SG90 Micro Servo

Qué es

El SG90 es un microservo: un pequeño actuador autónomo que gira hasta un ángulo comandado y lo mantiene ahí. Donde un motor de CC corriente simplemente gira, un servo apunta: dile «90 grados» y se conduce él mismo hasta los 90 grados y resiste que lo aparten de ahí. Eso lo convierte en la opción natural para todo lo que necesita moverse a una posición conocida: una articulación de brazo robótico, una pinza que abre y cierra, un soporte de cabeza y cámara para un objetivo, o la dirección de un rover pequeño.

Con nueve gramos y un par de dólares es el servo con el que empieza casi todo el mundo. No es lo bastante fuerte ni bastante preciso para trabajo serio, pero es la forma más rápida de entender cómo se siente el control de posición.

Cómo funciona

Abre uno y encontrarás cuatro cosas: un pequeño motor de CC, un tren de engranajes que cambia velocidad por par, un potenciómetro engranado al eje de salida y un circuito de control. El potenciómetro es la clave: informa continuamente del ángulo real del eje. El circuito compara ese ángulo medido con el que le estás comandando y mueve el motor en la dirección que cierre la diferencia. Es un lazo de realimentación completo en miniatura, y por eso el brazo de cinemática inversa puede confiar en que un servo alcance una pose objetivo.

El ángulo se comanda con una señal PWM de 50 Hz, y la anchura de pulso lleva el mensaje: unos 1 ms para un extremo del recorrido, 1,5 ms para el centro, 2 ms para el otro extremo. Es PWM usado como código de posición en lugar de como código de velocidad. En la práctica la biblioteca Servo de Arduino oculta los tiempos y tú solo escribes un ángulo.

Cuándo usarlo

Usa un SG90 siempre que una parte del robot deba moverse a y mantener un ángulo concreto bajo carga ligera: dedos de una pinza, articulaciones pequeñas de un brazo, cardanes de sensores o la dirección de un coche ligero. Sus ~180° de recorrido y el control instantáneo de «ve a este ángulo» son ideales para aprender cinemática y construir mecanismos expresivos.

Mira en otro sitio cuando la articulación cargue peso real (usa un servo de engranaje metálico o estándar), cuando necesites rotación continua para una rueda (usa un motor de CC con un L298N, o un servo de rotación continua), o cuando necesites muchos grados de movimiento preciso y de par alto (usa un motor paso a paso).

Cableado y errores comunes

• Aliméntalo por separado. Un SG90 bloqueado puede absorber 500–700 mA, mucho más de lo que puede dar el pin de 5 V de un microcontrolador. Usa una alimentación de 5 V dedicada y une su masa con la masa de la placa, o la placa se quedará sin tensión y se reiniciará.
• No es de rotación continua. Un SG90 estándar recorre ~180° y se detiene. Mandarle «gira siempre» no hace nada; para una rueda motriz necesitas otro actuador.
• No lo fuerces ni lo bloquees. Los engranajes de nailon se rompen con sobrecargas o un golpe seco. Mantén las cargas ligeras, o pásate a engranajes metálicos.
• Espera algo de vibración. Los servos baratos rondan ligeramente la posición objetivo. Una alimentación estable y limpia y desconectar la señal cuando la articulación no necesite mantener posición reducen ambos efectos.

Cableado

Tres hilos, y los colores son casi universales en los servos de hobby:

Algunos servos usan negro/rojo/blanco o negro/rojo/amarillo. La regla que siempre se cumple: el rojo está en el medio, y la masa es el más oscuro de los tres.

Por qué no el pin de 5 V del Arduino

Un SG90 absorbe unos 10 mA en reposo, 150–250 mA moviéndose y 650 mA bloqueado. La alimentación por USB con la que funciona un Uno está limitada a 500 mA para toda la placa, y el regulador de a bordo cuando funciona desde el conector cilíndrico tiene su propio límite térmico.

Un solo servo moviéndose suavemente suele funcionar, y ese es precisamente el problema: funciona en el banco y luego se queda sin tensión en cuanto el servo encuentra resistencia. El síntoma es una placa que se reinicia cada vez que el brazo llega a una posición concreta, lo que se lee como un fallo de software.

Dale su propia alimentación de 5 V, une las masas y pon un condensador de 470 µF en paralelo con la alimentación del servo cerca del conector.

La relación entre anchura de pulso y ángulo

Un servo no lee tensión. Lee cuánto dura el pulso, cincuenta veces por segundo.

El rango de 1–2 ms es una convención, no un estándar. Muchos SG90 alcanzan sus topes reales más cerca de 0,6 ms y 2,4 ms, y por eso el attach() de la biblioteca Servo del Arduino acepta anchuras de pulso mínima y máxima opcionales:

servo.attach(9, 600, 2400);   // instead of the 544/2400 defaults

Calibrar esto por servo es la diferencia entre un brazo que llega a su espacio de trabajo y otro que misteriosamente se queda 20° corto en los dos extremos.

Código mínimo funcional

#include <Servo.h>

Servo joint;
const int PIN = 9;

void setup() {
  joint.attach(PIN, 600, 2400);   // calibrate these two numbers per servo
  joint.write(90);                 // centre before doing anything else
  delay(500);
}

// Move gently instead of jumping — a servo commanded to jump goes at full speed.
void sweepTo(int target, int stepDelayMs) {
  int current = joint.read();
  int step = (target > current) ? 1 : -1;
  while (current != target) {
    current += step;
    joint.write(current);
    delay(stepDelayMs);
  }
}

void loop() {
  sweepTo(20, 15);
  delay(400);
  sweepTo(160, 15);
  delay(400);
}

joint.write(160) y el barrido terminan ambos en 160°, pero son eventos electricalmente completamente distintos. El salto comanda velocidad máxima, lo que en una articulación cargada es un pico de 650 mA y un golpe mecánico a través de engranajes de nailon. El barrido reparte el mismo movimiento en dos segundos y absorbe una fracción de la corriente. En un brazo de varias articulaciones esa es la diferencia entre una alimentación que aguanta y una que no.

Par: qué significa realmente 1,8 kg·cm

La especificación es 1,8 kg·cm a 4,8 V, lo que significa que el servo puede sostener 1,8 kg a 1 cm del eje, o 1,8/L kg a L centímetros. Esa última parte es la que despista a la gente.

Hay dos cosas que conviene extraer de esto. Primera: el par cae linealmente con el alcance, así que un segmento de brazo de 15 cm solo puede levantar 120 g con bloqueo absoluto. Segunda: nunca diseñes sobre la cifra de bloqueo. Un servo en bloqueo está absorbiendo corriente completa, no produciendo movimiento, y calentándose; un tercio del par de bloqueo es un techo razonable para una articulación que tiene que mantener una posición durante un tiempo.

La cifra también viene dada a 4,8 V. A 6 V el mismo servo produce aproximadamente 2,2 kg·cm, que es una de las pocas mejoras gratuitas de la robótica de afición, siempre que tu alimentación pueda entregar la corriente correspondientemente mayor.

Reducir la vibración

Los servos baratos rondan ligeramente su objetivo, y hay cuatro causas distintas que conviene distinguir:

• Ruido de alimentación. El más común. Un servo comparte riel con los motores y ve cada pico de corriente como una perturbación de control. Alimentación aparte, más un condensador en el servo.
• Vibración en los tiempos de la señal. La biblioteca Servo genera los pulsos por software, y un bucle ocupado u otra interrupción desplazan sus flancos. Passar a un PCA9685 lo arregla por completo: genera los pulsos en hardware.
• Zona muerta. El propio controlador del servo ignora errores por debajo de unos 5 µs de anchura de pulso, que es aproximadamente 1°. Por debajo de esa resolución sencillamente no responde, y pedir pasos más finos no produce nada.
• Mantener contra una carga. Un servo luchando contra la gravedad en el límite de su par zumbará continuamente. Usa detach() cuando la articulación no necesite mantener, o equilibra mecánicamente la articulación.

Resolución de problemas

¿SG90 u otra cosa?

Una advertencia sobre las «pinzas ligeras» de esa primera fila. Una pinza es la única aplicación donde un SG90 pasa la vida bloqueado: sostener un objeto no es movimiento, así que el devanado absorbe unos 0,5 A sin nada que los refrigere, y esa es la forma habitual de que estos mueran. También es la razón por la que la fuerza de la mordaza la fija el brazo de palanca y no el par de la caja: 0,176 N·m sobre un dedo de 30 mm son 5,87 N en bloqueo y unos 4,11 N que realmente puedes sostener. Dimensionar una pinza de servo cubre ambos, y el simulador de pinza te hace la aritmética para tu propio dedo.

El resumen honesto: el SG90 es un actuador de aprendizaje. Es la forma más rápida de entender qué se siente el control de posición, y no es lo bastante fuerte ni repetible para una articulación que importe. Cuando un proyecto deja de funcionar porque el servo no es suficientemente bueno, la respuesta suele ser el MG90S: misma huella, mismo cableado, engranajes metálicos.