Linearni aktuator za Arduino: mehatronika za vaše projekte

Mehatronika je disciplina koja miješa mehaniku sa elektronikom, budući da je multidisciplinarna grana inženjerstva koja se oslanja na robotiku, elektroniku, računarstvo, telekomunikacije, upravljanje itd. Da biste prošli dalje od elektroničkih projekata „uradi sam“ i započeli eksperimentiranje s mehatroničkim projektima, možete početi integrirati uređaje poput motori ili linearni aktuator za vaš Arduino.

To te otvara novi svijet mogućnosti za proizvođače. U stvari, ovaj linearni aktuator je najpraktičniji sa sposobnošću izvođenja pokretnih radnji ili izvršavanja sile na druge elemente. Želite li znati više? Kažemo vam ...

Vrste linearnih aktuatora

Postoji nekoliko vrsta aktuatora, iako ćemo se u ovom članku usredotočiti na onaj koji koristi elektromotor za pogon klipa. Ali trebali biste znati da mogu biti i druge vrste:

• Hidraulika: Za pomicanje klipa koriste neku vrstu fluida. Primjer može biti primjer mnogih poljoprivrednih mašina ili bagera, koji koriste ove klipove i pritisak ulja za pomicanje zglobnih ruku, hidrauličnih presa itd.
• Električni: oni su aktuatori koji koriste beskrajni vijak pomaknut elektromotorom da generiraju kretanje. Postoje i magnetni tipovi (elektromagnet), koji koriste magnetno polje za pomicanje klipa ili klipa i oprugu za vraćanje u prvobitni položaj kada se to polje ne napreže. Praktični primjer može biti konačni primjer koji iznosim u ovom članku, ili također mnogi drugi iz robotike, uobičajenih mehaničkih uređaja, itd.
• Gume: koriste vazduh kao tečnost, umesto kao tečnost kao u slučaju hidraulike. Primjer za to su tipični linearni aktuatori koji se nalaze u tehnološkim radionicama nekih obrazovnih centara.

Krajnji cilj ovog uređaja je transformirati energiju hidraulički, električni ili pneumatski u linearnom potisku u ovom slučaju, vršeći tako silu, potisak, djelujući kao regulator, aktivirajući neki drugi mehanizam itd.

O elektroničkom linearnom aktuatoru

U osnovi a električni linearni aktuator ponekad nije ništa više od električnog motora može biti NEMA kao što je već viđeno. Ovaj motor okreće svoje vratilo i pomoću kombinacije zupčanika ili nazubljenih lanaca okreće beskrajni vijak. Ovaj beskrajni vijak bit će zadužen za klizanje klipa ili štapa u jednom ili drugom smjeru (ovisno o smjeru rotacije).

Ese klip to će biti onaj koji služi kao pokretač da nešto potisne, povuče, izvrši silu itd. Primjene su prilično široke. Kao što vidite, to je nešto sasvim jednostavno što ne sadrži previše misterija.

Prednost ovih linearnih aktuatora je u tome što mogu naprezati velike sile i pomaci znatan (ovisno o modelu). Ali za Arduino imate neke modele koji mogu ići od 20 do 150 Kgf (sila kilograma ili kilopond) i pomaci od 100 do 180 mm.

Kao što je veliki nedostatak brzina pomicanjaBudući da će pri izvršavanju ovih ogromnih sila redukcijski kotačići potrebni za povećanje obrtnog momenta uzrokovati manju brzinu rastezanja i uvlačenja. Na tipičnim modelima mogu se postići brzine od 4 do 20 mm / s. To znači da za dovršetak cijelog linearnog procesa može proći od nekoliko desetaka sekundi do nekoliko minuta u slučaju da bude duži i sporiji ...

Pinout

El pin out linearnog aktuatora ne može biti jednostavnije. Ima dva provodna kabela za napajanje električnog motora koji integrira, i ništa više od toga. Dakle, nula komplikacija. Jedino na što trebate imati na umu da se pruga produži ili uvuče je da rotacija motora mora biti obrnuta (trenutni polaritet).

Da bi to bilo moguće možete koristite kontroler H-mosta poput one koja se koristi za motore istosmjerne struje. Mogli biste pomisliti da vas neko poput njega služi L298N, u drugi viđen, kao što je TB6612FNG, itd. Ali istina je da nijedan od njih nema dovoljno snage za ove linearne aktuatore (ako su veliki). Stoga bi kontroler izgarao.

Stoga možete samo graditi svoju kontrolu brzine koristeći tranzistore poput BJT-a ili MOSFET-a, pa čak i releji solid state ...

Gdje kupiti linearni aktuator?

El cijena linearnog aktuatora uvelike će ovisiti o veličini, brzini, dužini, a također i o sili koju može podnijeti. Obično ih možete pronaći od oko 20 do 200 eura. A lako ćete ih pronaći u specijaliziranim prodavnicama elektronike ili u drugim internetskim trgovinama poput Amazona. Na primjer:

• Solenoidni aktuator Sourcingmap sposoban da izvrši silu od 400g i 4mm
• Justech DC 12V linearni aktuator do 72 kg i 150 mm hoda
• LHQ-HQ DC 12v, kapaciteta 80 kg i 50 mm putovanja
• 12 m do obale do 300 mm i 150 kg podržane težine (procjenjuje se na 50 mm)
• Nije pronađen nijedan proizvod.

Mnogi od ovih proizvoda su zaštićeni prašine i prskanja certifikatom IPX54. I imajte na umu preporuke proizvođača, naznačene težine nisu uvijek podržane za sve dužine produženja, u nekim slučajevima podržana je samo određena granična težina do određenog produženja.

Integracija s Arduinom

Ove vrste aktuatora mogu imati različite praktične primjene ako ih integrirate sa svojom Arduino pločom. Da biste to učinili, prva stvar koju biste trebali znati je način na koji možete napravite dijagram povezivanja sa vašom značkom. Kao što vidite, uopće nije komplicirano, pa ne predstavlja previše komplikacija.

Kao što možete vidjeti iz gornje šeme koju sam nacrtao, koristio sam dva releja i linearni aktuator. The obojene linije vidite da predstavljaju sljedeće:

• Crvena i crna: su kablovi linearnog aktuatora koji će ići na svaki od korištenih releja.
• sive boje: povezani ste na masu ili na masu u svaki od releja kao što vidite.
• Plava: ide na napajanje Vin za relej, u ovom slučaju to će biti između 5v i 12v.
• zelen: Vcc linije modula povezane su na 5v vaše Arduino ploče.
• sive boje: također uzemljenje, povezano od modula na Arduino GND.
• Ljubičasta i narandžasta: su kontrolne linije koje će ići na bilo koji od Arduino pinova za kontrolu okretanja. Na primjer, možete ići na D8 i D9.

Što se tiče primjera izvorni kod za vaš Arduino IDE, skica za osnovnu kontrolu bila bi sljedeća:

//configurar las salidas digitales
const int rele1 = 8;
const int rele2 = 9;
 
void setup()
{
   pinMode(rele1, OUTPUT);
   pinMode(rele2, OUTPUT);
 
   //Poner los relés a bajo
   digitalWrite(rele1, LOW);
   digitalWrite(rele2, LOW);
}
 
void loop()
{
   extendActuator();
   delay(2000);
   retractActuator();
   delay(2000);
   stopActuator();
   delay(2000);
}
 
//Activar uno de los relés para extender el actuador
void extendActuator()
{
   digitalWrite(rele2, LOW);
   delay(250);
   digitalWrite(rele1, HIGH);
}
 
//Lo inverso a lo anterior para retraer el émbolo
void retractActuator()
{
   digitalWrite(rele1, LOW);
   delay(250);
   digitalWrite(rele2, HIGH);
}
 
//Poner ambos releś apagados parar el actuador
void stopActuator()
{
   digitalWrite(rele1, LOW);
   digitalWrite(rele2, LOW);
}

Možete izmijeniti kod kako biste mogli kontrolirati i postaviti klip u određene položaje, ako želite, ili dodati više elemenata ...