Lineárny a rotačný pohon: 11 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Tento návod je o tom, ako vytvoriť lineárny pohon s otočným hriadeľom. To znamená, že môžete objekt posúvať dopredu a dozadu a súčasne ním otáčať. Predmetom je možné pohybovať 45 mm (1,8 palca) dopredu a dozadu a otáčať ho o 180 stupňov.

Náklady sú približne 50 dolárov. Všetky diely je možné vytlačiť buď 3D alebo kúpiť v železiarstve.

Použité motory sú dva komerčne dostupné servomotory. Okrem nízkej ceny majú serva užitočnú vlastnosť: serva nepotrebujú žiadnu dodatočnú riadiacu logiku. V prípade, že používate Arduino [1] a jeho knižnicu servomotorov [2], zápis hodnoty medzi 0 a 180 je priamo polohou servomotora a v našom prípade polohou pohonu. Poznám iba Arduino, ale som si istý, že na iných platformách je tiež veľmi jednoduché ovládať servá, a teda aj tento pohon.

Na jeho stavbu potrebujete stojanový vŕtací stroj a 4,2 mm vrták do kovu. Vyvrtáte matice M4, ktoré budú vašimi rukávovými ložiskami.

Ďalej potrebujete dobrý stolový zverák a skrutkovaciu maticu na rezanie závitu M4 na kovovej tyči. Na upevnenie tyčí je potrebný závitový kohútik M4.

Zásoby

1 Štandardná servo veža Pro MG946R. Dodáva sa so servo ramenom, 4 montážnymi skrutkami M2 a 4 mosadznými trupmi d3

1 Micro Servo Tower Pro MG90S. Dodáva sa so servo ramenom a 2 montážnymi skrutkami

11 Skrutka s plochou hlavou M2 x l10 mm

4 podložka M4

6 matica M4

1 poistný krúžok d4 mm

1 kancelárska sponka d1 mm

1 drevená hmoždinka d6 x l120

2 Oceľová alebo hliníková tyč d4 x l166 so závitom M4 x l15 na jednom konci

1 Oceľová alebo hliníková tyč d4 x l14 so zárezom na poistný krúžok

1 Oceľová alebo hliníková tyč d4 x l12

Legenda: l: dĺžka v milimetroch, d: priemer v milimetroch

Krok 1: 3D tlačené diely

Buď musíte vytlačiť ľavostranné alebo pravostranné diely. Obrázky v tomto návode zobrazujú ľavostranný pohon LnR (pri pohľade spredu je drevená hmoždinka na ľavej strane).

Ak nemáte 3D tlačiareň, odporúčam vyhľadať v okolí službu 3D tlače.

Krok 2: Posuvné ložiská

Ako ložiská sa používajú matice M4! Za týmto účelom vyvŕtajte otvory (M4/3,3 mm) pomocou 4,2 mm vrtáku do kovu. Vyvŕtané matice M4 zatlačte do otvorov v posúvači.

Na jazdec a hornú časť posúvača prilepte 2 podložky M4.

Krok 3: Servo a predlžovacie rameno Mirco

Namontujte mikro servo na posúvač.

Na pravej strane vidíte predlžovacie rameno a zvyšné 2 matice M4. Vyvŕtané matice M4 zatlačte do otvorov predlžovacieho ramena.

Krok 4: Posuvník a otočný hriadeľ

Zostavte posúvač, predlžovacie rameno a hornú časť posúvača. Ako os použite malú 12 mm dlhú kovovú tyč.

V spodnej časti obrázku vidíte prírubu, ktorá je pripevnená k ramenu Micro Servo.

Do drevenej hmoždinky (vpravo dole na obrázku) musíte vyvŕtať 1,5 mm otvor, inak sa drevo zlomí.

Krok 5: Servo kĺb

Do štandardného ramena serva vyvŕtajte 4,2 mm otvor a do 14 mm kovovej tyče pre poistný krúžok pridajte zárez.

Prilepte jednu z podložiek na rameno serva.

Takto skladáte komponenty zhora nadol:

1) Namontujte poistný krúžok na os

2) Pridajte podložku

3) Podperné rameno držte pod predlžovacím ramenom a pritlačte ním zostavenú os.

4) Na fixačný krúžok pridajte trochu lepidla a zatlačte ho zdola na os.

Obrázok nie je aktuálny. Namiesto druhého poistného krúžku kričí ukázať fixačný krúžok. Myšlienka s fixačným krúžkom je vylepšením pôvodného dizajnu.

Krok 6: Montáž na servo

K pohonu je pripevnené štandardné servo. Aby ste mohli servo previesť otvorom, musíte odstrániť jeho spodný kryt, aby ste mohli kábel ohnúť nadol.

Upevňovacie skrutky idú najskôr do trieštivých trupov, potom cez otvory v pohone. Vŕtajte skrutky do upevňovacích blokov, ktoré sú umiestnené pod základňou LnR.

Krok 7: Pozdĺžny pohyb

Pomocou závitníka M4 narezáte závit do otvorov 3,3 mm v zadnej rovine základne LnR.

Posuvník sa pohybuje na dvoch kovových tyčiach. Tieto sú zatlačené cez predné otvory 4,2 mm na základni LnR, potom cez klzné ložiská a fixované závitom M4 v zadnej rovine pohonu.

Krok 8: Kryt

To je pohon LnR!

Na opravu kábla Micro Servo sa používa časť kancelárskej sponky. Namontujte odsávač pár na pohon a máte hotovo.

Krok 9: Skica Arduino (voliteľné)

Pripojte dva potenciometre k vstupom Arduino A0 a A1. Signálne kolíky sú 7 pre rotačné a 8 pre pozdĺžny pohyb.

Je dôležité, aby ste odoberali 5 voltov z Arduina na potenciometre a nie z externého 5 V zdroja. Na pohon serva musíte použiť externý napájací zdroj.

Krok 10: Okrem príkladu programovania (voliteľné)

Takto ruším systematické chyby v softvéri, ktorý ovláda pohon LnR. Odstránením chyby polohovania v dôsledku mechanickej transformácie a mechanickej vôle je možná presnosť polohovania 0,5 milimetra v pozdĺžnom smere a 1 stupeň v rotačnom pohybe.

Mechanická transformácia: Mapovú funkciu Arduinos [5] možno zapísať ako: f (x) = a + bx. Pre skupinu demo údajov [6] je maximálna odchýlka 1,9 mm. To znamená, že v určitom bode je poloha ovládača vzdialená od nameranej hodnoty takmer 2 milimetre.

Pri polynóme so stupňom 3 je f (x) = a + bx + cx^2 + dx^3 maximálna odchýlka pre demo údaje 0,3 milimetra; 6 krát presnejšie. Na určenie parametrov a, b, c a d musíte zmerať najmenej 5 bodov. Demo súbor údajov má viac ako 5 meracích bodov, ale 5 je dostačujúcich.

Mechanická vôľa: V dôsledku mechanickej vôle je v polohe posun, ak pohnete pohonom najskôr dopredu a potom dozadu, alebo ak ho posuniete v smere hodinových ručičiek a potom proti smeru hodinových ručičiek. V pozdĺžnom smere má pohon mechanickú vôľu v dvoch kĺboch medzi ramenom serva a posúvačom. Pri rotačnom pohybe má pohon mechanickú vôľu medzi posúvačom a hriadeľmi. Servomotory majú tiež určitú mechanickú hru. Na zrušenie mechanickej hry platia tieto pravidlá: A) Pri pohybe dopredu alebo v smere hodinových ručičiek platí vzorec: f (x) = P (x) B) Pri pohybe dozadu alebo proti smeru hodinových ručičiek platí vzorec: f (x) = P (x) + O (x)

P (x) a O (x) sú polynómy. O je posun, ktorý je pridaný kvôli mechanickej vôli. Na určenie parametrov polynómu zmerajte 5 bodov pri pohybe v jednom smere a rovnakých 5 bodov pri pohybe v opačnom smere.

Ak plánujete ovládať viac servomotorov pomocou Arduina a presvedčil som vás, aby ste vykonali softvérovú kalibráciu pomocou polynómov, pozrite sa na moju knižnicu prfServo Arduino [4].

Pre video s ceruzkou bola použitá knižnica prfServo. Pre každé zo štyroch servo bola vykonaná päťbodová kalibrácia v oboch smeroch.

Ďalšie systematické chyby: Pohon má ďalšie systematické chyby: trenie, excentricitu a rozlíšenie použitej knižnice servomotorov a servomotorov.

Možno, ako zábavný fakt, je rozlíšenie servopohonu Adafruit [3] v pozdĺžnom smere 0,15 mm! Tu je dôvod: Servopohon používa na vytváranie signálu PWM čip PCA9685. PCA9685 je navrhnutý tak, aby vytváral signály PWM medzi 0 a 100 % a má na to 4096 hodnôt. Ale pre servo sa používajú iba hodnoty počiatočných hodnôt 200 (880 μs) až 500 (2215 μs). Náboj 45 mm delený 300 je 0,15 mm. Ak robíte matematiku pre rotačný pohyb, 180 ° delené 300 bodmi je 0,6 °.

Krok 11: Referencie

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

[6] Príklad súboru údajov: 0 4765 42610 38815 35620 32525 30030 27635 25240 22445 194