Linjärt och roterande ställdon: 11 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:38

Denna instruktionsbok handlar om hur man gör ett linjärt ställdon med en roterbar axel. Det betyder att du kan flytta ett objekt framåt och bakåt och rotera det samtidigt. Det är möjligt att flytta ett objekt 45 mm (1,8 tum) fram och tillbaka och rotera det 180 grader.

Kostnaderna är cirka 50 dollar. Alla delar kan antingen vara 3D -tryckta eller köpas i en järnaffär.

De använda motorerna är två kommersiellt tillgängliga servomotorer. Förutom det låga priset har servon en användbar egenskap: Servos behöver ingen ytterligare kontrolllogik. Om du använder en Arduino [1] och dess servobibliotek [2] är skrivningen av ett värde mellan 0 och 180 direkt servomotorns position och i vårt fall ställdonets position. Jag känner bara Arduino men jag är säker på att det på andra plattformar också är mycket enkelt att styra servon och därmed denna ställdon.

För att bygga den behöver du en stående borrmaskin och en 4,2 mm metallborr. Du kommer att borra ut M4 -muttrar för att vara dina hylsor.

Vidare behöver du en bra bänkskruv och en skruvstans för att skära en M4 -gänga på en metallstav. För fixering av stavarna krävs en M4 -skruvkran.

Tillbehör

1 Standard Servo Tower Pro MG946R. Levereras med servoarm, 4 M2 fästskruvar och 4 d3 mässingsskrov

1 Micro Servo Tower Pro MG90S. Levereras med servoarm och 2 fästskruvar

11 M2 x l10 mm plattskruv

4 M4 bricka

6 M4 mutter

1 Snapring d4 mm

1 gem med d1 mm

1 träpinne d6 x l120

2 Stål eller aluminiumstång d4 x l166 med M4 x l15 gänga i ena änden

1 Stål eller aluminiumstång d4 x l14 med snäppring

1 Stång av stål eller aluminium d4 x l12

Förklaring: l: längd i millimeter, d: diameter i millimeter

Steg 1: 3D -tryckta delar

Du måste antingen skriva ut vänster- eller höger-sidiga delar. Bilderna i den här instruktionsboken visar en vänstersidig LnR-manöverdon (sett framifrån är träspetsen på vänster sida).

Om du inte har en 3D -skrivare rekommenderar jag att du letar efter en 3D -utskriftstjänst i närheten.

Steg 2: Glidlager

Som lager används M4 -muttrarna! För det borrar du ut (M4/3,3 mm) hål med 4,2 mm metallborr. Tryck in de utborrade M4 -muttrarna i öppningarna i reglaget.

Limma 2 M4 brickor på skjutreglaget och skjutreglaget.

Steg 3: Mirco servo och förlängningsarm

Montera Micro Servo på reglaget.

På höger sida ser du förlängningsarmen och de återstående 2 M4 -muttrarna. Tryck in de utborrade M4 -muttrarna i förlängningsarmens öppningar.

Steg 4: Reglage och roterbart axel

Montera skjutreglage, förlängningsarm och skjutreglage. Använd den lilla 12 mm långa metallstången som axel.

Längst ner på bilden ser du flänsen som är fäst vid Micro Servo -armen.

Du måste borra ett 1,5 mm hål i träpluggen (längst ner till höger på bilden), annars går träet sönder.

Steg 5: Servo Joint

Borra ett hål på 4,2 mm i standard servoarmen och lägg till ett snäpp på 14 mm metallstången för snäppringen.

Lim en av brickorna på servoarmen.

Så här staplar du komponenterna uppifrån och ner:

1) Montera snäppringen på axeln

2) Lägg till en bricka

3) Håll servoarmen under förlängningsarmen och tryck den monterade axeln genom den.

4) Lägg till lite lim på fixeringsringen och tryck ner den från botten på axeln.

Bilden är inte aktuell. Istället för den andra snäppringen ropar den upp fixeringsringen. Idén med fixeringsringen är en förbättring av den ursprungliga designen.

Steg 6: Servomontage

Standard servon är ansluten till ställdonet. För att få servon genom öppningen måste du ta bort dess bottenlock så att du kan böja ner kabeln.

Monteringsskruvarna går först in i skroven, sedan genom hålen i ställdonet. Borra in skruvarna i fixeringsblocken som är placerade under LnR-basen.

Steg 7: Rörelse i längdriktningen

Med M4-skruvkranen skär du en tråd i 3,3 mm-hålen på LnR-basens bakre plan.

Skjutreglaget rör sig på de två metallstavarna. Dessa skjuts genom de 4,2 mm främre hålen på LnR-basen, sedan genom glidlagren och fixeras med M4-gängan i ställdonets bakre plan.

Steg 8: Täck

Det är LnR -ställdonet!

För att fixa Micro Servo -kabeln används en del av ett gem. Montera huven på ställdonet och du är klar.

Steg 9: Arduino Sketch (valfritt)

Anslut två potentiometrar till Arduino -ingångarna A0 och A1. Signalpinnarna är 7 för roterande och 8 för längsgående rörelse.

Det är viktigt att du tar de 5 volt från Arduino för potentiometrarna och inte från den externa 5 V strömförsörjningen. För att köra servon måste du använda en extern strömförsörjning.

Steg 10: Utöver ett programmeringsexempel (valfritt)

Så här avbryter jag systematiska fel i programvaran som styr LnR -ställdonet. Genom att eliminera positioneringsfelet på grund av mekanisk omvandling och på grund av mekaniskt spel är en positioneringsnoggrannhet på 0,5 millimeter i längdriktning och 1 grader i roterande rörelse möjlig.

Mekanisk transformation: Arduinos kartfunktion [5] kan skrivas som: f (x) = a + bx. För demodatauppsättningen [6] är den maximala avvikelsen 1,9 mm. Detta betyder att vid något tillfälle är ställdonets position nästan 2 millimeter från det uppmätta värdet.

Med ett polynom med en grad av 3, f (x) = a + bx + cx^2 + dx^3 är den maximala avvikelsen för demodata 0,3 millimeter; 6 gånger mer exakt. För att bestämma parametrarna a, b, c och d måste du mäta minst 5 punkter. Demodatauppsättningen har mer än 5 mätpunkter, men 5 är tillräckliga.

Mekaniskt spel: På grund av det mekaniska spelet finns det en förskjutning i positionen om du flyttar ställdonet först framåt och sedan bakåt, eller om du flyttar det medurs och sedan moturs. I längdriktningen har ställdonet mekaniskt spel i de två lederna mellan servoarmen och reglaget. För rotationsrörelsen har ställdonet mekaniskt spel mellan reglaget och axlarna. Servomotorerna har också en del mekaniskt spel själva. För att avbryta den mekaniska spelningen är reglerna: A) När du går framåt eller medurs är formeln: f (x) = P (x) B) När du rör dig bakåt eller moturs är formeln: f (x) = P (x) + O (x)

P (x) och O (x) är polynom. O är den förskjutning som läggs till på grund av det mekaniska spelet. För att bestämma polynomparametrarna, mät 5 punkter när du rör dig i en riktning och samma 5 punkter när du rör dig i motsatt riktning.

Om du planerar att styra flera servomotorer med en Arduino och jag övertygade dig om att göra en mjukvarukalibrering med hjälp av polynom, ta en titt på mitt prfServo Arduino -bibliotek [4].

För penna -ledningsdriven video användes prfServo -biblioteket. För var och en av de fyra servon utfördes en fempunktskalibrering i båda riktningarna.

Andra systematiska fel: Ställdonet har ytterligare systematiska fel: Friktion, excentricitet och upplösning av det använda servobiblioteket och servomotorer.

Kanske, mer som ett roligt faktum, är upplösningen för Adafruit Servo Shield [3] 0,15 mm i längdriktning! Här är anledningen: Servoskölden använder PCA9685 -chipet för att producera PWM -signalen. PCA9685 är utformad för att skapa PWM -signaler mellan 0 och 100 % och har 4096 värden för det. Men för en servo används endast värden på låtar säger 200 (880 μs) till 500 (2215 μs). 45 mm nav dividerat med 300 är 0,15 mm. Om du räknar ut den roterande rörelsen är 180º dividerat med 300 poäng 0,6º.

Steg 11: Referenser

[1] Arduino: https://www.arduino.cc/[2] Servobibliotek: https://www.arduino.cc/en/reference/servo[3] Adafruit ServoShield: https://www.adafruit. com/product/1411 [4] prfServo bibliotek: https://github.com/mrstefangrimm/prfServo [5] Arduino kartfunktion:

[6] Exempel på datamängd: 0 4765 42610 38815 35620 32525 30030 27635 25240 22445 194