Actuador lineal i rotatiu: 11 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Aquest instructiu tracta sobre com fer un actuador lineal amb un eix giratori. Això vol dir que podeu moure un objecte cap endavant i cap enrere i girar-lo alhora. És possible moure un objecte 45 mm (1,8 polzades) endavant i enrere i girar-lo 180 graus.

Els costos són aproximadament de 50 dòlars. Totes les peces es poden imprimir en 3D o comprar en una ferreteria.

Els motors usats són dos servomotors disponibles al comerç. A més del preu baix, els servos tenen una característica útil: els servos no necessiten cap lògica de control addicional. En cas que utilitzeu un Arduino [1] i la seva biblioteca Servo [2], l'escriptura d'un valor entre 0 i 180 és directament la posició del servomotor i, en el nostre cas, la posició de l'actuador. Només conec l'Arduino, però estic segur que en altres plataformes també és molt senzill controlar servos i, per tant, aquest actuador.

Per construir-la necessiteu una broca de peu i una broca de metall de 4,2 mm. Treureu femelles M4 per ser els vostres coixinets de màniga.

A més, necessiteu un bon vici de banc i un troquel cargolat per tallar un fil M4 en una barra de metall. Per a la fixació de les barres es requereix una rosca M4.

Subministraments

1 Servo Tower Pro estàndard MG946R. Ve amb braç servo, 4 cargols de muntatge M2 i 4 cascs de llautó d3

1 Micro Servo Tower Pro MG90S. Ve amb servo braç i 2 cargols de muntatge

Cargol de cap pla de 11 M2 x l10 mm

Rentadora 4 M4

Femella de 6 M4

1 anell de pressió d4 mm

1 Clip de paper d1 mm

1 Espiga de fusta d6 x l120

2 Vareta d'acer o d'alumini d4 x l166 amb rosca M4 x l15 en un extrem

1 Vareta d'acer o d'alumini d4 x l14 amb una osca de pressió

1 Vareta d’acer o alumini d4 x l12

Llegenda: l: longitud en mil·límetres, d: diàmetre en mil·límetres

Pas 1: peces impreses en 3D

Cal imprimir les parts del costat esquerre o dret. Les imatges d’aquest instructiu mostren un actuador LnR de costat esquerre (mirant per davant, el tac de fusta es troba al costat esquerre).

Si no teniu cap impressora 3D, us recomano buscar un servei d’impressió 3D a prop.

Pas 2: coixinets lliscants

Com a coixinets, s’utilitzen les femelles M4. Per a això, traieu els forats (M4 / 3,3 mm) amb el trepant de metall de 4,2 mm. Premeu les femelles M4 perforades a les obertures del control lliscant.

Enganxeu 2 volanderes M4 al lliscador i a la part superior del lliscador.

Pas 3: Servo Mirco i braç d'extensió

Munteu el micro servo al control lliscant.

A la part dreta veieu el braç d’extensió i les 2 femelles M4 restants. Premeu les femelles M4 perforades a les obertures del braç d’extensió.

Pas 4: eix lliscant i girable

Munteu el control lliscant, el braç d’extensió i la part superior del control lliscant. Utilitzeu la petita vareta metàl·lica de 12 mm de llarg com a eix.

A la part inferior de la imatge es veu la brida que s’adjunta al braç de Micro Servo.

Cal foradar un forat d’1,5 mm a la clavilla de fusta (a la part inferior dreta de la imatge), en cas contrari la fusta es trencarà.

Pas 5: Servoarticulació

Perforeu un forat de 4,2 mm al braç de servo estàndard i afegiu-hi una osca a la vareta metàl·lica de 14 mm per a l’anell a pressió.

Enganxeu una de les volanderes al servobraç.

Així s’apilen els components de dalt a baix:

1) Munteu l’anell de pressió a l’eix

2) Afegiu una rentadora

3) Mantingueu el servobraç sota el braç d’extensió i premeu l’eix muntat a través d’ell.

4) Afegiu una mica de cola a l'anell de fixació i premeu-lo des de la part inferior sobre l'eix.

La imatge no està actualitzada. En lloc del segon toc instantani, crida mostrar l'anell de fixació. La idea de l'anell de fixació és una millora del disseny original.

Pas 6: muntatge servo

El servo estàndard està connectat a l'actuador. Per fer passar el servo a través de l’obertura, heu d’eliminar-ne la tapa inferior per poder doblegar el cable cap avall.

Els cargols de muntatge entren primer als cascos de desordenament i després a través dels forats de l’actuador. Traieu els cargols als blocs de fixació que es col·loquen per sota de la base LnR.

Pas 7: moviment longitudinal

Amb l’aixeta de rosca M4, heu tallat un fil als forats de 3,3 mm del pla posterior de la base LnR.

El control lliscant es mou sobre les dues barres metàl·liques. Aquests s’empenyen pels forats frontals de 4,2 mm de la LnR-Base, després a través dels coixinets lliscants i es fixen amb el fil M4 al pla posterior de l’actuador.

Pas 8: tapa

Aquest és el LnR Actuator!

Per arreglar el cable Micro Servo, s’utilitza una part d’un clip de paper. Muntar la campana a l’actuador i ja està.

Pas 9: Arduino Sketch (opcional)

Connecteu dos potenciòmetres a les entrades Arduino A0 i A1. Els pins de senyal són 7 per al moviment giratori i 8 per al moviment longitudinal.

És important que agafeu els 5 volts de l'Arduino per als potenciòmetres i no de la font d'alimentació externa de 5 V. Per conduir els servos heu d'utilitzar una font d'alimentació externa.

Pas 10: més enllà d'un exemple de programació (opcional)

Així és com cancel·lo els errors sistemàtics del programari que controla l'actuador LnR. En eliminar l’error de posicionament a causa de la transformació mecànica i del joc mecànic, és possible una precisió de posicionament de 0,5 mil·límetres en direcció longitudinal i 1 grau de moviment rotatori.

Transformació mecànica: la funció de mapa d'Arduinos [5] es pot escriure com: f (x) = a + bx. Per al conjunt de dades de demostració [6], la desviació màxima és d’1,9 mm. Això significa que, en algun moment, la posició de l'actuador es troba a gairebé 2 mil·límetres del valor mesurat.

Amb un polinomi amb un grau de 3, f (x) = a + bx + cx ^ 2 + dx ^ 3, la desviació màxima per a les dades de demostració és de 0,3 mil·límetres; 6 vegades més precís. Per determinar els paràmetres a, b, c i d, heu de mesurar almenys 5 punts. El conjunt de dades de demostració té més de 5 punts de mesura, però n'hi ha prou amb 5.

Joc mecànic: a causa del joc mecànic, hi ha un desplaçament en la posició si es mou l'actuador primer cap endavant i després cap enrere, o si es mou en sentit horari i després en sentit contrari. En la direcció longitudinal, l'actuador té un joc mecànic a les dues juntes entre el servo braç i el control lliscant. Per al moviment de rotació, l’actuador té un joc mecànic entre el control lliscant i els eixos. Els servomotors també tenen algun joc mecànic. Per cancel·lar el joc mecànic, les regles són: A) Quan es mou cap endavant o en sentit horari, la fórmula és: f (x) = P (x) B) Quan es mou cap enrere o en sentit antihorari, la fórmula és: f (x) = P (x) + O (x)

P (x) i O (x) són polinomis. O és el desplaçament que s’afegeix a causa del joc mecànic. Per determinar els paràmetres polinòmics, mesureu 5 punts quan es mou en una direcció i els mateixos 5 punts quan es mou en la direcció oposada.

Si teniu previst controlar diversos servomotors amb un Arduino i us he convençut de fer un calibratge de programari mitjançant polinomis, doneu un cop d'ull a la meva biblioteca prfServo Arduino [4].

Per al vídeo de la unitat de plom, es va utilitzar la biblioteca prfServo. Per a cadascun dels quatre servos es va fer un calibratge de cinc punts en ambdues direccions.

Altres errors sistemàtics: l'actuador té errors sistemàtics addicionals: fregament, excentricitat i resolució de la servoteca i servomotors usats.

Potser, més com un fet divertit, la resolució de l’Adafruit Servo Shield [3] és de 0,15 mm en direcció longitudinal. Per això, el servo escut utilitza el xip PCA9685 per produir el senyal PWM. El PCA9685 està dissenyat per crear senyals PWM entre el 0 i el 100% i té 4096 valors per a això. Però per a un servo, només s’utilitzen valors de let que diu 200 (880 μs) a 500 (2215 μs). El cub de 45 mm dividit per 300 fa 0,15 mm. Si feu el càlcul del moviment de rotació, 180º dividit per 300 punts és 0,6º.

Pas 11: referències

[1] Arduino: https://www.arduino.cc/[2] Servo biblioteca: https://www.arduino.cc/en/reference/servo[3] Adafruit ServoShield: https://www.adafruit. com / product / 1411 [4] biblioteca prfServo: https://github.com/mrstefangrimm/prfServo[5] Funció de mapa Arduino:

[6] Conjunt de dades d'exemple: 0 4765 42610 38815 35620 32525 30030 27635 25240 22445 194