Construcción de una montura de telescopio con engranajes armónicos personalizados y ESP32

• El autor construyó una montura de telescopio personalizada usando engranajes armónicos (harmonic drive) y un microcontrolador ESP32
• Como las monturas de seguimiento comerciales son muy costosas, decidió diseñar y fabricar una por su cuenta en formato DIY
• Explica en detalle todo el proceso de diseño, incluyendo diseño y fabricación del PCB, modelado 3D en FreeCAD y selección de componentes
• El costo total de fabricación fue de unos 1,700 euros, y por unidad logra una competitividad frente a productos comerciales
• Comparte el rendimiento real en astrofotografía y la experiencia de mejora al integrar la montura de fabricación propia con el firmware OnStepX

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Un nuevo punto de partida

Hace unos años, el autor se interesó en la astrofotografía inspirado por un canal de YouTube sobre astrofotografía. Intentó fotografiar la nebulosa de Orión tomando cientos de imágenes con tiempos de exposición cortos sobre un trípode y luego apilándolas con el software Siril. Sin embargo, al sentir la necesidad de un sistema de seguimiento, compró un tracker Move Shoot Move, pero debido a la dificultad para encontrar los objetos objetivo, hacer la alineación polar y obtener resultados satisfactorios, comenzó a interesarse en construir una montura de telescopio más seria.

Ampliando la experiencia en fabricación de PCB

En 2024, se topó por casualidad con videos de YouTube sobre diseño de PCB personalizados y aprendió a usar PCB fabricados limpios y económicos en lugar de las chapuceras protoboards que usaba antes. Como primer proyecto, construyó un termostato inteligente con un ESP32, una pantalla e-paper y un sensor BME680. A partir de esa experiencia, decidió aplicar directamente el diseño y la fabricación de PCB también a la montura del telescopio.

Investigación a fondo y uso de recursos de la comunidad

Planteó un diseño centrado en la adopción de harmonic drive. Invirtió mucho tiempo en investigar la selección de componentes y la estructura mecánica, tomando como referencia AliExpress y diversos proyectos open source de comunidades DIY (HEMY, HrEM, DHEM, DIY EQ Mount V2, etc.). También investigó implementaciones open source y recursos comunitarios sobre motores paso a paso/servos, control FOC, SimpleFOC y más.

Decisiones de diseño y estructura

• Eje RA (ascensión recta): servo 42AIM15 + harmonic drive Type 17 (reducción 100:1)
• Eje DEC (declinación): stepper MKS Servo042D + harmonic drive Type 14 (reducción 100:1)
• Montura y carcasa: adopta una placa Arca Swiss, compatible con la cuña Move Shoot Move
• Modo de operación: GEM (ecuatorial) o ALTAZ (altazimutal)
• Microcontrolador: ESP32-S3
• Alimentación: USB-C PD hasta 24V/4A
• Control de motores: step/dir/en, ULN2003 + MODBUS, CANBUS
• Expansibilidad: exposición al exterior de los pines GPIO restantes

Mediante las características de microstepping y control servo de cada motor, logró simplificar el diseño y mejorar la precisión de seguimiento. Con cambios dinámicos de microstep a través de CANBUS, implementó un equilibrio entre slew rápido (movimiento de posicionamiento) y seguimiento preciso.

Diseño del PCB y superación de problemas

• Diseñó un PCB semicircular en KiCad, con una forma que encaja perfectamente en la carcasa
• Usó un módulo ESP32-S3 sin antena para ganar libertad de disposición y adoptó un circuito de entrada de alimentación USB-C (hasta 24V)
• Aprovechó el circuito open source PicoPD y el IC AP33772. Eligió conectores JST PH para lograr conexiones compactas y de alta capacidad
• Durante el reemplazo inicial de un IC, sufrió un error de cableado I2C y mal funcionamiento; en la segunda versión lo resolvió añadiendo validaciones y múltiples puntos de prueba

Integración con el firmware OnStepX

Aplicó el firmware open source OnStepX para el control del telescopio y el soporte de comunicación WiFi. Al principio sufrió problemas de estabilidad porque el ESP32 se sobrecargaba durante el slew (movimiento rápido de apuntado), pero los resolvió reduciendo la velocidad de slew y cambiando a modo cliente WiFi. Solo tuvo que añadir un archivo de layout de pines adecuado para OnStepX y código de control dinámico de microsteps para lograr una integración exitosa sin modificaciones importantes.

Proceso de fabricación y ensamblaje

Tanto la fabricación del PCB como el mecanizado CNC en metal se realizaron en JLCPCB. Tomó la audaz decisión de encargar las piezas CNC solo con los planos CAD, sin pruebas previas en impresión 3D, y obtuvo una precisión de piezas satisfactoria. Eso sí, hubo un error de diseño en la tapa del eje ecuatorial, que resolvió fácilmente con separadores. Todas las piezas pueden ensamblarse únicamente con roscas M3/M4 y tornillos. El roscado manual hecho por él mismo ayudó a reducir los costos de fabricación.

Experiencia de uso en la práctica

Acumuló experiencia real tras muchos intentos y errores con la alineación polar, la configuración general y el software (INDI, KStars, Ekos, PHD2). En los primeros usos, los problemas grandes y pequeños causaron muchos intentos fallidos de captura, pero durante el proceso de estabilización logró una precisión de 1 a 2 segundos de arco, suficiente para exposiciones de 30 segundos con un lente de 600 mm. Para el apilado de imágenes usa Siril y también está trabajando en objetivos adicionales como el apilado de varias noches.

Coste de fabricación y viabilidad económica

El coste total fue de unos 1,700 euros (= incluyendo herramientas, hardware y componentes de investigación/prueba). Convertido a costo por unidad, ronda los 800 euros. Confirmó una alta rentabilidad frente a una montura GOTO comercial (1,200~4,000 euros), aunque da más valor a la experiencia misma de construirla.

Costo unitario por ítem detallado (resumen de elementos principales)

• Harmonic drive (2 unidades): 144 euros
• MKS y servomotores (2 unidades de cada uno): 73~216 euros
• Piezas CNC: 215 euros
• PCB, conectores, tornillos, herramientas y otros

Conclusión e impresiones

Subraya que la experiencia de construirlo por cuenta propia, resolver problemas y recorrer todo el ciclo de diseño-fabricación-validación tiene más valor que comprar un producto comercial. Aprendió la importancia de validar con cuidado a partir del fracaso del PCB Version 1. También obtuvo muchas lecciones en el dominio de FreeCAD y KiCad, el aprovechamiento de open source y todo el proceso de desarrollo de hardware. Gracias al firmware OnStepX y los recursos de la comunidad, demuestra que una montura de telescopio DIY también es un proyecto al alcance de una persona común.

Poder fabricar con sus propias manos una montura para seguir las estrellas y comprenderla por completo: esa sensación de logro realmente vale muchísimo.