Линеен и ротационен задвижващ механизъм: 11 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Тази инструкция е за това как да направите линеен задвижващ механизъм с въртящ се вал. Това означава, че можете да премествате обект напред и назад и да го завъртате едновременно. Възможно е да преместите обект 45 мм (1,8 инча) напред и назад и да го завъртите на 180 градуса.

Разходите са приблизително 50 долара. Всички части могат да бъдат отпечатани 3D или да бъдат закупени в магазин за хардуер.

Използваните двигатели са два серво мотора, предлагани в търговската мрежа. Освен ниските цени, сервомоторите имат и полезна характеристика: Сервомоторите не се нуждаят от допълнителна логика за управление. В случай, че използвате Arduino [1] и неговата Servo библиотека [2], изписването на стойност между 0 и 180 е директно позицията на серво мотора и в нашия случай позицията на задвижването. Познавам само Arduino, но съм сигурен, че на други платформи също е много лесно да се управляват сервомоторите и следователно този задвижващ механизъм.

За изграждането му се нуждаете от стояща бормашина и 4,2 мм бормашина за метал. Ще пробиете гайки М4, за да бъдат вашите лагерни лагери.

Освен това се нуждаете от добър лежанка и винтова матрица, за да отрежете резба М4 върху метален прът. За фиксирането на прътите е необходим винтов кран М4.

Консумативи

1 Стандартна серво кула Pro MG946R. Предлага се със серво рамо, 4 M2 монтажни винта и 4 d3 месингови корпуса

1 Micro Servo Tower Pro MG90S. Предлага се със серво рамо и 2 монтажни винта

11 M2 x l10 mm винт с плоска глава

4 шайба M4

6 гайка М4

1 Закопчаващ пръстен d4 мм

1 кламер d1 мм

1 Дървен дюбел d6 x l120

2 Стоманен или алуминиев прът d4 x l166 с резба M4 x l15 в единия край

1 Стоманен или алуминиев прът d4 x l14 с прорез на скобата

1 Стоманен или алуминиев прът d4 x l12

Легенда: l: дължина в милиметри, d: диаметър в милиметри

Стъпка 1: 3D отпечатани части

Трябва или да отпечатате ляво или дясно части. Снимките в тази инструкция показват ляв задвижващ механизъм LnR (гледайки отпред, дървеният дюбел е от лявата страна).

Ако нямате 3D принтер, препоръчвам да потърсите услуга за 3D печат наблизо.

Стъпка 2: Плъзгащи лагери

Като лагери се използват гайки М4! За това пробийте отворите (M4/3,3 мм) с свредлото за метал 4,2 мм. Натиснете пробитите гайки M4 в отворите на плъзгача.

Залепете 2 шайби M4 върху плъзгача и горната част на плъзгача.

Стъпка 3: Серво и удължител на рамото на Mirco

Монтирайте Micro Servo върху плъзгача.

От дясната страна виждате удължителното рамо и останалите 2 гайки M4. Натиснете пробитите гайки M4 в отворите на удължителя.

Стъпка 4: Плъзгач и въртящ се вал

Сглобете плъзгача, удължителното рамо и горната част на плъзгача. Използвайте малкия метален прът с дължина 12 мм като ос.

В долната част на картината виждате фланеца, който е прикрепен към рамото за микро серво.

Трябва да пробиете отвор от 1,5 мм в дървения дюбел (долу вдясно на снимката), в противен случай дървото ще се счупи.

Стъпка 5: Серво съединение

Пробийте 4.2 мм отвор в стандартното серво рамо и добавете прорез към 14 мм метален прът за скоба.

Залепете една от шайбите върху серво рамото.

Ето как подреждате компонентите отгоре надолу:

1) Поставете скобата върху оста

2) Добавете шайба

3) Задръжте серво рамото под удължителя и натиснете сглобената ос през него.

4) Добавете малко лепило към фиксиращия пръстен и го натиснете отдолу към оста.

Картината не е актуална. Вместо втория щракващ пръстен, той вика покажете фиксиращия пръстен. Идеята с фиксиращия пръстен е подобрение на оригиналния дизайн.

Стъпка 6: Серво монтиране

Стандартното серво е прикрепено към задвижването. За да пренесете серво през отвора, трябва да свалите долната му капачка, за да можете да огънете кабела надолу.

Монтажните винтове първо влизат в обърканите корпуси, след това през отворите в задвижването. Пробийте винтовете в фиксиращите блокове, поставени под основата LnR.

Стъпка 7: Надлъжно движение

С винтовия кран М4 изрязвате резба в отворите от 3,3 мм на задната равнина на основата LnR.

Плъзгачът се движи по двата метални пръта. Те се изтласкват през 4,2 мм предни отвори на LnR-основата, след това през плъзгащите лагери и се фиксират с резбата М4 в задната равнина на задвижването.

Стъпка 8: Покрийте

Това е LnR задвижването!

За фиксиране на Micro Servo кабела се използва част от кламер. Монтирайте аспиратора върху задвижването и сте готови.

Стъпка 9: Arduino Sketch (по избор)

Свържете два потенциометра към входовете на Arduino A0 и A1. Сигналните щифтове са 7 за въртеливо и 8 за надлъжно движение.

Важно е да вземете 5 волта от Arduino за потенциометрите, а не от външното 5 V захранване. За да задвижвате сервомоторите, трябва да използвате външно захранване.

Стъпка 10: Отвъд пример за програмиране (по избор)

Ето как анулирам системни грешки в софтуера, който контролира LnR задвижването. Чрез елиминиране на грешката при позициониране поради механична трансформация и поради механична игра, е възможна точност на позициониране от 0,5 милиметра в надлъжна посока и 1 градус при въртеливо движение.

Механична трансформация: Функцията на картата Arduinos [5] може да бъде записана като: f (x) = a + bx. За набора от демонстрационни данни [6] максималното отклонение е 1,9 мм. Това означава, че в даден момент позицията на задвижващия механизъм е на почти 2 милиметра от измерената стойност.

При полином със степен 3, f (x) = a + bx + cx^2 + dx^3, максималното отклонение за демо данните е 0,3 милиметра; 6 пъти по -точен. За да определите параметрите a, b, c и d, трябва да измерите поне 5 точки. Наборът от демонстрационни данни има повече от 5 точки за измерване, но 5 са достатъчни.

Механичен ход: Поради механичното задвижване има отместване в позицията, ако преместите задвижването първо напред и след това назад, или ако го преместите по часовниковата стрелка и след това обратно на часовниковата стрелка. В надлъжна посока задвижването има механична люлка в двете съединения между серво рамото и плъзгача. За въртеливото движение задвижването има механична игра между плъзгача и валовете. Сервомоторите също имат механична игра. За да отмените механичното възпроизвеждане, правилата са: A) При движение напред или по часовниковата стрелка формулата е: f (x) = P (x) B) Когато се движите назад или обратно на часовниковата стрелка, формулата е: f (x) = P (x) + O (x)

P (x) и O (x) са полиноми. O е отместването, което се добавя поради механичната игра. За да определите полиномиалните параметри, измерете 5 точки при движение в една посока и същите 5 точки при движение в обратна посока.

Ако планирате да управлявате множество серво мотори с Arduino и аз ви убедих да направите софтуерно калибриране с помощта на полиноми, погледнете моята библиотека prfServo Arduino [4].

За видеото с моливно олово беше използвана библиотеката prfServo. За всяко от четирите сервоустройства беше направено петточково калибриране в двете посоки.

Други системни грешки: Задвижването има допълнителни систематични грешки: Триене, ексцентричност и разделителната способност на използваната серво библиотека и серво мотори.

Може би, по -скоро като забавен факт, разделителната способност на Adafruit Servo Shield [3] е 0,15 mm в надлъжна посока! Ето защо: Серво щитът използва чипа PCA9685 за производство на ШИМ сигнал. PCA9685 е проектиран да създава PWM сигнали между 0 и 100 % и има 4096 стойности за това. Но за серво, се използват само стойности на позволява 200 (880 μs) до 500 (2215 μs). 45 мм главина, разделена на 300, е 0,15 мм. Ако правите изчисления за въртеливото движение, 180º, разделено на 300 точки, е 0.6º.

Стъпка 11: Препратки

[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 на картата Arduino:

[6] Примерен набор от данни: 0 4765 42610 38815 35620 32525 30030 27635 25240 22445 194