Attuatore lineare e rotativo: 11 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Questo Instructable parla di come realizzare un attuatore lineare con un albero girevole. Ciò significa che puoi spostare un oggetto avanti e indietro e ruotarlo contemporaneamente. È possibile spostare avanti e indietro un oggetto di 45 mm (1,8 pollici) e ruotarlo di 180 gradi.

I costi sono di circa $50. Tutte le parti possono essere stampate in 3D o acquistate in un negozio di ferramenta.

I motori utilizzati sono due servomotori disponibili in commercio. Oltre al prezzo contenuto, i servo hanno una caratteristica utile: i servo non necessitano di alcuna logica di controllo aggiuntiva. Nel caso si utilizzi un Arduino [1] e la sua libreria Servo [2], la scrittura di un valore compreso tra 0 e 180 è direttamente la posizione del servomotore e nel nostro caso la posizione dell'attuatore. Conosco solo Arduino ma sono sicuro che su altre piattaforme è anche molto semplice controllare i servi e quindi questo attuatore.

Per costruirlo hai bisogno di un trapano a colonna e di un trapano in metallo da 4,2 mm. Stai per forare i dadi M4 per essere i tuoi cuscinetti a manicotto.

Inoltre hai bisogno di una buona morsa da banco e di un dado a vite per tagliare una filettatura M4 su un'asta di metallo. Per il fissaggio delle aste è necessario un maschio a vite M4.

Forniture

1 Servo Tower Pro standard MG946R. Viene fornito con servobraccio, 4 viti di montaggio M2 e 4 scafi in ottone d3

1 Micro Servo Tower Pro MG90S. Viene fornito con braccio servo e 2 viti di montaggio

11 M2 x l10 mm vite a testa piatta

4 rondelle M4

6 dado M4

1 Anello elastico d4 mm

1 Graffetta d1 mm

1 Tassello in legno d6 x l120

2 Asta in acciaio o alluminio d4 x l166 con filettatura M4 x l15 su un'estremità

1 Asta in acciaio o alluminio d4 x l14 con tacca ad anello elastico

1 Asta in acciaio o alluminio d4 x l12

Legenda: l:lunghezza in millimetri, d:diametro in millimetri

Passaggio 1: parti stampate in 3D

È necessario stampare le parti sul lato sinistro o sul lato destro. Le immagini in questo Instructable mostrano un attuatore LnR sul lato sinistro (guardando dal davanti, il tassello di legno è sul lato sinistro).

Se non hai una stampante 3D, ti consiglio di cercare un servizio di stampa 3D nelle vicinanze.

Passaggio 2: cuscinetti a scorrimento

Come cuscinetti vengono utilizzati i dadi M4! Per questo, fai i fori (M4/3,3 mm) con il trapano per metallo da 4,2 mm. Premere i dadi M4 forati nelle aperture del cursore.

Incolla 2 rondelle M4 sul cursore e sulla parte superiore del cursore.

Fase 3: Servo Mirco e braccio di estensione

Montare il Micro Servo sul cursore.

Sul lato destro si vede il braccio di estensione e i restanti 2 dadi M4. Premere i dadi M4 forati nelle aperture del braccio di estensione.

Passaggio 4: dispositivo di scorrimento e albero girevole

Assemblare il cursore, il braccio di estensione e la parte superiore del cursore. Utilizzare come asse la piccola asta di metallo lunga 12 mm.

Nella parte inferiore dell'immagine si vede la flangia che è attaccata al braccio Micro Servo.

È necessario praticare un foro di 1,5 mm nel tassello di legno (in basso a destra nell'immagine), altrimenti il legno si romperà.

Passaggio 5: giunto del servo

Praticare un foro da 4,2 mm nel braccio del servo standard e aggiungere una tacca all'asta di metallo da 14 mm per l'anello elastico.

Incolla una delle rondelle sul braccio del servo.

Ecco come impilare i componenti dall'alto verso il basso:

1) Montare l'anello elastico sull'asse

2) Aggiungi una rondella

3) Tenere il braccio del servo sotto il braccio di estensione e premere l'asse assemblato attraverso di esso.

4) Aggiungere un po' di colla all'anello di fissaggio e premerlo dal basso sull'asse.

L'immagine non è aggiornata. Invece del secondo anello elastico, mostra l'anello di fissaggio. L'idea con l'anello di fissaggio è un miglioramento del design originale.

Passaggio 6: supporto del servo

Il servo standard è collegato all'attuatore. Per portare il servo attraverso l'apertura, è necessario rimuovere il suo cappuccio inferiore in modo da poter piegare il cavo verso il basso.

Le viti di montaggio vanno prima negli scafi disordinati, poi attraverso i fori nell'attuatore. Forare le viti nei blocchi di fissaggio che sono posti sotto la LnR-Base.

Passaggio 7: movimento longitudinale

Con il maschiatore M4 si taglia una filettatura nei fori da 3,3 mm del piano posteriore dell'LnR-Base.

Il cursore si sposta sulle due aste metalliche. Questi vengono spinti attraverso i fori anteriori da 4,2 mm della LnR-Base, quindi attraverso i cuscinetti del cursore e fissati con la filettatura M4 nel piano posteriore dell'attuatore.

Passaggio 8: copertura

Questo è l'attuatore LnR!

Per fissare il cavo Micro Servo, viene utilizzata una parte di una graffetta. Montare la cappa sull'attuatore e il gioco è fatto.

Passaggio 9: schizzo Arduino (opzionale)

Collega due potenziometri agli ingressi Arduino A0 e A1. I pin di segnale sono 7 per il movimento rotatorio e 8 per il movimento longitudinale.

È importante prendere i 5 Volt dall'Arduino per i potenziometri e non dall'alimentatore esterno da 5 V. Per pilotare i servi devi usare un alimentatore esterno.

Passaggio 10: oltre a un esempio di programmazione (opzionale)

In questo modo cancello gli errori sistematici nel software che controlla l'attuatore LnR. Eliminando l'errore di posizionamento dovuto alla trasformazione meccanica e al gioco meccanico, è possibile una precisione di posizionamento di 0,5 millimetri in direzione longitudinale e 1 grado in movimento rotatorio.

Trasformazione meccanica: la funzione mappa di Arduino [5] può essere scritta come: f(x) = a + bx. Per il set di dati demo [6], la deviazione massima è di 1,9 mm. Ciò significa che ad un certo punto la posizione dell'attuatore si trova a quasi 2 millimetri di distanza dal valore misurato.

Con un polinomio di grado 3, f(x) = a + bx + cx^2 + dx^3, la deviazione massima per i dati demo è di 0,3 millimetri; 6 volte più preciso. Per determinare i parametri a, b, c e d, è necessario misurare almeno 5 punti. Il set di dati demo ha più di 5 punti di misurazione, ma 5 sono sufficienti.

Gioco meccanico: A causa del gioco meccanico, c'è un offset nella posizione se si sposta l'attuatore prima in avanti e poi indietro, o se lo si sposta in senso orario e poi antiorario. In senso longitudinale, l'attuatore ha gioco meccanico nei due giunti tra il braccio del servo e il cursore. Per il movimento rotatorio, l'attuatore ha un gioco meccanico tra il cursore e gli alberi. I servomotori hanno anche alcuni giochi meccanici. Per annullare il gioco meccanico le regole sono: A) Quando ci si sposta in avanti o in senso orario, la formula è: f(x) = P(x) B) Quando ci si sposta indietro o in senso antiorario, la formula è: f(x) = P (x) + O(x)

P(x) e O(x) sono polinomi. O è l'offset che viene aggiunto a causa del gioco meccanico. Per determinare i parametri del polinomio, misurare 5 punti quando ci si muove in una direzione e gli stessi 5 punti quando ci si sposta nella direzione opposta.

Se hai intenzione di controllare più servomotori con un Arduino e ti ho convinto a fare una calibrazione software usando i polinomi, dai un'occhiata alla mia libreria prfServo Arduino [4].

Per il video sull'unità a mina è stata utilizzata la libreria prfServo. Per ciascuno dei quattro servi è stata eseguita una calibrazione a cinque punti in entrambe le direzioni.

Altri errori sistematici: l'attuatore presenta errori sistematici aggiuntivi: attrito, eccentricità e risoluzione della libreria dei servo e dei servomotori utilizzati.

Forse, più divertente, la risoluzione dell'Adafruit Servo Shield [3] è di 0,15 mm in direzione longitudinale! Ecco perché: il servo shield utilizza il chip PCA9685 per produrre il segnale PWM. Il PCA9685 è progettato per creare segnali PWM tra 0 e 100% e ha 4096 valori per questo. Ma per un servo, vengono utilizzati solo i valori di let dice da 200 (880 μs) a 500 (2215 μs). Il mozzo da 45 mm diviso 300 è 0,15 mm. Se fai i calcoli per il movimento rotatorio, 180º diviso per 300 punti è 0,6º.

Passaggio 11: riferimenti

[1] Arduino: https://www.arduino.cc/[2] Libreria servo: https://www.arduino.cc/en/reference/servo[3] Adafruit ServoShield: https://www.adafruit. com/product/1411[4] Libreria prfServo: https://github.com/mrstefangrimm/prfServo[5] Funzione mappa Arduino:

[6] Esempio di set di dati:0 4765 42610 38815 35620 32525 30030 27635 25240 22445 194