Γραμμικός ενεργοποιητής για το Arduino: mechatronics για τα έργα σας

Η Μηχατρονική είναι μια πειθαρχία που συνδυάζει τη μηχανική με την ηλεκτρονική, ως πολυεπιστημονικός κλάδος μηχανικής που βασίζεται στη ρομποτική, την ηλεκτρονική, την πληροφορική, τις τηλεπικοινωνίες, τον έλεγχο κ.λπ. Για να ξεπεράσετε τα ηλεκτρονικά έργα DIY και να αρχίσετε να πειραματίζεστε με έργα μηχατρονικών, μπορείτε να ξεκινήσετε την ενσωμάτωση συσκευών όπως οι κινητήρες ή η γραμμικός ενεργοποιητής για το Arduino σας.

Αυτό σε ανοίγει ένας νέος κόσμος δυνατοτήτων για κατασκευαστές. Στην πραγματικότητα, αυτός ο γραμμικός ενεργοποιητής είναι ο πιο πρακτικός με την ικανότητα να εκτελεί κινητές ενέργειες ή να ασκεί δύναμη σε άλλα στοιχεία. Θέλετε να μάθετε περισσότερα; Σας λέμε ...

Τύποι γραμμικών ενεργοποιητών

Υπάρχουν διάφοροι τύποι ενεργοποιητών, αν και σε αυτό το άρθρο θα επικεντρωθούμε σε αυτόν που χρησιμοποιεί έναν ηλεκτρικό κινητήρα για να οδηγήσει το έμβολο. Αλλά πρέπει να γνωρίζετε ότι μπορεί να υπάρχουν και άλλοι τύποι:

• Υδραυλική: Χρησιμοποιούν κάποιο είδος υγρού για να μετακινήσουν το έμβολο. Ένα παράδειγμα μπορεί να είναι αυτό πολλών γεωργικών μηχανημάτων ή εκσκαφέων, χρησιμοποιώντας αυτά τα έμβολα και την πίεση λαδιού για να μετακινήσουν τους αρθρωτούς βραχίονες, τις υδραυλικές πρέσες κ.λπ.
• Ηλεκτρικά: είναι ενεργοποιητές που χρησιμοποιούν μια ατέρμονη βίδα που κινείται από έναν ηλεκτροκινητήρα για να δημιουργήσει την κίνηση. Υπάρχουν επίσης ηλεκτρομαγνήτες τύπου ηλεκτρομαγνήτη, οι οποίοι χρησιμοποιούν μαγνητικό πεδίο για να μετακινήσουν το έμβολο ή το έμβολο και ένα ελατήριο για να το επιστρέψουν στην αρχική του θέση όταν δεν ασκείται αυτό το πεδίο. Ένα πρακτικό παράδειγμα μπορεί να είναι το τελικό παράδειγμα που παρουσιάζω σε αυτό το άρθρο, ή επίσης πολλά άλλα ρομποτικής, κοινών μηχανικών συσκευών κ.λπ.
• Ελαστικά: χρησιμοποιούν τον αέρα ως υγρό, αντί για ένα υγρό όπως στην περίπτωση των υδραυλικών. Ένα παράδειγμα αυτών είναι οι τυπικοί γραμμικοί ενεργοποιητές που βρίσκονται στα εργαστήρια τεχνολογίας ορισμένων εκπαιδευτικών κέντρων.

Ο απώτερος στόχος αυτής της συσκευής είναι μεταμορφώστε μια ενέργεια υδραυλικά, ηλεκτρικά ή πνευματικά σε μια γραμμική ώθηση σε αυτήν την περίπτωση, ασκώντας έτσι δύναμη, ώθηση, ενεργώντας ως ρυθμιστής, ενεργοποιώντας κάποιον άλλο μηχανισμό κ.λπ.

Σχετικά με τον ηλεκτρονικό γραμμικό ενεργοποιητή

Βασικά α ηλεκτρικός γραμμικός ενεργοποιητής μερικές φορές δεν είναι παρά ένας ηλεκτροκινητήρας μπορεί να είναι NEMA όπως είδαμε ήδη. Αυτός ο κινητήρας γυρίζει τον άξονα του και μέσω ενός συνδυασμού γραναζιών ή οδοντωτών αλυσίδων θα γυρίσει μια ατέρμονη βίδα. Αυτή η ατελείωτη βίδα θα είναι υπεύθυνη για την ολίσθηση ενός εμβόλου ή ράβδου στη μία ή την άλλη κατεύθυνση (ανάλογα με την κατεύθυνση περιστροφής).

Αυτό έμβολο θα είναι αυτός που λειτουργεί ως ενεργοποιητής για να ωθήσει κάτι, να τραβήξει κάτι, να ασκήσει δύναμη κ.λπ. Οι εφαρμογές είναι αρκετά μεγάλες. Όπως μπορείτε να δείτε, είναι κάτι πολύ απλό που δεν περιέχει πάρα πολλά μυστήρια.

Αυτοί οι γραμμικοί ενεργοποιητές, σε αντίθεση με άλλους μη γραμμικούς, έχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να ασκήσουν μεγάλες δυνάμεις και μετατοπίσεις σημαντική (ανάλογα με το μοντέλο). Αλλά για το Arduino, έχετε μερικά μοντέλα που μπορούν να κυμανθούν από 20 έως 150 Kgf (χιλιόγραμμο δύναμης ή kilopond), και μετακινήσεις 100 έως 180 mm.

Ως μεγάλο μειονέκτημα είναι ταχύτητα μετατόπισηςΔιότι με την άσκηση αυτών των τεράστιων δυνάμεων, οι τροχοί μείωσης που απαιτούνται για την αύξηση της ροπής θα μειώσουν την ταχύτητα επέκτασης και ανάσυρσης. Ταχύτητες από 4 έως 20 mm / s μπορούν να δοθούν σε τυπικά μοντέλα. Αυτό σημαίνει ότι για να ολοκληρωθεί ολόκληρη η γραμμική διαδικασία μπορεί να περάσει από λίγα δεκάδες δευτερόλεπτα έως λίγα λεπτά σε περίπτωση που είναι μεγαλύτερη και πιο αργή ...

pinout

El καρφίτσα Ένας γραμμικός ενεργοποιητής δεν θα μπορούσε να είναι ευκολότερος. Έχει δύο αγώγιμα καλώδια για να τροφοδοτήσει τον ηλεκτρικό κινητήρα που ενσωματώνει, και τίποτα περισσότερο από αυτό. Επομένως, μηδενικές επιπλοκές. Το μόνο που πρέπει να θυμάστε για την επέκταση ή τη σύσφιξη του στελέχους είναι ότι η περιστροφή του κινητήρα πρέπει να αντιστραφεί (τρέχουσα πολικότητα).

Για να είναι εφικτό μπορείτε χρησιμοποιήστε έναν ελεγκτή H-bridge όπως αυτός που χρησιμοποιείται για κινητήρες συνεχούς ρεύματος. Ίσως νομίζετε ότι κάποιος σαν αυτόν τον εξυπηρετεί L298N, u άλλοι δει, όπως TB6612FNG, κ.λπ. Αλλά η αλήθεια είναι ότι κανένας από αυτούς δεν έχει αρκετή ισχύ για αυτούς τους γραμμικούς ενεργοποιητές (εάν είναι μεγάλοι). Επομένως, ο ελεγκτής θα κάψει.

Επομένως, μπορείτε να δημιουργήσετε μόνο τον δικό σας έλεγχο ταχύτητας χρησιμοποιώντας τρανζίστορ όπως BJTs ή MOSFET και ακόμη ρελέ Στερεάς κατάστασης ...

Πού να αγοράσετε έναν γραμμικό ενεργοποιητή;

El τιμή του γραμμικού ενεργοποιητή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθος, την ταχύτητα, το μήκος και επίσης τη δύναμη που μπορεί να αντέξει. Συνήθως μπορείτε να τα βρείτε από περίπου 20 έως 200 €. Και θα τα βρείτε εύκολα σε εξειδικευμένα καταστήματα ηλεκτρονικών ειδών ή σε άλλα διαδικτυακά καταστήματα όπως το Amazon. Για παράδειγμα:

• Ενεργοποιητής ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας Sourcingmap ικανός να ασκήσει δύναμη 400g και 4mm
• Γραμμικός ενεργοποιητής Justech DC 12V έως 72kg και 150mm
• LHQ-HQ DC 12v με χωρητικότητα 80 kg και 50 mm διαδρομής
• Υποστήριξη Seafront 12V έως 300mm και 150kg (εκτιμάται για 50mm)
• Δεν βρέθηκαν προϊόντα.

Πολλά από αυτά τα προϊόντα προστατεύονται από σκόνη και πιτσιλιές από το πιστοποιητικό IPX54. Και λάβετε υπόψη τις συστάσεις του κατασκευαστή, τα υποδεικνυόμενα βάρη δεν υποστηρίζονται πάντα για όλα τα μήκη επέκτασης, σε ορισμένες περιπτώσεις υποστηρίζεται μόνο ένα συγκεκριμένο όριο βάρους έως μια συγκεκριμένη επέκταση.

Ενσωμάτωση με το Arduino

Αυτοί οι τύποι ενεργοποιητών μπορεί να έχουν ποικίλες πρακτικές χρήσεις εάν τους ενσωματώσετε στην πλακέτα Arduino. Για να το κάνετε αυτό, το πρώτο πράγμα που πρέπει να γνωρίζετε είναι ο τρόπος με τον οποίο μπορείτε κάντε το διάγραμμα σύνδεσης με το σήμα σας. Όπως μπορείτε να δείτε, δεν είναι καθόλου περίπλοκο, οπότε δεν παρουσιάζει υπερβολικές επιπλοκές.

Όπως μπορείτε να δείτε από το παραπάνω σχηματικό σχέδιο, έχω χρησιμοποιήσει δύο ρελέ και έναν γραμμικό ενεργοποιητή. ο χρωματιστές γραμμές βλέπετε να αντιπροσωπεύουν τα ακόλουθα:

• κόκκινο και μαύρο: αυτά είναι τα γραμμικά καλώδια ενεργοποιητή που θα πάνε σε καθένα από τα χρησιμοποιούμενα ρελέ.
• Γκρί: έχετε συνδεθεί σε γείωση ή GND σε καθένα από τα ρελέ όπως μπορείτε να δείτε.
• Azul: πηγαίνει στο τροφοδοτικό Vin για το ρελέ, στην περίπτωση αυτή θα είναι μεταξύ 5v και 12v.
• Πράσινος: οι γραμμές Vcc της μονάδας συνδέονται με 5v της πλακέτας Arduino.
• Γκρί: επίσης γείωση, συνδεδεμένη από τη μονάδα στο Arduino GND.
• Μωβ και πορτοκαλί: είναι οι γραμμές ελέγχου που θα πάνε σε οποιαδήποτε από τις ακίδες Arduino για τον έλεγχο της περιστροφής. Για παράδειγμα, μπορείτε να μεταβείτε στις D8 και D9.

Όσο για το παράδειγμα του πηγαίος κώδικας για το Arduino IDE, το σχέδιο για τον βασικό έλεγχο θα έχει ως εξής:

//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);
}

Εσείς τροποποιήστε τον κωδικό για να μπορείτε να ελέγχετε και να τοποθετείτε το έμβολο σε συγκεκριμένες θέσεις αν θέλετε ή να προσθέσετε περισσότερα στοιχεία ...