Lineární a rotační pohon: 11 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Tento Instructable je o tom, jak vyrobit lineární pohon s otočným hřídelem. To znamená, že můžete pohybovat objektem dopředu a dozadu a současně jím otáčet. Předmětem je možné pohybovat 45 mm (1,8 palce) dopředu a dozadu a otáčet jej o 180 stupňů.

Náklady jsou přibližně 50 $. Všechny díly lze vytisknout 3D nebo zakoupit v železářství.

Použité motory jsou dva komerčně dostupné servomotory. Kromě nízké ceny mají serva užitečnou charakteristiku: serva nepotřebují žádnou další logiku řízení. V případě, že používáte Arduino [1] a jeho knihovnu serv [2], zápis hodnoty mezi 0 a 180 je přímo polohou servomotoru a v našem případě polohou aktuátoru. Znám pouze Arduino, ale jsem si jistý, že na jiných platformách je také velmi snadné ovládat serva, a proto tento pohon.

K jeho vybudování potřebujete stojící vrtačku a vrták do kovu 4,2 mm. Vyvrtáte matice M4, které budou vašimi pouzdrovými ložisky.

Dále potřebujete dobrý stolní svěrák a šroubovací matici k řezání závitu M4 na kovové tyči. K upevnění tyčí je zapotřebí závitový závit M4.

Zásoby

1 standardní servo věž Pro MG946R. Dodává se se servo ramenem, 4 montážními šrouby M2 a 4 mosaznými trupy d3

1 Micro Servo Tower Pro MG90S. Dodává se se servo ramenem a 2 montážními šrouby

11 Šroub s plochou hlavou M2 x l10 mm

4 podložka M4

6 matice M4

1 pojistný kroužek d4 mm

1 kancelářská sponka d1 mm

1 dřevěná hmoždinka d6 x l120

2 Ocelová nebo hliníková tyč d4 x l166 se závitem M4 x l15 na jednom konci

1 Ocelová nebo hliníková tyč d4 x l14 se zářezem pro pojistný kroužek

1 Ocelová nebo hliníková tyč d4 x l12

Legenda: l: délka v milimetrech, d: průměr v milimetrech

Krok 1: 3D tištěné díly

Buď musíte vytisknout levostranné nebo pravostranné součásti. Obrázky v tomto Instructable zobrazují levostranný pohon LnR (při pohledu zepředu je dřevěná hmoždinka na levé straně).

Pokud 3D tiskárnu nemáte, doporučuji vyhledat službu 3D tisku poblíž.

Krok 2: Posuvná ložiska

Jako ložiska se používají matice M4! Za tímto účelem vyvrtejte otvory (M4/3,3 mm) pomocí vrtáku do kovu 4,2 mm. Vyvrtané matice M4 zatlačte do otvorů v posuvníku.

Na jezdec a horní část jezdce přilepte 2 podložky M4.

Krok 3: Servo a prodlužovací rameno Mirco

Namontujte Micro Servo na posuvník.

Na pravé straně vidíte prodlužovací rameno a zbývající 2 matice M4. Vyvrtané matice M4 zatlačte do otvorů prodlužovacího ramene.

Krok 4: Posuvník a otočný hřídel

Sestavte jezdec, prodlužovací rameno a horní část posuvníku. Jako osu použijte malou 12 mm dlouhou kovovou tyč.

Ve spodní části obrázku vidíte přírubu, která je připevněna k ramenu Micro Servo.

Do dřevěné hmoždinky musíte vyvrtat 1,5 mm otvor (vpravo dole na obrázku), jinak se dřevo zlomí.

Krok 5: Servo kloub

Vyvrtejte 4,2 mm otvor do standardního ramene serva a přidejte zářez do 14 mm kovové tyče pro pojistný kroužek.

Nalepte jednu z podložek na rameno serva.

Takto skládáte součásti shora dolů:

1) Namontujte pojistný kroužek na osu

2) Přidejte podložku

3) Držte servo rameno pod výsuvným ramenem a protlačte jím sestavenou osu.

4) Na fixační kroužek přidejte trochu lepidla a přitlačte jej zespodu na osu.

Obrázek není aktuální. Místo druhého pojistného kroužku křičí ukázat fixační kroužek. Myšlenka s fixačním kroužkem je vylepšením původního designu.

Krok 6: Servo Mount

K servopohonu je připevněno standardní servo. Aby bylo možné protáhnout servo otvorem, musíte odstranit jeho spodní kryt, abyste mohli kabel ohnout dolů.

Upevňovací šrouby nejdřív vstupují do trhliny a poté skrz otvory v pohonu. Vyvrtejte šrouby do fixačních bloků, které jsou umístěny pod základnou LnR.

Krok 7: Podélný pohyb

Šroubovacím závitníkem M4 vyříznete závit do otvorů 3,3 mm v zadní rovině základny LnR.

Jezdec se pohybuje na dvou kovových tyčích. Ty se protlačí předními otvory 4,2 mm na základně LnR, poté přes kluzná ložiska a zafixují se závitem M4 v zadní rovině pohonu.

Krok 8: Kryt

To je pohon LnR!

K upevnění kabelu Micro Servo se používá část kancelářské sponky. Namontujte kapotu na pohon a máte hotovo.

Krok 9: Skica Arduino (volitelně)

Připojte dva potenciometry ke vstupům Arduino A0 a A1. Signální kolíky jsou 7 pro rotační a 8 pro podélný pohyb.

Je důležité, abyste odebírali 5 voltů z Arduina pro potenciometry a ne z externího napájení 5 V. Pro pohon serva musíte použít externí napájecí zdroj.

Krok 10: Beyond a Programming Example (volitelně)

Takto ruším systematické chyby v softwaru, který ovládá LnR Actuator. Odstraněním chyby polohování v důsledku mechanické transformace a v důsledku mechanické vůle je možná přesnost polohování 0,5 milimetru v podélném směru a 1 stupeň v rotačním pohybu.

Mechanická transformace: Mapovou funkci Arduinos [5] lze zapsat jako: f (x) = a + bx. U souboru demo dat [6] je maximální odchylka 1,9 mm. To znamená, že v určitém okamžiku je poloha pohonu téměř 2 milimetry od měřené hodnoty.

U polynomu se stupněm 3 je f (x) = a + bx + cx^2 + dx^3 maximální odchylka pro demo data 0,3 milimetru; 6krát přesnější. K určení parametrů a, b, c a d musíte změřit alespoň 5 bodů. Soubor demo dat má více než 5 bodů měření, ale 5 je dostačujících.

Mechanická vůle: Kvůli mechanické vůli je v poloze posun, pokud pohnete pohonem nejprve dopředu a pak dozadu, nebo pokud jej posunete ve směru hodinových ručiček a poté proti směru hodinových ručiček. V podélném směru má pohon mechanickou vůli ve dvou kloubech mezi ramenem serva a jezdcem. Pro rotační pohyb má pohon mechanickou vůli mezi jezdcem a hřídeli. Servomotory mají také nějakou mechanickou vůli. Pro zrušení mechanické hry platí tato pravidla: A) Při pohybu vpřed nebo ve směru hodinových ručiček platí vzorec: f (x) = P (x) B) Při pohybu vzad nebo proti směru hodinových ručiček platí vzorec: f (x) = P (x) + O (x)

P (x) a O (x) jsou polynomy. O je ofset, který je přidán kvůli mechanické vůli. K určení polynomiálních parametrů změřte 5 bodů při pohybu v jednom směru a stejných 5 bodů při pohybu v opačném směru.

Pokud plánujete ovládat více servomotorů pomocí Arduina a přesvědčil jsem vás, abyste provedli softwarovou kalibraci pomocí polynomů, podívejte se do mé knihovny prfServo Arduino [4].

Pro video s tužkou byla použita knihovna prfServo. Pro každé ze čtyř serva byla provedena pětibodová kalibrace v obou směrech.

Další systematické chyby: Pohon má další systematické chyby: Tření, excentricitu a rozlišení použité knihovny serva a servomotorů.

Možná, spíše jako zábava, je rozlišení servo štítu Adafruit [3] 0,15 mm v podélném směru! Zde je důvod: Servopohon používá k produkci signálu PWM čip PCA9685. PCA9685 je určen k vytváření signálů PWM mezi 0 a 100 % a má k tomu 4096 hodnot. Ale pro servo se používají pouze hodnoty let lets 200 (880 μs) to 500 (2215 μs). Náboj 45 mm dělený 300 je 0,15 mm. Pokud provedete matematický výpočet rotačního pohybu, 180 ° děleno 300 body je 0,6 °.

Krok 11: Reference

[1] Arduino: https://www.arduino.cc/[2] Servo knihovna: https://www.arduino.cc/en/reference/servo[3] Adafruit ServoShield: https://www.adafruit. com/product/1411 [4] knihovna prfServo: https://github.com/mrstefangrimm/prfServo[5] Funkce mapy Arduino:

[6] Příklad datové sady: 0 4765 42610 38815 35620 32525 30030 27635 25240 22445 194