Atuador linear e rotativo: 11 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este manual é sobre como fazer um atuador linear com um eixo rotativo. Isso significa que você pode mover um objeto para frente e para trás e girá-lo ao mesmo tempo. É possível mover um objeto 45 mm (1,8 pol.) Para frente e para trás e girá-lo 180 graus.

Os custos são de aproximadamente $ 50. Todas as peças podem ser impressas em 3D ou compradas em uma loja de ferragens.

Os motores usados são dois servo motores disponíveis comercialmente. Além do preço baixo, os servos têm uma característica útil: os servos não precisam de nenhuma lógica de controle adicional. Caso você esteja usando um Arduino [1] e sua biblioteca Servo [2], a escrita de um valor entre 0 e 180 é diretamente a posição do servo motor e no nosso caso a posição do atuador. Eu só conheço o Arduino, mas tenho certeza que em outras plataformas também é muito simples controlar servos e, portanto, este atuador.

Para construí-lo, você precisa de uma furadeira vertical e uma furadeira de metal de 4,2 mm. Você vai perfurar porcas M4 para serem seus mancais.

Além disso, você precisa de um bom torno de bancada e um molde de parafuso para cortar uma rosca M4 em uma haste de metal. Para a fixação das hastes é necessária uma torneira de rosca M4.

Suprimentos

1 Servo Tower Pro MG946R padrão. Vem com braço servo, 4 parafusos de montagem M2 e cascos de latão 4 d3

1 Micro Servo Tower Pro MG90S. Vem com braço servo e 2 parafusos de montagem

Parafuso de cabeça chata 11 M2 x l10 mm

4 arruela M4

6 porca M4

1 anel elástico d4 mm

1 clipe de papel d1 mm

1 pino de madeira d6 x l120

2 Haste de aço ou alumínio d4 x l166 com rosca M4 x l15 em uma extremidade

1 haste de aço ou alumínio d4 x l14 com um entalhe de anel de pressão

1 haste de aço ou alumínio d4 x l12

Legenda: l: comprimento em milímetros, d: diâmetro em milímetros

Etapa 1: peças impressas em 3D

Você precisa imprimir as partes do lado esquerdo ou direito. As imagens neste Instructable mostram um atuador LnR do lado esquerdo (olhando de frente, o pino de madeira está no lado esquerdo).

Se você não tiver uma impressora 3D, recomendo procurar um serviço de impressão 3D nas proximidades.

Etapa 2: Rolamentos deslizantes

Como rolamentos, as porcas M4 são usadas! Para isso, faça os furos (M4 / 3,3 mm) com a broca de metal de 4,2 mm. Pressione as porcas M4 perfuradas nas aberturas do controle deslizante.

Cole 2 arruelas M4 no controle deslizante e na parte superior do controle deslizante.

Etapa 3: Servo Mirco e braço de extensão

Monte o Micro Servo no controle deslizante.

No lado direito você vê o braço de extensão e as 2 porcas M4 restantes. Pressione as porcas M4 perfuradas nas aberturas do braço de extensão.

Etapa 4: controle deslizante e eixo giratório

Monte o controle deslizante, o braço de extensão e a parte superior do controle deslizante. Use a pequena haste de metal de 12 mm de comprimento como eixo.

Na parte inferior da imagem, você vê o flange que está conectado ao braço Micro Servo.

Você precisa fazer um furo de 1,5 mm no pino de madeira (canto inferior direito da imagem), caso contrário, a madeira irá quebrar.

Etapa 5: Servo Joint

Faça um furo de 4,2 mm no braço servo padrão e adicione um entalhe à haste de metal de 14 mm para o anel elástico.

Cole uma das arruelas no braço do servo.

É assim que você empilha os componentes de cima para baixo:

1) Monte o anel elástico no eixo

2) Adicionar uma arruela

3) Segure o braço servo sob o braço de extensão e pressione o eixo montado através dele.

4) Adicione um pouco de cola no anel de fixação e pressione de baixo para cima no eixo.

A imagem não está atualizada. Em vez do segundo anel elástico, grite para mostrar o anel de fixação. A ideia com o anel de fixação é um aprimoramento ao design original.

Etapa 6: Montagem do Servo

O servo padrão é conectado ao atuador. A fim de trazer o servo através da abertura, você precisa remover sua tampa inferior para que possa dobrar o cabo para baixo.

Os parafusos de montagem vão primeiro para os cascos bagunçados e, em seguida, para os orifícios do atuador. Perfure os parafusos nos blocos de fixação que são colocados abaixo da Base LnR.

Etapa 7: movimento longitudinal

Com a torneira de rosca M4, você corta uma rosca nos orifícios de 3,3 mm do painel traseiro da Base LnR.

O controle deslizante se move nas duas hastes de metal. Estes são empurrados através dos orifícios dianteiros de 4,2 mm da Base LnR, em seguida, através dos rolamentos deslizantes e fixados com a rosca M4 no painel traseiro do atuador.

Etapa 8: cobrir

Esse é o atuador LnR!

Para fixar o cabo Micro Servo, uma parte de um clipe de papel é usada. Monte o capô no atuador e pronto.

Etapa 9: Arduino Sketch (opcional)

Conecte dois potenciômetros às entradas A0 e A1 do Arduino. Os pinos de sinal são 7 para movimento rotativo e 8 para movimento longitudinal.

É importante que você pegue os 5 Volts do Arduino para os potenciômetros e não da fonte de alimentação externa de 5 V. Para acionar os servos, você deve usar uma fonte de alimentação externa.

Etapa 10: além de um exemplo de programação (opcional)

É assim que cancelo erros sistemáticos no software que controla o atuador LnR. Ao eliminar o erro de posicionamento devido à transformação mecânica e devido ao jogo mecânico, uma precisão de posicionamento de 0,5 milímetros na direção longitudinal e 1 grau no movimento rotativo é possível.

Transformação mecânica: a função de mapa de Arduinos [5] pode ser escrita como: f (x) = a + bx. Para o conjunto de dados de demonstração [6], o desvio máximo é de 1,9 mm. Isso significa que em algum ponto, a posição do atuador está quase 2 milímetros distante do valor medido.

Com um polinômio com grau 3, f (x) = a + bx + cx ^ 2 + dx ^ 3, o desvio máximo para os dados de demonstração é 0,3 milímetros; 6 vezes mais preciso. Para determinar os parâmetros a, b, c e d, você deve medir pelo menos 5 pontos. O conjunto de dados de demonstração tem mais de 5 pontos de medição, mas 5 são suficientes.

Folga mecânica: devido à folga mecânica, há um deslocamento na posição se você mover o atuador primeiro para frente e depois para trás, ou se movê-lo no sentido horário e depois no sentido anti-horário. No sentido longitudinal, o atuador possui folga mecânica nas duas articulações entre o braço servo e o cursor. Para o movimento rotativo, o atuador possui jogo mecânico entre o cursor e os eixos. Os servo motores também possuem algum jogo mecânico. Para cancelar o jogo mecânico, as regras são: A) Ao mover para a frente ou no sentido horário, a fórmula é: f (x) = P (x) B) Ao mover para trás ou no sentido anti-horário, a fórmula é: f (x) = P (x) + O (x)

P (x) e O (x) são polinômios. O é o deslocamento adicionado devido ao jogo mecânico. Para determinar os parâmetros polinomiais, meça 5 pontos ao mover em uma direção e os mesmos 5 pontos ao mover na direção oposta.

Se você está planejando controlar vários servo motores com um Arduino e eu o convenci a fazer uma calibração de software usando polinômios, dê uma olhada na minha biblioteca prfServo Arduino [4].

Para o vídeo da unidade de grafite, foi usada a biblioteca prfServo. Para cada um dos quatro servos, uma calibração de cinco pontos foi feita em ambas as direções.

Outros erros sistemáticos: O atuador tem erros sistemáticos adicionais: Fricção, excentricidade e a resolução da biblioteca de servo e servo motores usados.

Talvez, mais curiosamente, a resolução do Escudo Servo Adafruit [3] seja de 0,15 mm na direção longitudinal! Aqui está o motivo: O servo-escudo usa o chip PCA9685 para produzir o sinal PWM. O PCA9685 é projetado para criar sinais PWM entre 0 e 100% e possui 4096 valores para isso. Mas para um servo, apenas os valores de digamos 200 (880 μs) a 500 (2215 μs) são usados. O cubo de 45 mm dividido por 300 tem 0,15 mm. Se você fizer a matemática para o movimento rotativo, 180º dividido por 300 pontos é 0,6º.

Etapa 11: Referências

[1] Arduino: https://www.arduino.cc/[2] Biblioteca Servo: 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] Função do mapa Arduino:

[6] Conjunto de dados de exemplo: 0 4765 42610 38815 35620 32525 30030 27635 25240 22445 194