Lineær og roterende aktuator: 11 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Denne instruksen handler om hvordan du lager en lineær aktuator med en roterbar aksel. Dette betyr at du kan flytte et objekt frem og tilbake og rotere det samtidig. Det er mulig å flytte et objekt 45 mm (1,8 tommer) frem og tilbake og rotere det 180 grader.

Kostnadene er omtrent $ 50. Alle delene kan enten trykkes i 3D eller kjøpes i en jernvarehandel.

De brukte motorene er to servomotorer som er tilgjengelig i handelen. Ved siden av lavprisen har servoer en nyttig egenskap: Servoer trenger ingen ekstra kontrolllogikk. Hvis du bruker en Arduino [1] og dens servobibliotek [2], er skrivingen av en verdi mellom 0 og 180 direkte posisjonen til servomotoren og i vårt tilfelle posisjonen til aktuatoren. Jeg kjenner bare Arduino, men jeg er sikker på at det på andre plattformer også er veldig enkelt å kontrollere servoer og dermed denne aktuatoren.

For å bygge den trenger du en stående boremaskin og en 4,2 mm metallbor. Du kommer til å bore ut M4 -muttere for å være hylser.

Videre trenger du en god benkskrue og en skruemaskin for å kutte en M4 -gjeng på en metallstang. For fiksering av stengene kreves en M4 skruekran.

Rekvisita

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

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

11 M2 x l10 mm flatskrue

4 M4 vaskemaskin

6 M4 mutter

1 Snapring d4 mm

1 binders d1 mm

1 trepinne d6 x l120

2 Stål eller aluminiumstang d4 x l166 med M4 x l15 gjeng i den ene enden

1 Stål eller aluminiumstang d4 x l14 med hakket ring

1 Stål eller aluminiumstang d4 x l12

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

Trinn 1: 3D -trykte deler

Du må enten skrive ut venstre eller høyre side. Bildene i denne instruksjonsboken viser en venstresidig LnR-aktuator (sett fra forsiden er trepluggen på venstre side).

Hvis du ikke har en 3D -skriver, anbefaler jeg å lete etter en 3D -utskriftstjeneste i nærheten.

Trinn 2: Glideleier

Som lagre brukes M4 -mutrene! For det borer du ut (M4/3,3 mm) hullene med 4,2 mm metallbor. Trykk de utborede M4 -mutrene inn i åpningene i glidebryteren.

Lim 2 M4 -skiver på glidebryteren og glidebryteren.

Trinn 3: Mirco Servo og forlengelsesarm

Monter Micro Servo på glidebryteren.

På høyre side ser du forlengelsesarmen og de resterende 2 M4 -mutrene. Trykk de utborede M4 -mutrene inn i åpningene på forlengelsesarmen.

Trinn 4: Glidebryter og roterbart skaft

Monter glidebryteren, forlengelsesarmen og glidebryteren. Bruk den lille 12 mm lange metallstangen som aksen.

Nederst på bildet ser du flensen som er festet til Micro Servo -armen.

Du må bore et 1,5 mm hull i trepluggen (nederst til høyre på bildet), ellers vil treet gå i stykker.

Trinn 5: Servosamling

Bor et 4,2 mm hull i standard servoarm og legg til et hakk på 14 mm metallstangen til snapringen.

Lim en av skivene på servoarmen.

Slik stabler du komponentene fra topp til bunn:

1) Monter snapringen på aksen

2) Legg til en vaskemaskin

3) Hold servoarmen under forlengelsesarmen og trykk den monterte aksen gjennom den.

4) Tilsett litt lim til fikseringsringen og trykk den fra bunnen på aksen.

Bildet er ikke oppdatert. I stedet for den andre snapringen roper den, viser fikseringsringen. Ideen med fikseringsringen er en forbedring av det originale designet.

Trinn 6: Servomontasje

Standard servoen er festet til aktuatoren. For å bringe servoen gjennom åpningen, må du fjerne bunnhetten slik at du kan bøye kabelen ned.

Monteringsskruene går først inn i skroget, deretter gjennom hullene i aktuatoren. Bor skruene i festeblokkene som er satt under LnR-sokkelen.

Trinn 7: Langsgående bevegelse

Med M4-skruekranen kutter du en tråd inn i 3,3 mm-hullene på bakplanet på LnR-basen.

Glidebryteren beveger seg på de to metallstavene. Disse skyves gjennom de 4,2 mm fremre hullene på LnR-basen, deretter gjennom glidelagrene og festes med M4-gjengen i aktuatorens bakplan.

Trinn 8: Dekk

Det er LnR -aktuatoren!

For å fikse Micro Servo -kabelen brukes en del av en binders. Monter hetten på aktuatoren, og du er ferdig.

Trinn 9: Arduino Sketch (valgfritt)

Koble to potensiometre til Arduino -inngangene A0 og A1. Signalpinnene er 7 for roterende og 8 for langsgående bevegelse.

Det er viktig at du tar de 5 volt fra Arduino for potensiometrene og ikke fra den eksterne 5 V strømforsyningen. For å kjøre servoer må du bruke en ekstern strømforsyning.

Trinn 10: Utover et programmeringseksempel (valgfritt)

Slik avbryter jeg systematiske feil i programvaren som styrer LnR -aktuatoren. Ved å eliminere posisjonsfeil på grunn av mekanisk transformasjon og på grunn av mekanisk spill, er en posisjoneringsnøyaktighet på 0,5 millimeter i lengderetning og 1 grader i roterende bevegelse mulig.

Mekanisk transformasjon: Arduinos kartfunksjon [5] kan skrives som: f (x) = a + bx. For demodatasettet [6] er maksimal avvik 1,9 mm. Dette betyr at på et tidspunkt er aktuatorens posisjon nesten 2 millimeter unna måleverdien.

Med et polynom med en grad på 3, f (x) = a + bx + cx^2 + dx^3, er maksimal avvik for demodata 0,3 millimeter; 6 ganger mer nøyaktig. For å bestemme parameterne a, b, c og d må du måle minst 5 poeng. Demodatasettet har mer enn 5 målepunkter, men 5 er tilstrekkelige.

Mekanisk avspilling: På grunn av det mekaniske spillet er det en forskyvning i posisjonen hvis du flytter aktuatoren først fremover og deretter bakover, eller hvis du flytter den med klokken og deretter mot klokken. I lengderetningen har aktuatoren mekanisk spill i de to leddene mellom servoarmen og glidebryteren. For rotasjonsbevegelsen har aktuatoren mekanisk spill mellom glidebryteren og akslene. Servomotorene har også noe mekanisk spill selv. For å avbryte det mekaniske spillet er reglene: A) Når du beveger deg fremover eller med klokken, er formelen: f (x) = P (x) B) Når du beveger deg bakover eller mot klokken, er formelen: f (x) = P (x) + O (x)

P (x) og O (x) er polynomer. O er forskyvningen som er lagt til på grunn av det mekaniske spillet. For å bestemme polynomparametrene måler du 5 poeng når du beveger deg i en retning og de samme 5 punktene når du beveger deg i motsatt retning.

Hvis du planlegger å kontrollere flere servomotorer med en Arduino og jeg overbeviste deg om å gjøre en programvarekalibrering ved hjelp av polynomer, kan du se på mitt prfServo Arduino -bibliotek [4].

For blyanthåndteringsvideoen ble biblioteket prfServo brukt. For hver av de fire servoene ble det utført en fempunktskalibrering i begge retninger.

Andre systematiske feil: Aktuatoren har ytterligere systematiske feil: Friksjon, eksentrisitet og oppløsning av det brukte servobiblioteket og servomotorer.

Kanskje mer som et morsomt faktum at oppløsningen til Adafruit Servo Shield [3] er 0,15 mm i lengderetning! Her er grunnen: Servoskjoldet bruker PCA9685 -brikken til å produsere PWM -signalet. PCA9685 er designet for å lage PWM -signaler mellom 0 og 100 % og har 4096 verdier for det. Men for en servo brukes bare verdier av lets sier 200 (880 μs) til 500 (2215 μs). 45 mm nav delt på 300 er 0,15 mm. Hvis du gjør regnestykket for den roterende bevegelsen, er 180º delt på 300 poeng 0,6º.

Trinn 11: Referanser

[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 kartfunksjon:

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