Линейный и поворотный привод: 11 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

В этом руководстве рассказывается, как сделать линейный привод с вращающимся валом. Это означает, что вы можете перемещать объект вперед и назад и одновременно вращать его. Можно перемещать объект на 45 мм (1,8 дюйма) вперед и назад и вращать его на 180 градусов.

Стоимость около 50 долларов. Все детали можно напечатать на 3D-принтере или купить в строительном магазине.

Используемые двигатели представляют собой два имеющихся в продаже серводвигателя. Помимо низкой цены сервоприводы имеют полезную характеристику: сервоприводы не нуждаются в дополнительной логике управления. Если вы используете Arduino [1] и его библиотеку сервоприводов [2], запись значения от 0 до 180 является непосредственно положением серводвигателя и, в нашем случае, положением привода. Я знаю только Arduino, но уверен, что на других платформах также очень просто управлять сервоприводами и, следовательно, этим приводом.

Для его сборки вам понадобится стоячий сверлильный станок и сверло по металлу 4,2 мм. Вы собираетесь просверлить гайки M4, чтобы они были вашими подшипниками скольжения.

Далее вам понадобятся хорошие настольные тиски и матрица для нарезания резьбы M4 на металлическом стержне. Для фиксации штанг требуется метчик М4.

Запасы

1 Standard Servo Tower Pro MG946R. Поставляется с сервоприводом, 4 крепежными винтами M2 и 4 латунными корпусами d3.

1 Micro Servo Tower Pro MG90S. Поставляется с сервоприводом и 2 крепежными винтами

11 Винт M2 x l10 мм с плоской головкой

4 шайба M4

6 гайка M4

1 стопорное кольцо d4 мм

1 Скрепка d1 мм

1 деревянный дюбель d6 x l120

2 Стальной или алюминиевый стержень d4 x l166 с резьбой M4 x l15 на одном конце

1 Стальной или алюминиевый стержень d4 x l14 с выемкой под стопорное кольцо

1 стальной или алюминиевый стержень d4 x l12

Обозначения: l: длина в миллиметрах, d: диаметр в миллиметрах

Шаг 1: детали, напечатанные на 3D-принтере

Вам нужно распечатать либо левую, либо правую часть. На изображениях в этой инструкции показан левосторонний привод LnR (если смотреть спереди, то деревянный дюбель находится с левой стороны).

Если у вас нет 3D-принтера, я рекомендую поискать поблизости службу 3D-печати.

Шаг 2: подшипники скольжения

В качестве подшипников используются гайки М4! Для этого просверлите отверстия (M4 / 3,3 мм) с помощью сверла по металлу 4,2 мм. Вдавите просверленные гайки M4 в отверстия ползуна.

Приклейте 2 шайбы M4 к бегунку и верху бегунка.

Шаг 3: Сервопривод Mirco и удлинитель

Установите Micro Servo на слайдер.

Справа вы видите удлинитель и оставшиеся 2 гайки M4. Вдавите просверленные гайки M4 в отверстия удлинителя.

Шаг 4: ползунок и вращающийся вал

Соберите слайдер, удлинитель и верх слайдера. В качестве оси используйте небольшой металлический стержень длиной 12 мм.

Внизу изображения вы видите фланец, который прикреплен к рычагу Micro Servo.

В деревянном дюбеле (справа внизу) нужно просверлить отверстие 1,5 мм, иначе дерево сломается.

Шаг 5: сервопривод

Просверлите отверстие 4,2 мм в стандартном рычаге сервопривода и добавьте выемку на металлическом стержне 14 мм для стопорного кольца.

Приклейте одну из шайб к сервомеханизму.

Вот как вы складываете компоненты сверху вниз:

1) Установите стопорное кольцо на ось.

2) Добавить шайбу

3) Удерживая серво рычаг под удлинителем, протолкните собранную ось через него.

4) Нанесите клей на фиксирующее кольцо и прижмите его снизу к оси.

Картинка устарела. Вместо второго стопорного кольца он кричит показывает фиксирующее кольцо. Идея с фиксирующим кольцом является усовершенствованием оригинального дизайна.

Шаг 6: Крепление сервопривода

Стандартный сервопривод прикреплен к приводу. Чтобы пропустить сервопривод через отверстие, вам нужно снять его нижнюю крышку, чтобы можно было согнуть кабель вниз.

Крепежные винты сначала входят в беспорядочные корпуса, а затем через отверстия в приводе. Просверлите винты в фиксирующие блоки, которые находятся под LnR-Base.

Шаг 7: продольное движение

С помощью метчика M4 вы нарезаете резьбу в 3,3 мм отверстия задней панели LnR-Base.

Ползунок перемещается на двух металлических стержнях. Они проталкиваются через передние отверстия 4,2 мм в LnR-Base, затем через подшипники скольжения и фиксируются резьбой M4 в задней плоскости привода.

Шаг 8: крышка

Это актуатор LnR!

Для фиксации кабеля Micro Servo используется часть канцелярской скрепки. Установите капот на привод, и все готово.

Шаг 9: Эскиз Arduino (необязательно)

Подключите два потенциометра к входам Arduino A0 и A1. Сигнальные штифты: 7 для вращения и 8 для продольного перемещения.

Важно, чтобы вы брали напряжение 5 В от Arduino для потенциометров, а не от внешнего источника питания 5 В. Для управления сервоприводами необходимо использовать внешний источник питания.

Шаг 10: Помимо примера программирования (необязательно)

Таким образом я устраняю систематические ошибки в программном обеспечении, управляющем приводом LnR. За счет исключения ошибки позиционирования из-за механического преобразования и из-за механического люфта возможна точность позиционирования 0,5 миллиметра в продольном направлении и 1 градус во вращательном движении.

Механическое преобразование: функция карты Arduinos [5] может быть записана как: f (x) = a + bx. Для демонстрационного набора данных [6] максимальное отклонение составляет 1,9 мм. Это означает, что в какой-то момент положение привода находится почти на 2 миллиметра от измеренного значения.

Для полинома со степенью 3, f (x) = a + bx + cx ^ 2 + dx ^ 3, максимальное отклонение для демонстрационных данных составляет 0,3 миллиметра; В 6 раз точнее. Для определения параметров a, b, c и d необходимо измерить не менее 5 точек. Набор демонстрационных данных содержит более 5 точек измерения, но 5 достаточно.

Механический люфт: из-за механического люфта происходит смещение положения, если вы перемещаете привод сначала вперед, а затем назад, или если вы перемещаете его по часовой стрелке, а затем против часовой стрелки. В продольном направлении привод имеет механический люфт в двух шарнирах между сервомеханизмом и ползуном. Для вращательного движения привод имеет механический зазор между ползуном и валами. У серводвигателей также есть некоторый механический люфт. Для отмены механической игры действуют следующие правила: A) При движении вперед или по часовой стрелке формула: f (x) = P (x) B) При движении назад или против часовой стрелки формула: f (x) = P (х) + О (х)

P (x) и O (x) - многочлены. O - это смещение, добавленное из-за механического люфта. Чтобы определить параметры полинома, измерьте 5 точек при движении в одном направлении и те же 5 точек при движении в противоположном направлении.

Если вы планируете управлять несколькими серводвигателями с помощью Arduino, и я убедил вас выполнить калибровку программного обеспечения с использованием полиномов, взгляните на мою библиотеку prfServo Arduino [4].

Для видео с грифелем для карандашей использовалась библиотека prfServo. Для каждого из четырех сервоприводов была проведена калибровка по пяти точкам в обоих направлениях.

Другие систематические ошибки: У привода есть дополнительные систематические ошибки: трение, эксцентриситет и разрешающая способность используемой библиотеки сервоприводов и серводвигателей.

Может быть, более интересным фактом является то, что разрешение Adafruit Servo Shield [3] составляет 0,15 мм в продольном направлении! Вот почему: сервоуправляемый экран использует микросхему PCA9685 для генерации сигнала ШИМ. PCA9685 предназначен для создания сигналов ШИМ от 0 до 100% и имеет для этого 4096 значений. Но для сервопривода используются только значения от 200 (880 мкс) до 500 (2215 мкс). Ступица 45 мм, разделенная на 300, составляет 0,15 мм. Если вы вычислите вращательное движение, 180 °, разделенное на 300 точек, составит 0,6 °.

Шаг 11: ссылки

[1] Arduino: https://www.arduino.cc/[2] Серво-библиотека: https://www.arduino.cc/en/reference/servo[3] Adafruit ServoShield: https://www.adafruit. com / product / 1411 [4] Библиотека prfServo: https://github.com/mrstefangrimm/prfServo[5] Функция карты Arduino:

[6] Пример набора данных: 0 4765 42610 38815 35620 32525 30030 27635 25240 22445 194