Actionneur linéaire et rotatif : 11 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Ce Instructable est sur la façon de faire un actionneur linéaire avec un arbre rotatif. Cela signifie que vous pouvez déplacer un objet vers l'avant et vers l'arrière et le faire pivoter en même temps. Il est possible de déplacer un objet de 45 mm (1,8 pouce) d'avant en arrière et de le faire pivoter de 180 degrés.

Les coûts sont d'environ 50 $. Toutes les pièces peuvent être imprimées en 3D ou achetées dans une quincaillerie.

Les moteurs utilisés sont deux servomoteurs disponibles dans le commerce. En plus du prix bas, les servos ont une caractéristique utile: les servos n'ont besoin d'aucune logique de commande supplémentaire. Dans le cas où vous utilisez un Arduino [1] et sa bibliothèque Servo [2], l'écriture d'une valeur comprise entre 0 et 180 correspond directement à la position du servomoteur et dans notre cas à la position de l'actionneur. Je ne connais que l'Arduino mais je suis sûr que sur d'autres plateformes il est également très simple de contrôler les servos et donc cet actionneur.

Pour le construire, vous avez besoin d'une perceuse sur pied et d'une perceuse à métaux de 4,2 mm. Vous allez percer des écrous M4 pour être vos roulements à douille.

De plus, vous avez besoin d'un bon étau et d'une matrice à vis pour couper un filetage M4 sur une tige métallique. Pour la fixation des tiges, un taraud M4 est nécessaire.

Fournitures

1 Servo Tour Pro MG946R standard. Livré avec bras servo, 4 vis de montage M2 et 4 coques en laiton d3

1 Micro Servo Tour Pro MG90S. Livré avec bras servo et 2 vis de montage

11 vis à tête plate M2 x l10 mm

4 rondelles M4

6 Écrou M4

1 jonc d4 mm

1 trombone d1 mm

1 Cheville en bois d6 x l120

2 Tige en acier ou en aluminium d4 x l166 avec filetage M4 x l15 à une extrémité

1 Tige acier ou aluminium d4 x l14 avec encoche pour jonc

1 Tige acier ou aluminium d4 x l12

Légende: l:longueur en millimètres, d:diamètre en millimètres

Étape 1: Pièces imprimées en 3D

Vous devez soit imprimer les parties du côté gauche ou du côté droit. Les images de ce Instructable montrent un actionneur LnR gauche (en regardant de l'avant, la cheville en bois est sur le côté gauche).

Si vous n'avez pas d'imprimante 3D, je vous recommande de rechercher un service d'impression 3D à proximité.

Étape 2: roulements coulissants

Comme roulements, les écrous M4 sont utilisés ! Pour cela, vous percez les trous (M4/3,3 mm) avec la perceuse à métal de 4,2 mm. Enfoncez les écrous M4 percés dans les ouvertures du curseur.

Collez 2 rondelles M4 sur le curseur et le dessus du curseur.

Étape 3: Servo Mirco et bras d'extension

Montez le Micro Servo sur le curseur.

Sur le côté droit, vous voyez le bras d'extension et les 2 écrous M4 restants. Enfoncez les écrous M4 percés dans les ouvertures du bras d'extension.

Étape 4: curseur et arbre rotatif

Assemblez le curseur, le bras d'extension et le dessus du curseur. Utilisez la petite tige métallique de 12 mm de long comme axe.

Au bas de l'image, vous voyez la bride qui est attachée au bras Micro Servo.

Vous devez percer un trou de 1,5 mm dans la cheville en bois (en bas à droite de l'image), sinon le bois se brisera.

Étape 5: Servo Joint

Percez un trou de 4,2 mm dans le bras de servo standard et ajoutez une encoche à la tige métallique de 14 mm pour l'anneau élastique.

Collez l'une des rondelles sur le bras du servo.

Voici comment vous empilez les composants de haut en bas:

1) Monter l'anneau élastique sur l'axe

2) Ajouter une rondelle

3) Tenez le bras de servo sous le bras d'extension et appuyez sur l'axe assemblé à travers celui-ci.

4) Ajouter de la colle sur la bague de fixation et la presser par le bas sur l'axe.

La photo n'est pas à jour. Au lieu du deuxième anneau élastique, il montre l'anneau de fixation. L'idée de l'anneau de fixation est une amélioration du design original.

Étape 6: Montage Servo

Le servo standard est attaché à l'actionneur. Afin de faire passer le servo à travers l'ouverture, vous devez retirer son capuchon inférieur afin de pouvoir plier le câble vers le bas.

Les vis de montage vont d'abord dans les coques de messing, puis à travers les trous de l'actionneur. Percez les vis dans les blocs de fixation qui sont placés sous la base LnR.

Étape 7: Mouvement longitudinal

Avec le taraud M4, vous coupez un filetage dans les trous de 3,3 mm du fond de la LnR-Base.

Le curseur se déplace sur les deux tiges métalliques. Ceux-ci sont poussés à travers les trous avant de 4,2 mm de la base LnR, puis à travers les paliers coulissants et fixés avec le filetage M4 dans le plan arrière de l'actionneur.

Étape 8: Couvrir

C'est l'actionneur LnR !

Pour fixer le câble Micro Servo, une partie d'un trombone est utilisée. Montez le capot sur l'actionneur et vous avez terminé.

Étape 9: Esquisse Arduino (facultatif)

Connectez deux potentiomètres aux entrées Arduino A0 et A1. Les broches de signal sont 7 pour le mouvement rotatif et 8 pour le mouvement longitudinal.

Il est important que vous preniez le 5 Volts de l'Arduino pour les potentiomètres et non de l'alimentation externe 5 V. Pour piloter les servos, vous devez utiliser une alimentation externe.

Étape 10: Au-delà d'un exemple de programmation (facultatif)

C'est ainsi que j'annule les erreurs systématiques dans le logiciel qui contrôle l'actionneur LnR. En éliminant l'erreur de positionnement due à la transformation mécanique et au jeu mécanique, une précision de positionnement de 0,5 millimètre dans le sens longitudinal et de 1 degré en mouvement rotatif est possible.

Transformation mécanique: la fonction de carte d'Arduinos [5] peut être écrite comme: f(x) = a + bx. Pour le jeu de données de démonstration [6], la déviation maximale est de 1,9 mm. Cela signifie qu'à un moment donné, la position de l'actionneur est à près de 2 millimètres de la valeur mesurée.

Avec un polynôme de degré 3, f(x) = a + bx + cx^2 + dx^3, l'écart maximum pour les données de démonstration est de 0,3 millimètres; 6 fois plus précis. Pour déterminer les paramètres a, b, c et d, vous devez mesurer au moins 5 points. L'ensemble de données de démonstration a plus de 5 points de mesure, mais 5 sont suffisants.

Jeu mécanique: En raison du jeu mécanique, il y a un décalage de position si vous déplacez l'actionneur d'abord vers l'avant puis vers l'arrière, ou si vous le déplacez dans le sens des aiguilles d'une montre puis dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Dans le sens longitudinal, l'actionneur présente un jeu mécanique dans les deux articulations entre le bras d'asservissement et le coulisseau. Pour le mouvement de rotation, l'actionneur a un jeu mécanique entre le curseur et les arbres. Les servomoteurs ont également eux-mêmes un certain jeu mécanique. Pour annuler le jeu mécanique, les règles sont: A) En marche avant ou en sens horaire, la formule est: f(x) = P(x) B) En marche arrière ou en sens anti-horaire, la formule est: f(x) = P (x) + O(x)

P(x) et O(x) sont des polynômes. O est le décalage qui s'ajoute en raison du jeu mécanique. Pour déterminer les paramètres polynomiaux, mesurez 5 points lorsque vous vous déplacez dans une direction et les mêmes 5 points lorsque vous vous déplacez dans la direction opposée.

Si vous envisagez de contrôler plusieurs servomoteurs avec un Arduino et que je vous ai convaincu de faire un étalonnage logiciel à l'aide de polynômes, jetez un œil à ma bibliothèque prfServo Arduino [4].

Pour la vidéo du lecteur de mine de crayon, la bibliothèque prfServo a été utilisée. Pour chacun des quatre servos, un étalonnage en cinq points a été effectué dans les deux sens.

Autres erreurs systématiques: L'actionneur présente des erreurs systématiques supplémentaires: Frottement, excentricité et résolution de la bibliothèque d'asservissements et des servomoteurs utilisés.

Peut-être, plus amusant, que la résolution du Adafruit Servo Shield [3] est de 0,15 mm dans le sens longitudinal ! Voici pourquoi: Le servo shield utilise la puce PCA9685 pour produire le signal PWM. Le PCA9685 est conçu pour créer des signaux PWM entre 0 et 100 % et dispose de 4096 valeurs pour cela. Mais pour un servo, seules les valeurs de disons 200 (880 s) à 500 (2215 s) sont utilisées. Le moyeu de 45 mm divisé par 300 est de 0,15 mm. Si vous faites le calcul pour le mouvement rotatif, 180º divisé par 300 points est de 0,6º.

Étape 11: Références

[1] Arduino: https://www.arduino.cc/[2] Servothèque: https://www.arduino.cc/en/reference/servo[3] Adafruit ServoShield: https://www.adafruit. com/product/1411[4] bibliothèque prfServo: https://github.com/mrstefangrimm/prfServo[5] Fonction de carte Arduino:

[6] Exemple de jeu de données: 0 4765 42610 38815 35620 32525 30030 27635 25240 22445 194