Atuador linear para Arduino: mecatrônica para seus projetos

Mecatrônica é uma disciplina que mistura mecânica com eletrônica, sendo um ramo multidisciplinar da engenharia que se baseia na robótica, eletrônica, computação, telecomunicações, controle, etc. Para ir além dos projetos eletrônicos DIY e começar a experimentar com projetos mecatrônicos, você pode começar a integrar dispositivos como os motores ou atuador linear para o seu Arduino.

Isso abre você um novo mundo de possibilidades para os fabricantes. Na verdade, este atuador linear é o mais prático com a capacidade de realizar ações móveis ou exercer força sobre outros elementos. você quer saber mais? Nós te dizemos ...

Tipos de atuadores lineares

Existem vários tipos de atuadores, embora neste artigo iremos nos concentrar naquele que usa um motor elétrico para acionar o êmbolo. Mas você deve saber que também pode haver outros tipos:

Hidráulica: Eles usam algum tipo de fluido para mover o pistão. Um exemplo pode ser o de muitas máquinas agrícolas ou escavadeiras, usando esses pistões e a pressão do óleo para mover os braços articulados, prensas hidráulicas, etc.
Elétrico: são atuadores que utilizam um parafuso sem-fim movido por um motor elétrico para gerar o movimento. Existem também do tipo solenóide (eletroímã), que utiliza um campo magnético para mover o pistão ou êmbolo e uma mola para devolvê-lo à posição original quando esse campo não está sendo exercido. Um exemplo prático pode ser o exemplo final que apresento neste artigo, ou também muitos outros de robótica, dispositivos mecânicos comuns, etc.
Pneus: utilizam o ar como fluido, em vez de líquido como no caso da hidráulica. Um exemplo disso são os atuadores lineares típicos encontrados nas oficinas de tecnologia de alguns centros educacionais.

O objetivo final deste dispositivo é transformar uma energia hidráulico, elétrico ou pneumático em um empuxo linear neste caso, exercendo assim força, empuxo, agindo como um regulador, ativando algum outro mecanismo, etc.

Sobre o atuador linear eletrônico

Basicamente um atuador linear elétrico não é nada mais do que um motor elétrico, às vezes pode ser um NEMA como já visto. Este motor gira seu eixo e, por meio de uma combinação de engrenagens ou correntes dentadas, faz girar um parafuso sem fim. Este parafuso sem fim será responsável por deslizar um pistão ou haste em uma direção ou outra (dependendo da direção de rotação).

Que desentupidor será aquele que funciona como um atuador para empurrar algo, puxar algo, exercer uma força, etc. As aplicações são bastante amplas. Como você pode ver, é algo bastante simples que não guarda muitos mistérios.

Esses atuadores lineares, ao contrário de outros não lineares, têm a vantagem de poder exercer grandes forças e deslocamentos considerável (dependendo do modelo). Mas para o Arduino, você tem alguns modelos que podem ir de 20 a 150 Kgf (quilograma força ou quilopond), e deslocamentos de 100 a 180 mm.

Como uma grande desvantagem é o seu velocidade de deslocamentoPorque, ao exercer essas forças enormes, as rodas de redução necessárias para aumentar o torque diminuirão a velocidade de extensão e retração. Velocidades de 4 a 20 mm / s podem ser fornecidas em modelos típicos. Isso significa que todo o processo linear pode ir de algumas dezenas de segundos a alguns minutos em caso de ser mais longo e lento ...

Quanto ao seu alimentação, você os tem de várias tensões ou tensões. Por exemplo, o normal é que sejam 12 ou 24v, embora você possa encontrar alguns abaixo e acima disso. Quanto ao consumo, podem variar de 2A a 5A em alguns casos. Como você pode ver, por ser um motor potente, o consumo é alto ... Então se você planeja alimentá-lo com baterias, você deve considerar que eles têm a capacidade necessária.

Controle de atuador linear

O atuador linear elétrico que você pode encontrar para o Arduino pode ter vários tipos de ao controle:

Com potenciômetro: por meio de um potenciômetro permitem selecionar a posição do pistão.
Com fim de carreira: um interruptor de limite em cada extremidade o fará parar por conta própria assim que chegar ao topo.
Descontrolado: eles não têm nenhum dos sistemas de controle acima.

Pinagem

El pinagem Um atuador linear não poderia ser mais fácil. Possui dois cabos condutores para alimentar o motor elétrico que o integra, nada mais do que isso. Portanto, zero complicações. A única coisa a ter em mente para estender ou retrair a haste é que a rotação do motor deve ser invertida (polaridade da corrente).

Para que isso seja possível, você pode use um controlador H-bridge como aquele usado para motores de corrente contínua. Você pode pensar que alguém como ele te serve L298N, você outros visto, como TB6612FNG, etc. Mas a verdade é que nenhum deles tem potência suficiente para esses atuadores lineares (se forem grandes). Portanto, o controlador queimaria.

Portanto, você só pode construir seu próprio controle de velocidade usando transistores como BJTs ou MOSFETs, e até mesmo relés Estado sólido ...

Onde comprar um atuador linear?

El preço do atuador linear dependerá em grande parte do tamanho, velocidade, comprimento e também da força que pode suportar. Normalmente, você pode encontrá-los em torno de € 20 a € 200. E você os encontrará facilmente em lojas especializadas de eletrônicos ou em outras lojas online, como a Amazon. Por exemplo:

Muitos desses produtos são protegidos contra poeira e respingos pelo certificado IPX54. E tenha em mente as recomendações do fabricante, os pesos indicados nem sempre são suportados para todos os comprimentos de extensão, em alguns casos apenas um determinado peso limite é suportado até uma determinada extensão.

Integração com Arduino

Esses tipos de atuadores podem ter diversos usos práticos se você integrá-los à placa Arduino. Para fazer isso, a primeira coisa que você deve saber é a maneira pela qual você pode faça o diagrama de conexão com o seu distintivo. Como você pode ver, não é nada complicado, então não apresenta muita complicação.

Como você pode ver no esquema acima que desenhei, usei dois relés e um atuador linear. As linhas coloridas que você vê representa o seguinte:

vermelho e preto: são os cabos do atuador linear que irão para cada um dos relés utilizados.
cinza: você conectou ao aterramento ou GND em cada um dos relés como você pode ver.
Azul: vai para a fonte de alimentação Vin para o relé, neste caso ficará entre 5v e 12v.
Verde: as linhas Vcc do módulo estão conectadas a 5v de sua placa Arduino.
cinza: também aterrado, conectado do módulo ao Arduino GND.
Roxo e laranja: são as linhas de controle que irão para qualquer um dos pinos do Arduino para controlar o giro. Por exemplo, você pode ir para D8 e D9.

Em relação ao exemplo de código-fonte para o seu Arduino IDE, o esboço para o controle básico seria o seguinte:

//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);
}

Você pode modifique o código ser capaz de controlar e posicionar o êmbolo em posições específicas, se desejar, ou adicionar mais elementos ...

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