Actuador lineal y rotativo: 11 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Este Instructable trata sobre cómo hacer un actuador lineal con un eje giratorio. Esto significa que puede mover un objeto hacia adelante y hacia atrás y rotarlo al mismo tiempo. Es posible mover un objeto 45 mm (1,8 pulgadas) hacia adelante y hacia atrás y rotarlo 180 grados.

Los costos son aproximadamente $ 50. Todas las piezas pueden imprimirse en 3D o comprarse en una ferretería.

Los motores usados son dos servomotores disponibles comercialmente. Además del bajo precio, los servos tienen una característica útil: los servos no necesitan ninguna lógica de control adicional. En caso de que esté utilizando un Arduino [1] y su biblioteca Servo [2], la escritura de un valor entre 0 y 180 es directamente la posición del servomotor y en nuestro caso la posición del actuador. Solo conozco el Arduino, pero estoy seguro de que en otras plataformas también es muy simple controlar los servos y, por lo tanto, este actuador.

Para construirlo se necesita un taladro de pie y un taladro para metal de 4,2 mm. Vas a perforar tuercas M4 para que sean tus cojinetes deslizantes.

Además, necesita un buen tornillo de banco y un troquel de tornillo para cortar una rosca M4 en una varilla de metal. Para la fijación de las varillas se requiere un macho de rosca M4.

Suministros

1 Servo Tower Pro estándar MG946R. Viene con brazo servo, 4 tornillos de montaje M2 y 4 cascos de latón d3

1 Micro Servo Tower Pro MG90S. Viene con brazo servo y 2 tornillos de montaje

Tornillo de cabeza plana de 11 M2 x l10 mm

4 Arandela M4

6 tuerca M4

1 anillo de retención d4 mm

1 clip de papel d1 mm

1 taco de madera d6 x l120

2 Varilla de acero o aluminio d4 x l166 con rosca M4 x l15 en un extremo

1 Varilla de acero o aluminio d4 x l14 con una muesca de anillo de retención

1 Varilla de acero o aluminio d4 x l12

Leyenda: l: longitud en milímetros, d: diámetro en milímetros

Paso 1: Piezas impresas en 3D

Debe imprimir las partes del lado izquierdo o del lado derecho. Las imágenes en este Instructable muestran un actuador LnR del lado izquierdo (mirando desde el frente, la clavija de madera está en el lado izquierdo).

Si no tiene una impresora 3D, le recomiendo buscar un servicio de impresión 3D cercano.

Paso 2: cojinetes deslizantes

¡Como cojinetes, se utilizan las tuercas M4! Para eso, perfora los orificios (M4 / 3.3 mm) con el taladro para metal de 4.2 mm. Presione las tuercas M4 perforadas en las aberturas del control deslizante.

Pegue 2 arandelas M4 en el deslizador y la parte superior del deslizador.

Paso 3: Servo Mirco y brazo de extensión

Monte el Micro Servo en el control deslizante.

En el lado derecho, verá el brazo de extensión y las 2 tuercas M4 restantes. Presione las tuercas M4 perforadas en las aberturas del brazo de extensión.

Paso 4: Deslizador y eje giratorio

Ensamble el control deslizante, el brazo de extensión y la parte superior del control deslizante. Utilice la pequeña varilla de metal de 12 mm de largo como eje.

En la parte inferior de la imagen, verá la brida que está unida al brazo Micro Servo.

Debe perforar un orificio de 1,5 mm en la clavija de madera (parte inferior derecha de la imagen); de lo contrario, la madera se romperá.

Paso 5: junta servo

Taladre un orificio de 4,2 mm en el brazo del servo estándar y agregue una muesca a la varilla de metal de 14 mm para el anillo de retención.

Pegue una de las arandelas en el brazo del servo.

Así es como apila los componentes de arriba a abajo:

1) Monte el anillo de resorte en el eje

2) Agregue una arandela

3) Sostenga el brazo del servo debajo del brazo de extensión y presione el eje ensamblado a través de él.

4) Agregue un poco de pegamento al anillo de fijación y presiónelo desde abajo sobre el eje.

La imagen no está actualizada. En lugar del segundo anillo de retención, muestra el anillo de fijación. La idea del anillo de fijación es una mejora del diseño original.

Paso 6: Montaje del servo

El servo estándar está conectado al actuador. Para llevar el servo a través de la abertura, debe quitar su tapa inferior para poder doblar el cable hacia abajo.

Los tornillos de montaje se introducen primero en los cascos de desorden y luego a través de los orificios del actuador. Taladre los tornillos en los bloques de fijación que se colocan debajo de la base LnR.

Paso 7: Movimiento longitudinal

Con el macho de roscar M4 se corta una rosca en los orificios de 3,3 mm del plano posterior de la base LnR.

El control deslizante se mueve sobre las dos varillas de metal. Estos se empujan a través de los orificios frontales de 4.2 mm de la base LnR, luego a través de los cojinetes deslizantes y se fijan con la rosca M4 en el plano posterior del actuador.

Paso 8: cubrir

¡Ese es el actuador LnR!

Para fijar el cable Micro Servo, se utiliza una parte de un clip. Monte la campana en el actuador y listo.

Paso 9: Arduino Sketch (opcional)

Conecte dos potenciómetros a las entradas A0 y A1 de Arduino. Los pines de señal son 7 para rotación y 8 para movimiento longitudinal.

Es importante que tome los 5 Voltios del Arduino para los potenciómetros y no de la fuente de alimentación externa de 5 V. Para controlar los servos, debe utilizar una fuente de alimentación externa.

Paso 10: Más allá de un ejemplo de programación (opcional)

Así es como cancelo los errores sistemáticos en el software que controla el actuador LnR. Al eliminar el error de posicionamiento debido a la transformación mecánica y debido al juego mecánico, es posible una precisión de posicionamiento de 0,5 milímetros en dirección longitudinal y 1 grado en movimiento rotatorio.

Transformación mecánica: la función de mapa de Arduino [5] se puede escribir como: f (x) = a + bx. Para el conjunto de datos de demostración [6], la desviación máxima es de 1,9 mm. Esto significa que, en algún momento, la posición del actuador está a casi 2 milímetros del valor medido.

Con un polinomio con un grado de 3, f (x) = a + bx + cx ^ 2 + dx ^ 3, la desviación máxima de los datos de demostración es de 0,3 milímetros; 6 veces más preciso. Para determinar los parámetros a, b, cyd, debe medir al menos 5 puntos. El conjunto de datos de demostración tiene más de 5 puntos de medición, pero 5 son suficientes.

Juego mecánico: debido al juego mecánico, hay un desplazamiento en la posición si mueve el actuador primero hacia adelante y luego hacia atrás, o si lo mueve en el sentido de las agujas del reloj y luego en el sentido contrario a las agujas del reloj. En la dirección longitudinal, el actuador tiene un juego mecánico en las dos articulaciones entre el brazo del servo y el deslizador. Para el movimiento giratorio, el actuador tiene un juego mecánico entre el deslizador y los ejes. Los servomotores también tienen algunos juegos mecánicos. Para cancelar el juego mecánico, las reglas son: A) Cuando se mueve hacia adelante o en el sentido de las agujas del reloj, la fórmula es: f (x) = P (x) B) Cuando se mueve hacia atrás o en el sentido contrario a las agujas del reloj, la fórmula es: f (x) = P (x) + O (x)

P (x) y O (x) son polinomios. O es el desplazamiento que se agrega debido al juego mecánico. Para determinar los parámetros polinomiales, mida 5 puntos cuando se mueva en una dirección y los mismos 5 puntos cuando se mueva en la dirección opuesta.

Si está planeando controlar múltiples servomotores con un Arduino y lo convencí de hacer una calibración de software usando polinomios, eche un vistazo a mi biblioteca prfServo Arduino [4].

Para el video de la unidad de lápiz se usó la biblioteca prfServo. Para cada uno de los cuatro servos se realizó una calibración de cinco puntos en ambas direcciones.

Otros errores sistemáticos: El actuador tiene errores sistemáticos adicionales: Fricción, excentricidad y la resolución de la biblioteca de servo y servomotores utilizados.

Quizás, más como un dato divertido, la resolución del Adafruit Servo Shield [3] es de 0,15 mm en dirección longitudinal. He aquí por qué: El servo shield usa el chip PCA9685 para producir la señal PWM. El PCA9685 está diseñado para crear señales PWM entre 0 y 100% y tiene 4096 valores para eso. Pero para un servo, solo se usan valores de permite, dice 200 (880 μs) a 500 (2215 μs). El cubo de 45 mm dividido por 300 es de 0,15 mm. Si hace los cálculos para el movimiento rotatorio, 180º dividido por 300 puntos es 0,6º.

Paso 11: referencias

[1] Arduino: https://www.arduino.cc/[2] Biblioteca de servos: 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] Función de mapa Arduino:

[6] Ejemplo de conjunto de datos: 0 4765 42610 38815 35620 32525 30030 27635 25240 22445 194