Lineær og roterende aktuator: 11 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Denne instruks handler om, hvordan man laver en lineær aktuator med en roterbar aksel. Det betyder, at du kan flytte et objekt frem og tilbage og rotere det på samme tid. Det er muligt at flytte et objekt 45 mm (1,8 tommer) frem og tilbage og rotere det 180 grader.

Omkostningerne er cirka $ 50. Alle delene kan enten 3D -printes eller købes i en isenkræmmer.

De brugte motorer er to servomotorer, der fås i handelen. Udover den lave pris har servoer en nyttig egenskab: Servoer har ikke brug for yderligere kontrollogik. Hvis du bruger en Arduino [1] og dens servobibliotek [2], er skrivningen af en værdi mellem 0 og 180 direkte servomotorens position og i vores tilfælde aktuatorens position. Jeg kender kun Arduino, men jeg er sikker på, at det på andre platforme også er meget enkelt at styre servoer og dermed denne aktuator.

For at bygge det skal du bruge en stående boremaskine og et 4,2 mm metalbor. Du kommer til at bore M4 møtrikker ud for at være dine ærmelager.

Yderligere har du brug for en god bænkskruestik og en skruemat til at skære et M4 -gevind på en metalstang. Til fastgørelse af stængerne kræves en M4 skruehane.

Forbrugsvarer

1 Standard Servo Tower Pro MG946R. Leveres med servoarm, 4 M2 monteringsskruer og 4 d3 messingskrog

1 Micro Servo Tower Pro MG90S. Leveres med servoarm og 2 monteringsskruer

11 M2 x l10 mm fladskruet skrue

4 M4 skive

6 M4 møtrik

1 Snapring d4 mm

1 papirclips d1 mm

1 træpind d6 x l120

2 Stål eller aluminiumstang d4 x l166 med M4 x l15 gevind i den ene ende

1 Stål- eller aluminiumsstang d4 x l14 med snapring

1 Stål eller aluminiumstang d4 x l12

Forklaring: l: længde i millimeter, d: diameter i millimeter

Trin 1: 3D -udskrevne dele

Du skal enten udskrive de venstre- eller højresidede dele. Billederne i denne instruktionsbog viser en venstre-sidet LnR-aktuator (set fra forsiden er træpinden på venstre side).

Hvis du ikke har en 3D -printer, anbefaler jeg, at du leder efter en 3D -udskrivningstjeneste i nærheden.

Trin 2: Glidelejer

Som lejer bruges M4 møtrikkerne! Til det borer du hullerne (M4/3,3 mm) ud med 4,2 mm metalboret. Tryk de udborede M4 møtrikker ind i åbningerne i skyderen.

Lim 2 M4 skiver på skyderen og skyderen.

Trin 3: Mirco Servo og forlængerarm

Monter Micro Servo på skyderen.

På højre side ser du forlængelsesarmen og de resterende 2 M4 møtrikker. Tryk de udborede M4 -møtrikker ind i forlængelsesarmens åbninger.

Trin 4: Glider og roterbart skaft

Saml skyder, forlængerarm og skyderplade. Brug den lille 12 mm lange metalstang som aksen.

Nederst på billedet ser du flangen, der er fastgjort til Micro Servo -armen.

Du skal bore et 1,5 mm hul i træduglen (nederst til højre på billedet), ellers går træet i stykker.

Trin 5: Servosamling

Bor et hul på 4,2 mm i standard servoarmen, og tilføj et hak til 14 mm metalstangen til snapringen.

Lim en af skiverne på servoarmen.

Sådan stabler du komponenterne fra top til bund:

1) Monter snapringen på aksen

2) Tilføj en skive

3) Hold servoarmen under forlængelsesarmen, og tryk den samlede akse igennem den.

4) Tilføj lidt lim til fikseringsringen, og tryk den nedefra på aksen.

Billedet er ikke up-to-date. I stedet for den anden snapring råber den, viser fikseringsringen. Ideen med fikseringsringen er en forbedring af det originale design.

Trin 6: Servomontage

Standardservoen er fastgjort til aktuatoren. For at bringe servoen gennem åbningen skal du fjerne dens bunddæksel, så du kan bøje kablet ned.

Monteringsskruerne går først ind i skroget, derefter gennem hullerne i aktuatoren. Bor skruerne i fikseringsblokkene, der sættes under LnR-basen.

Trin 7: Langsgående bevægelse

Med M4 skruehanen skærer du en tråd ind i 3,3 mm hullerne på LnR-basens bagplan.

Glideren bevæger sig på de to metalstænger. Disse skubbes gennem de 4,2 mm forreste huller i LnR-basen, derefter gennem glidelejerne og fikseres med M4-gevindet i aktuatorens bagplan.

Trin 8: Dæk

Det er LnR -aktuatoren!

Til fastgørelse af Micro Servo -kablet bruges en del af en papirclips. Monter emhætten på aktuatoren, og du er færdig.

Trin 9: Arduino Sketch (valgfrit)

Tilslut to potentiometre til Arduino -indgangene A0 og A1. Signaltappene er 7 til roterende og 8 til langsgående bevægelse.

Det er vigtigt, at du tager de 5 volt fra Arduino for potentiometrene og ikke fra den eksterne 5 V strømforsyning. For at køre servoer skal du bruge en ekstern strømforsyning.

Trin 10: Ud over et programmeringseksempel (valgfrit)

Sådan annullerer jeg systematiske fejl i den software, der styrer LnR -aktuatoren. Ved at eliminere placeringsfejl på grund af mekanisk transformation og på grund af mekanisk spil er en positioneringsnøjagtighed på 0,5 millimeter i længderetning og 1 grader i roterende bevægelse mulig.

Mekanisk transformation: Arduinos kortfunktion [5] kan skrives som: f (x) = a + bx. For demodatasættet [6] er den maksimale afvigelse 1,9 mm. Dette betyder på et tidspunkt, at aktuatorens position er næsten 2 millimeter væk fra den målte værdi.

Med et polynom med en grad på 3, f (x) = a + bx + cx^2 + dx^3 er den maksimale afvigelse for demodataene 0,3 millimeter; 6 gange mere præcis. For at bestemme parametrene a, b, c og d skal du måle mindst 5 punkter. Demodatasættet har mere end 5 målepunkter, men 5 er tilstrækkelige.

Mekanisk spil: På grund af det mekaniske spil er der en forskydning i positionen, hvis du først bevæger aktuatoren fremad og derefter bagud, eller hvis du flytter den med uret og derefter mod uret. I længderetningen har aktuatoren mekanisk spil i de to led mellem servoarmen og skyderen. Til rotationsbevægelsen har aktuatoren mekanisk spil mellem skyderen og akslerne. Servomotorerne har også noget mekanisk spil selv. For at annullere den mekaniske afspilning er reglerne: A) Når man bevæger sig fremad eller med uret, er formlen: f (x) = P (x) B) Når man bevæger sig baglæns eller mod uret, er formlen: f (x) = P (x) + O (x)

P (x) og O (x) er polynomer. O er den forskydning, der tilføjes på grund af det mekaniske spil. For at bestemme polynomparametrene måles 5 punkter ved bevægelse i en retning og de samme 5 punkter ved bevægelse i den modsatte retning.

Hvis du planlægger at styre flere servomotorer med en Arduino, og jeg overbeviste dig om at lave en softwarekalibrering ved hjælp af polynomier, kan du kigge på mit prfServo Arduino -bibliotek [4].

Til blyanten bly video drev prfServo biblioteket blev brugt. For hver af de fire servoer blev der udført en fempunktskalibrering i begge retninger.

Andre systematiske fejl: Aktuatoren har yderligere systematiske fejl: Friktion, excentricitet og opløsning af det brugte servobibliotek og servomotorer.

Måske mere som en sjov kendsgerning, er opløsningen på Adafruit Servo Shield [3] 0,15 mm i længderetningen! Her er grunden: Servoskjoldet bruger PCA9685 -chippen til at producere PWM -signalet. PCA9685 er designet til at skabe PWM -signaler mellem 0 og 100 % og har 4096 værdier for det. Men for en servo bruges kun værdier af lets siger 200 (880 μs) til 500 (2215 μs). 45 mm nav divideret med 300 er 0,15 mm. Hvis du beregner den roterende bevægelse, er 180º divideret med 300 punkter 0,6º.

Trin 11: Referencer

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

[6] Eksempel på datasæt: 0 4765 42610 38815 35620 32525 30030 27635 25240 22445 194