Bộ truyền động tuyến tính và quay: 11 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Tài liệu hướng dẫn này nói về cách chế tạo một bộ truyền động tuyến tính với một trục quay được. Điều này có nghĩa là bạn có thể di chuyển một đối tượng tới và lui và xoay nó cùng một lúc. Có thể di chuyển một vật 45 mm (1,8 inch) tới lui và xoay nó 180 độ.

Chi phí khoảng $ 50. Tất cả các bộ phận có thể được in 3D hoặc mua ở cửa hàng phần cứng.

Các động cơ được sử dụng là hai động cơ servo có bán trên thị trường. Bên cạnh các Servos giá rẻ có một đặc điểm hữu ích: Servos không cần bất kỳ logic điều khiển bổ sung nào. Trong trường hợp bạn đang sử dụng Arduino [1] và thư viện Servo của nó [2], việc ghi giá trị từ 0 đến 180 trực tiếp là vị trí của động cơ servo và trong trường hợp của chúng tôi là vị trí của bộ truyền động. Tôi chỉ biết Arduino nhưng tôi chắc chắn rằng trên các nền tảng khác, việc điều khiển servos và do đó là bộ truyền động cũng rất đơn giản.

Để chế tạo nó, bạn cần một máy khoan đứng và một mũi khoan kim loại 4,2 mm. Bạn sẽ khoan các đai ốc M4 để làm vòng bi tay áo của bạn.

Hơn nữa, bạn cần một chiếc ghế dài tốt và một khuôn vít để cắt một sợi M4 trên một thanh kim loại. Để cố định các thanh cần có một vòi vặn M4.

Quân nhu

1 Tiêu chuẩn Servo Tower Pro MG946R. Đi kèm với cánh tay servo, 4 vít gắn M2 và 4 vỏ đồng d3

1 Micro Servo Tower Pro MG90S. Đi kèm với cánh tay servo và 2 vít lắp

Vít đầu phẳng 11 M2 x l10 mm

4 máy giặt M4

6 đai ốc M4

1 vòng chụp d4 mm

1 Kẹp giấy d1 mm

1 chốt gỗ d6 x l120

2 Thanh thép hoặc nhôm d4 x l166 với ren M4 x l15 ở một đầu

1 Thanh thép hoặc nhôm d4 x l14 có rãnh vòng xoắn

1 Thanh thép hoặc nhôm d4 x l12

Chú giải: l: chiều dài tính bằng milimét, d: đường kính tính bằng milimét

Bước 1: Các bộ phận in 3D

Bạn cần in các phần mặt trái hoặc mặt phải. Các hình ảnh trong Có thể hướng dẫn này cho thấy Thiết bị truyền động LnR bên trái (Nhìn từ phía trước, chốt gỗ nằm ở phía bên trái).

Nếu bạn không có máy in 3D, tôi khuyên bạn nên tìm dịch vụ in 3D ở gần đó.

Bước 2: Vòng bi trượt

Là vòng bi, đai ốc M4 được sử dụng! Để làm được điều đó, bạn khoan các lỗ (M4 / 3,3 mm) bằng mũi khoan kim loại 4,2 mm. Nhấn các đai ốc M4 đã khoan ra vào các lỗ trên thanh trượt.

Keo 2 vòng đệm M4 lên thanh trượt và đầu thanh trượt.

Bước 3: Mirco Servo và Cánh tay mở rộng

Gắn Micro Servo vào thanh trượt.

Ở phía bên phải, bạn nhìn thấy tay đòn mở rộng và 2 đai ốc M4 còn lại. Nhấn các đai ốc M4 đã khoan ra ngoài vào các khe hở của tay kéo dài.

Bước 4: Thanh trượt và Trục có thể xoay

Lắp ráp thanh trượt, tay mở rộng và đầu thanh trượt. Dùng thanh kim loại nhỏ dài 12 mm làm trục.

Ở dưới cùng của hình ảnh, bạn thấy mặt bích được gắn vào cánh tay Micro Servo.

Bạn cần khoan một lỗ 1,5 mm vào chốt gỗ (phía dưới bên phải của hình), nếu không gỗ sẽ bị gãy.

Bước 5: Phần Servo

Khoan một lỗ 4,2 mm vào cánh tay servo tiêu chuẩn và thêm một rãnh vào thanh kim loại 14 mm cho vòng chụp.

Dán một trong các vòng đệm lên cánh tay servo.

Đây là cách bạn xếp chồng các thành phần từ trên xuống dưới:

1) Gắn vòng chụp vào trục

2) Thêm một máy giặt

3) Giữ cánh tay servo dưới tay mở rộng và nhấn trục đã lắp ráp qua nó.

4) Thêm một ít keo vào vòng cố định và ấn nó từ dưới lên trên trục.

Hình ảnh không được cập nhật. Thay vì vòng snap thứ hai, nó hét lên hiển thị vòng cố định. Ý tưởng với vòng cố định là một cải tiến cho thiết kế ban đầu.

Bước 6: Gắn kết Servo

Servo tiêu chuẩn được gắn vào thiết bị truyền động. Để đưa servo qua khe hở, bạn cần tháo nắp dưới của nó để có thể uốn cong cáp xuống.

Các vít lắp đặt đi vào vỏ tàu lộn xộn trước, sau đó đi qua các lỗ trên cơ cấu truyền động. Khoan các vít vào các khối cố định được đặt bên dưới LnR-Base.

Bước 7: Chuyển động dọc

Với vòi vặn M4, bạn cắt một sợi chỉ vào các lỗ 3,3 mm của mặt sau của LnR-Base.

Con trượt chuyển động trên hai thanh kim loại. Chúng được đẩy qua các lỗ phía trước 4,2 mm của LnR-Base, sau đó qua các ổ trượt và được cố định bằng ren M4 ở mặt sau của bộ truyền động.

Bước 8: Che phủ

Đó là Bộ truyền động LnR!

Để cố định cáp Micro Servo, một phần của kẹp giấy được sử dụng. Gắn mui xe vào thiết bị truyền động và bạn đã hoàn tất.

Bước 9: Phác thảo Arduino (tùy chọn)

Kết nối hai chiết áp với đầu vào Arduino A0 và A1. Các chân tín hiệu là 7 cho chuyển động quay và 8 cho chuyển động dọc.

Điều quan trọng là bạn phải lấy 5 Volt từ Arduino cho chiết áp chứ không phải từ nguồn điện 5 V bên ngoài. Để điều khiển các Servos, bạn phải sử dụng nguồn điện bên ngoài.

Bước 10: Ngoài một ví dụ lập trình (tùy chọn)

Đây là cách tôi hủy bỏ các lỗi hệ thống trong phần mềm điều khiển Bộ truyền động LnR. Bằng cách loại bỏ sai số định vị do biến đổi cơ học và do hoạt động cơ học, có thể đạt được độ chính xác định vị 0,5 mm theo hướng dọc và 1 độ trong chuyển động quay.

Biến đổi cơ học: Hàm bản đồ Arduinos [5] có thể được viết dưới dạng: f (x) = a + bx. Đối với tập dữ liệu demo [6], độ lệch tối đa là 1,9 mm. Điều này có nghĩa là tại một số thời điểm, vị trí của bộ truyền động cách giá trị đo gần 2 mm.

Với đa thức bậc 3, f (x) = a + bx + cx ^ 2 + dx ^ 3, độ lệch lớn nhất đối với dữ liệu demo là 0,3 mm; Chính xác hơn gấp 6 lần. Để xác định các tham số a, b, c và d, bạn phải đo ít nhất 5 điểm. Bộ dữ liệu demo có hơn 5 điểm đo, nhưng 5 điểm là đủ.

Chơi cơ học: Do hoạt động cơ học, có một sự bù trừ ở vị trí nếu bạn di chuyển cơ cấu truyền động trước tiên về phía trước và sau đó lùi lại, hoặc nếu bạn di chuyển nó theo chiều kim đồng hồ rồi ngược chiều kim đồng hồ. Theo hướng dọc, cơ cấu chấp hành có tác dụng cơ học ở hai khớp giữa tay servo và thanh trượt. Đối với chuyển động quay, cơ cấu chấp hành có tác dụng cơ học giữa thanh trượt và trục. Bản thân các động cơ servo cũng có một số hoạt động cơ học. Để hủy bỏ cách chơi cơ học, các quy tắc là: A) Khi chuyển động tịnh tiến hoặc theo chiều kim đồng hồ, công thức là: f (x) = P (x) B) Khi chuyển động ngược hoặc ngược chiều kim đồng hồ, công thức là: f (x) = P (x) + O (x)

P (x) và O (x) là các đa thức. O là phần bù được thêm vào do hoạt động cơ học. Để xác định các tham số của đa thức, đo 5 điểm khi chuyển động theo một hướng và 5 điểm giống nhau khi chuyển động theo hướng ngược lại.

Nếu bạn đang có kế hoạch điều khiển nhiều động cơ servo bằng Arduino và tôi đã thuyết phục bạn thực hiện hiệu chuẩn phần mềm bằng cách sử dụng đa thức, hãy xem thư viện prfServo Arduino của tôi [4].

Đối với video ổ đĩa chì bút chì, thư viện prfServo đã được sử dụng. Đối với mỗi một trong bốn servo, một hiệu chuẩn năm điểm được thực hiện theo cả hai hướng.

Các lỗi hệ thống khác: Bộ truyền động có thêm các lỗi hệ thống: Ma sát, độ lệch tâm và độ phân giải của thư viện servo và động cơ servo đã sử dụng.

Có thể, một sự thật thú vị hơn là độ phân giải của Adafruit Servo Shield [3] là 0,15 mm theo hướng dọc! Đây là lý do tại sao: Lá chắn servo sử dụng chip PCA9685 để tạo ra tín hiệu PWM. PCA9685 được thiết kế để tạo tín hiệu PWM từ 0 đến 100% và có 4096 giá trị cho điều đó. Nhưng đối với một servo, chỉ các giá trị cho phép từ 200 (880 μs) đến 500 (2215 μs) được sử dụng. Trung tâm 45 mm chia cho 300 là 0,15 mm. Nếu bạn làm phép toán cho chuyển động quay, 180º chia cho 300 điểm là 0,6º.

Bước 11: Tham khảo

[1] Arduino: https://www.arduino.cc/[2] Thư viện Servo: https://www.arduino.cc/en/reference/servo[3] Adafruit ServoShield: https://www.adafruit. com / product / 1411 [4] thư viện prfServo: https://github.com/mrstefangrimm/prfServo[5] Chức năng bản đồ Arduino:

[6] Tập dữ liệu mẫu: 0 4765 42610 38815 35620 32525 30030 27635 25240 22445 194