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Conociendo los servos

Arduino con servo y potenciometro

Objetivos

 

 

    • Que es un servo.
    • Comprender la diferencia con un motor normal.
    • Introducir el concepto de librería en C++.
    • La función map().

 

Material requerido.

Imagen de Arduino UNO Arduino Uno o similar.

  • Esta sesión acepta cualquier otro modelo de Arduino.

 

 ProtoboardconexionesUna Protoboard más cables.
img_12_1

Una Potenciómetro.

 Componente

Un Servo con sus horns,

Esas pequeñas piezas de plástico que se ponen en el eje

 

Que es un servo

.

Normalmente los motores habituales lo que hacen es transformar la energía eléctrica (O química) en un giro continuo que podemos usar para desarrollar trabajo mecánico.

En la sesión 13 utilizamos un pequeño motor de corriente continua y regulamos la velocidad de giro mediante una señal PWM de Arduino.

Los servos son también motores de corriente continua, pero en lugar de diseñarse para obtener un giro continuo que podamos aprovechar (para mover una rueda por ejemplo), se diseñan para que se muevan un angulo fijo en respuesta a una señal de control, y se mantengan fijos en esa posición.

Imaginad por ejemplo un timón de un avión o barco. No queremos un giro continuo, sino un motor al que le pueda indicar el ángulo que deseamos en grados y que mantenga esa orientación hasta que le demos una orden en contrario.

Estos servos o servomotores son muy frecuentes en Aero modelismo y en robótica, por la capacidad que presentan para moverse a un ángulo concreto y mantenerse allí. De hecho se suelen diseñar para que giren un ángulo proporcional a una señal PWM, de forma que su control es muy preciso. Un servo suele estar formado por:

Interior de un servo

Un servo suele estar formado por:

  • Una reductora.Un circuito de control..
  • Un motor de CC.
  • Un circuito de control

En la práctica se comporta como un bloque funcional que posiciona su eje en un ángulo preciso en función de la señal de control

 

Habitualmente los servos tiene un margen de operación, es decir, pueden moverse entre 0º y ángulo dado, que suele ser de 180º, pero existen modelos comerciales de todas la características imaginables (incluyendo servos de 360º).

Normalmente estos pequeños servos funcionan sobre 5V y el control se realiza mediante una señal de control PWM, en la que el ancho el pulso indica el ángulo que deseamos adopte el eje.

Un servo tiene un conector de 3 hilos, 5V (rojo), GND (negro o marrón) y el otro Control (amarillo o blanco).

Podríamos escribir un pequeño programa en Arduino que controle estos pulsos y los relacione con el ángulo buscado, pero antes de que nadie se asuste, los servos (y otras cosas) son tan habituales, que ya ha habido gente que han escrito estos programas y los han puesto a nuestra disposición.

De este modo podemos manejar un servo sin preocuparnos para nada de cómo realizar el control de las señales, o de la operación interna, basta con instalar estos programas en una forma especial llamada librería.

 
  • Una librería es un conjunto de definiciones y funciones escritas en C++ de Arduino, que podemos utilizar en nuestros programas. Podemos ver el código de estos programas, aunque normalmente se requiere un nivel medio alto en C++ para comprender su funcionamiento.
 

La ventaja de trabajar con una plataforma tan bien establecida como Arduino, es que hay cantidad de gente en el mundo desarrollando librerías, casi para cualquier cosa que podáis imaginar.

Y aún hay algo mejor: Son gratis.

Veréis que en las próximas sesiones vamos a utilizar librerías para cantidad de cosas, pero hoy vamos a comenzar con la primera, la librería servo.

 

Usando nuestra primera librería: Servo

.

Servo es una librería estándar en Arduino. Eso quiere decir que viene incluida cuando instaláis el IDE, a diferencia de otras librerías que debemos buscar, descargar de Internet e instalar para poder usarlas.

Para usar una librería estándar, basta con pedirle al IDE que la incluya en nuestro programa. Id al menú Programa \ Importar Librería y os saldrá un desplegable con todas las librerías que tenéis instaladas en el IDE.

Por ahora solo nos interesa la librería Servo. Pinchad en ella. Arduino incluirá una línea al principio de vuestro programa como esta:

#include <Servo.h>

A partir de ahora ya podemos utilizar las funciones disponibles en la librería.

 
  • Normalmente para usar una librería hay que leer la documentación, en la que se detalla la forma de usarla, que funciones tenemos disponibles, que parámetros pasarlas…etc.
  • Como es vuestra primera librería, y nosotros ya nos hemos leído el manual, vamos a llevaros de la mano. Veréis que es de lo más fácil.
 

Vamos a montar un circuito en el que hagamos moverse al servo de forma controlada, e iremos viendo las instrucciones necesarias.

Esquema electrónico del circuito

.

Vamos a conectar el servo primero a GND y 5V y luego el pin de control, a un pin de Arduino que permita PWM (Recordad esto o de lo contrario os costara ver el problema). Recordad que es el ancho el pulso lo que controla el ángulo.

Vamos también a conectar un potenciómetro a la puerta A0 para jugar con el servo.

Esquema electronico

 

El diagrama de conexión para la protoboard es igual de sencillo:

Protoboard

 

El Programa de control

 

Vamos a empezar con una línea que ya conocíamos el include y otra nueva:

#include <Servo.h>
Servo servo1;

Para poder utilizar la librería debemos crear, lo que se conoce como un objeto tipo Servo que llamamos servo1.

C++ es un lenguaje orientado a objetos, esto significa que podemos definir objetos tipo (como servos) sin más que declarar un nuevo objeto del tipo que deseamos. En la jerga de la programación se llama crear una instancia, o instanciar un nuevo objeto.

Así, esa segunda línea significa que vamos a crear una nueva instancia de tipo Servo que llamamos servo1.

 
  • Aunque ahora os pueda parecer una forma extraña de hacer las cosas, la programación orientada a objetos (OOP por sus siglas en inglés), es una de las metodologías más potentes de las ciencias de computación actuales y todos los lenguajes de programación que se precien, han incorporado las ideas de la OOP.
  • Entrar en la teoría del OOP, desborda con mucho las pretensiones de este humilde tutorial de Arduino, por ahora nos limitaremos a mostraros como usar los objetos

Una vez creada la instancia del objeto (y podemos crear tantas como necesitemos, para manejar varios servos a la vez) tenemos que incluir una línea en la función setup() para informar a C++ que vamos a conectar ese objeto abstracto que todavía es servo1 a un pin físico del Arduino para controlarlo. En nuestro caso el pin 9:

servo1.attach(9);

Una vez cumplido el trámite para gobernar la posición del servo recurrimos a

servo1.write( angulo);

Donde Angulo es el valor en grados de la posición que deseamos. Fácil ¿No?

Vamos a escribir un programa que vaya barriendo un Angulo en grados y moviendo el servo a esa posición.

#include <Servo.h>                    // Incluir la librería Servo
Servo servo1;                         // Crear un objeto tipo Servo llamado servo1
int angulo = 0 ;

void setup()
    {
        servo1.attach(9) ;             // Conectar servo1 al pin 9
    }

void loop()
    {
        for(angulo  = 0; angulo  <= 180; angulo  += 1)   //incrementa angulo 1 grado
            {
                 servo1.write(angulo);
                 delay(25);
            }
        for(angulo  = 180; angulo  >=0; angulo  -=1 )    //decrementa angulo 1 grado
            {
                 servo1.write( angulo );
                 delay(25);
            }
    }

Veréis como el servo se va moviendo primero hacia adelante y luego retrocede para volver a empezar.

Vamos ahora a hacer que el valor del potenciómetro represente la posición del servo de manera que el servo se mueva siguiendo al potenciómetro. Para ello hay que entender que el valor que leamos en la puerta A0 está comprendido entre 0 y 1024, y que estos valores tienen que distribuirse entre 0 y 180º. Así que para calcular el Angulo correspondiente basta con hacer:

Img_16_1Como la experiencia me ha demostrado, que los errores haciendo este tipo proporciones tienden a infinito, voy a aprovechar para presentaros la función map()que hace exactamente eso de un modo cómodo, librándonos de los float ( aunque para aprender no os vendría mal hacer así el programa y luego usar el map()).

 angulo  = map( analogRead(A0), 0, 1024, 0, 180);

Traducido quiere decir: Haz la proporción de los valores que leas en A0, entre 0 y 1024, en un valor comprendido entre 0 y 180 y asignale ese valor al ángulo. //Prog_16_2

#include <Servo.h>          // Incluir la librería Servo
Servo servo1;               // Crear un objeto tipo Servo llamado servo1
int angulo = 0 ;

void setup()
    {
       servo1.attach(9) ;  // Conectar servo1 al pin 9
    }

void loop()
    {
       angulo  = map( analogRead(A0), 0, 1024, 0, 180);
       servo1.write(angulo);
       delay(250);
    }

Aqui teneis un peqeño video, mostrando el movimiento del servo

 

Resumen de la sesión

 

 

    • Hemos presentado los servos y hemos vista una par de programas sencillos para usarlos.
    • Hemos introducido algún concepto básico de programación orientada a objetos para que podáis utilizar las librerías.
    • Hemos definido las librerías como conjuntos de funciones y objetos que podemos utilizar sin preocuparnos de cómo funcionan internamente.
    • Las librerías son un sistema excepcional de utilizar elementos electrónicos sin tener que entrar en los detalles técnicos más o menos complicados. Esto nos abre un potencial enorme de componentes a nuestra disposición.
    • Introdujimos otra función más para nuestro arsenal: map().

 

 

 

 

 

(88) Comments

  • Hola, ya me compré la servocontroladora http://www.prometec.net/producto/servo-shield-x16/ y estoy intentando programar 12 servos, pero llega un momento en que ya con 6 servos, se desestabiliza todo y se giran todos a 0º sin que pueda controlarlos.
    Estoy conectando el arduino a través del cable USB y a la Servo-Shieldx16 a 6V de una fuente de alimentación externa, limitada a 2A (no se si debería poner más, pero no creo que sea ese el problema).
    ¿Alguno sabe que es lo que me pasa? ¿Me pueden ayudar? Muchas gracias de antemano.

    • Hola MArio, a mí me ocurre eso cuando la alimetnación es insufciente, pero yo estoy manejando 8 con un portapilas de 4, o sea 6V, a parte del usb a Arduino.

      • Gracias Ivan, es que me resulta extraño porque es una buena fuente de alimentación, debería de funcionar mejor que con las pilas. ¿Cuando estará listo el tutorial de la Shield x 16? Lo mismo estoy haciendo algo mal.

        • Hola Mario, pues sí, debería funcionar bien con la fuente. Intentaremos sacar tiempo para subir el tutorial esta semana o la siguiente. Un saludo.

  • Hola, buenas tardes. Alguno ha utilizado la servocontroladora Pololu Maestro con Arduino para conectar muchos servos? Yo lo estoy intentado pero no consigo mover todos a la vez, sin que se vuelvan “locos”. Y si no, me recomendáis la tarjeta http://www.prometec.net/producto/servo-shield-x16/ ? Alguno ha movido con fluidez 12 servos? Un saludo

    • Hola Mario, yo no he utilizado ninguna de las dos, pero ahora estoy trabajando con un proyecto que debería mover 8 a la vez y seguramente usaré esta segunda tarjeta. En cuanto la pruebe te digo pero en principio deberías de poder manejar hasta 16 servos de forma independiente.Un saludo.

      • Muchas gracias Ivan, si por favor, hazme saber en cuanto pruebes la tarjeta shield-x16 si te funciona bien, tengo pensamiento de comprarmela en estos días. Saludos!

        • Hola Mario, pues ya lo he usado para controlar 8 servos de un robot de cuatro patas y funciona perfectamente. En cuanto tengamos tiempo le hacemos un tutorial para explicar cómo se usa. Un saludo.

          • Imagen de perfil de Mario

            Genial! Yo sería controlar 12 y 16, espero que también me sirva. Entonces voy a comprarmela ahora mismo. El tutorial lo pondréis en el enlace de compra de la tarjeta imagino, no? Pues estaré atento. Muchas gracias. Saludos

          • Imagen de perfil de Ivan

            Hola Mario, eso es, lo pondremos en el blog y directamente en la ficha del producto. Un saludo.

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