia. A veces llamamos motores inteligentes a los motores que integran accionamientos y comunicación, y otras veces llamamos servoaccionamientos inteligentes a los accionamientos que integran control de movimiento y comunicación. La integración de motores, variadores y controles permite una integración más estrecha de estos tres aspectos, desde el diseño y la fabricación hasta la operación y el mantenimiento. Sin embargo, este enfoque enfrenta mayores desafíos técnicos y desafíos para satisfacer los hábitos de uso de los ingenieros, lo que dificulta su generalización y representa un segmento pequeño y distintivo dentro del mercado general de servos.
**Propósito general:** Los variadores-de propósito general están equipados con numerosos parámetros y funciones de menú enriquecidas, lo que permite a los usuarios configurarlos fácilmente en cinco modos de funcionamiento sin cambiar el hardware: control V/F, control vectorial de bucle abierto-sin sensores, control vectorial de flujo de bucle cerrado-, control de servomotor de CA sin escobillas de imán permanente y control de unidad regenerativa. Adecuados para diversas aplicaciones, pueden accionar diferentes tipos de motores, como motores asíncronos, motores síncronos de imanes permanentes, motores CC sin escobillas y motores paso a paso. También pueden adaptarse a diferentes tipos de sensores, incluso aquellos sin sensores de posición. Se puede construir un sistema de control de bucle semi-cerrado- utilizando la retroalimentación integrada-del motor, o se puede formar un sistema de control de bucle-completamente cerrado- de alta precisión conectándolo a sensores externos de posición, velocidad o torsión a través de una interfaz.
**Funciones inteligentes:** Los servovariadores de CA modernos poseen memoria de parámetros, autodiagnóstico de fallas y funciones de análisis. La mayoría de los variadores importados cuentan con medición de inercia de carga y ajuste automático de ganancia. Algunos pueden identificar automáticamente los parámetros del motor y determinar automáticamente la posición cero del codificador, mientras que otros pueden suprimir automáticamente la vibración. La integración de engranajes electrónicos, levas electrónicas, seguimiento sincrónico, movimiento de interpolación y otras funciones de control con el variador proporciona una mejor experiencia para los usuarios de servos.
