Aktuator linier untuk Arduino: mekatronik untuk proyek Anda

Mekatronika adalah disiplin ilmu yang mencampurkan mekanik dengan elektronik, menjadi cabang multidisiplin teknik yang mengacu pada robotika, elektronik, komputasi, telekomunikasi, kontrol, dll. Untuk melampaui proyek DIY elektronik, dan mulai bereksperimen dengan proyek mekatronika, Anda dapat mulai mengintegrasikan perangkat seperti mesin o el aktuator linier untuk Arduino Anda.

Itu membuka Anda dunia baru kemungkinan untuk pembuat. Faktanya, aktuator linier ini adalah yang paling praktis dengan kemampuan untuk melakukan aksi bergerak atau memberikan gaya pada elemen lain. Ingin tahu lebih banyak? Kami memberitahu Anda ...

Jenis aktuator linier

Ada beberapa jenis aktuator, namun pada artikel ini kita akan fokus pada salah satu yang menggunakan motor listrik untuk menggerakkan plunger. Tetapi Anda harus tahu bahwa mungkin juga ada jenis lain:

Hidrolika: Mereka menggunakan beberapa jenis fluida untuk menggerakkan piston. Contohnya bisa dari banyak mesin pertanian atau excavator, menggunakan piston ini dan tekanan oli untuk menggerakkan lengan yang diartikulasikan, pengepres hidrolik, dll.
Listrik: mereka adalah aktuator yang menggunakan sekrup tak berujung yang digerakkan oleh motor listrik untuk menghasilkan gerakan. Ada juga jenis solenoida (elektromagnet), yang menggunakan medan magnet untuk menggerakkan piston atau plunger dan pegas untuk mengembalikannya ke posisi semula saat medan tersebut tidak dialirkan. Contoh praktis dapat menjadi contoh terakhir yang saya sajikan dalam artikel ini, atau juga banyak robotika lainnya, perangkat mekanis umum, dll.
Ban: mereka menggunakan udara sebagai fluida, bukan sebagai cairan seperti pada kasus hidrolika. Contohnya adalah aktuator linier tipikal yang ditemukan di bengkel teknologi di beberapa pusat pendidikan.

Tujuan akhir dari perangkat ini adalah mengubah energi hidrolik, listrik atau pneumatik dalam dorongan linier dalam hal ini, sehingga mengerahkan gaya, daya dorong, bertindak sebagai pengatur, mengaktifkan beberapa mekanisme lain, dll.

Tentang aktuator linier elektronik

Pada dasarnya a aktuator linier listrik itu tidak lebih dari sebuah motor listrik, kadang-kadang bisa menjadi NEMA seperti yang sudah terlihat. Motor ini memutar porosnya, dan dengan kombinasi roda gigi atau rantai bergigi, ia akan memutar sekrup yang tak berujung. Sekrup tak berujung ini akan bertugas menggeser piston atau batang ke satu arah atau lainnya (tergantung pada arah putaran).

Itu penyelam itu akan menjadi salah satu yang berfungsi sebagai aktuator untuk mendorong sesuatu, untuk menarik sesuatu, untuk mengerahkan kekuatan, dll. Aplikasinya cukup luas. Seperti yang Anda lihat, ini adalah sesuatu yang sangat sederhana yang tidak menyimpan terlalu banyak misteri.

Aktuator linier ini, tidak seperti yang non-linier lainnya, memiliki keuntungan karena dapat digunakan gaya dan perpindahan besar cukup besar (tergantung model). Tetapi untuk Arduino, Anda memiliki beberapa model yang dapat bergerak dari 20 hingga 150 Kgf (kilogram gaya atau kilopond), dan perpindahan 100 hingga 180 mm.

Sebagai kerugian besar adalah nya kecepatan perpindahanKarena dengan mengerahkan tenaga yang sangat besar ini, roda reduksi yang dibutuhkan untuk meningkatkan torsi akan menurunkan kecepatan perpanjangan dan retraksi. Kecepatan 4 hingga 20 mm / s dapat diberikan pada model tipikal. Ini berarti bahwa untuk menyelesaikan seluruh proses linier, dapat berlangsung dari beberapa lusin detik menjadi beberapa menit jika menjadi lebih lama dan lebih lambat ...

Adapun miliknya makanan, Anda memilikinya dari berbagai voltase atau voltase. Misalnya, hal yang biasa adalah 12 atau 24v, meskipun Anda dapat menemukan beberapa di bawah dan di atasnya. Mengenai konsumsinya, mereka dapat berkisar dari 2A hingga 5A dalam beberapa kasus. Seperti yang Anda lihat, sebagai mesin yang bertenaga, konsumsinya tinggi ... Jadi jika Anda berencana untuk memberinya makan dengan baterai, Anda harus mempertimbangkan bahwa mereka memiliki kapasitas yang diperlukan.

Kontrol aktuator linier

Aktuator linier listrik yang dapat Anda temukan untuk Arduino dapat memiliki berbagai jenis kontrol:

Dengan potensiometer: melalui potensiometer mereka memungkinkan untuk memilih posisi piston.
Dengan akhir karir: sakelar batas di setiap ujung akan menghentikannya sendiri setelah mencapai puncak.
Lepas kendali: mereka tidak memiliki sistem kendali di atas.

pinout

El pinout aktuator linier tidak bisa lebih sederhana. Ini memiliki dua kabel konduktif untuk memberi makan motor listrik yang terintegrasi, dan tidak lebih dari itu. Karena itu, tidak ada komplikasi. Satu-satunya hal yang harus diperhitungkan untuk memperpanjang atau menarik batang adalah putaran motor harus dibalik (polaritas arus).

Untuk itu menjadi mungkin Anda bisa gunakan pengontrol H-bridge seperti yang digunakan untuk motor arus searah. Anda mungkin berpikir bahwa seseorang seperti dia melayani Anda L298N, kamu lain terlihat, seperti TB6612FNG, dll. Tetapi kenyataannya adalah tidak satupun dari mereka memiliki kekuatan yang cukup untuk aktuator linier ini (jika mereka besar). Oleh karena itu, pengontrol akan terbakar.

Oleh karena itu, Anda hanya dapat membangun kontrol kecepatan Anda sendiri menggunakan transistor seperti BJT atau MOSFET, dan bahkan relay keadaan padat ...

Di mana membeli aktuator linier?

El harga dari aktuator linier akan sangat bergantung pada ukuran, kecepatan, panjang, dan juga pada gaya yang dapat ditahannya. Anda biasanya dapat menemukannya dari sekitar € 20 hingga € 200. Dan Anda akan dengan mudah menemukannya di toko elektronik khusus atau di toko online lain seperti Amazon. Sebagai contoh:

Banyak dari produk ini dilindungi debu dan cipratan dengan sertifikat IPX54. Dan perlu diingat rekomendasi pabrikan, bobot yang ditunjukkan tidak selalu didukung untuk semua panjang ekstensi, dalam beberapa kasus hanya bobot batas tertentu yang didukung hingga ekstensi tertentu.

Integrasi dengan Arduino

Jenis aktuator ini dapat memiliki kegunaan praktis yang bervariasi jika Anda mengintegrasikannya dengan papan Arduino Anda. Untuk melakukan ini, hal pertama yang harus Anda ketahui adalah cara yang Anda bisa buat diagram koneksi dengan lencana Anda. Seperti yang Anda lihat, ini tidak rumit sama sekali, jadi tidak menimbulkan terlalu banyak kerumitan.

Seperti yang Anda lihat dari skema di atas yang telah saya gambar, saya telah menggunakan dua relai dan aktuator linier. Itu garis berwarna Anda lihat mewakili yang berikut:

merah dan hitam: ini adalah kabel aktuator linier yang akan menuju ke setiap relai yang digunakan.
Abu-abu: Anda telah terhubung ke ground atau GND di setiap relai seperti yang Anda lihat.
Azul: pergi ke catu daya Vin untuk relai, dalam hal ini akan menjadi antara 5v dan 12v.
Hijau: garis Vcc modul terhubung ke 5v papan Arduino Anda.
Abu-abu: juga arde, dihubungkan dari modul ke Arduino GND.
Ungu dan oranye: adalah garis kontrol yang akan menuju ke salah satu pin Arduino untuk mengontrol putaran. Misalnya, Anda dapat pergi ke D8 dan D9.

Adapun contoh kode sumber untuk Arduino IDE Anda, sketsa untuk kontrol dasar adalah sebagai berikut:

//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);
}

Anda ubah kodenya untuk dapat mengontrol dan memposisikan plunger di posisi tertentu jika Anda mau, atau menambahkan lebih banyak elemen ...

Hardwarelibre

Aktuator linier untuk Arduino: mekatronika untuk proyek Anda