Lineárny pohon pre Arduino: mechatronika pre vaše projekty

Mechatronika je disciplína, ktorá mieša mechaniku s elektronikou. Je to multidisciplinárny odbor strojárstva, ktorý vychádza z robotiky, elektroniky, výpočtovej techniky, telekomunikácií, riadenia atď. Ak chcete ísť nad rámec elektronických DIY projektov a začať experimentovať s mechatronickými projektmi, môžete začať integrovať zariadenia ako motory alebo lineárny pohon pre vaše Arduino.

To vás otvára nový svet možností pre tvorcov. V skutočnosti je tento lineárny aktuátor najpraktickejší so schopnosťou vykonávať mobilné akcie alebo vyvíjať silu na ďalšie prvky. Chcete vedieť viac? Hovoríme vám ...

Typy lineárnych pohonov

Existuje niekoľko typov akčných členov, aj keď sa v tomto článku zameriame na ten, ktorý používa na pohon piestu elektrický motor. Mali by ste však vedieť, že môžu existovať aj iné typy:

Hydraulika: Na pohyb piestu používajú určitý druh kvapaliny. Príkladom môže byť mnoho poľnohospodárskych strojov alebo rýpadiel, ktoré používajú tieto piesty a tlak oleja na pohyb kĺbových ramien, hydraulických lisov atď.
elektrický: sú to akčné členy, ktoré na vytvorenie pohybu používajú nekonečnú skrutku posunutú elektromotorom. Existujú aj solenoidové typy (elektromagnety), ktoré používajú magnetické pole na pohyb piestu alebo piestu a pružinu na jeho vrátenie do pôvodnej polohy, keď toto pole nie je vyvíjané. Praktickým príkladom môže byť posledný príklad, ktorý uvádzam v tomto článku, alebo tiež mnoho ďalších z oblasti robotiky, bežných mechanických zariadení atď.
pneumatiky: používajú vzduch ako kvapalinu namiesto kvapaliny ako v prípade hydrauliky. Príkladom sú typické lineárne pohony, ktoré sa nachádzajú v technologických dielňach niektorých vzdelávacích centier.

Konečným cieľom tohto zariadenia je transformovať energiu hydraulické, elektrické alebo pneumatické v tomto prípade s lineárnym ťahom, čím sa vyvíja sila, ťah, pôsobí ako regulátor, aktivuje sa nejaký iný mechanizmus atď.

O elektronickom lineárnom pohone

V zásade a elektrický lineárny pohon niekedy to nie je nič iné ako elektromotor môže byť NEMA ako už bolo vidieť. Tento motor otáča hriadeľom a pomocou kombinácie ozubených kolies alebo ozubených reťazí točí nekonečnou skrutkou. Táto nekonečná skrutka bude mať na starosti posúvanie piestu alebo tyče v jednom alebo druhom smere (v závislosti od smeru otáčania).

ese piest bude to ten, ktorý slúži ako ovládač, aby niečo tlačil, niečo ťahal, vyvíjal silu atď. Aplikácie sú dosť široké. Ako vidíte, je to niečo celkom jednoduché, čo neudrží príliš veľa záhad.

Tieto lineárne pohony, na rozdiel od iných nelineárnych, majú tú výhodu, že sú schopné pôsobiť veľké sily a presuny značné (v závislosti od modelu). Ale pre Arduino máte niektoré modely, ktoré môžu ísť od 20 do 150 Kgf (kilogramová sila alebo kilopond) a posuny od 100 do 180 mm.

Veľkou nevýhodou je rýchlosť posunuPretože vynaložením týchto obrovských síl redukčné kolesá potrebné na zvýšenie krútiaceho momentu znížia rýchlosť vysunutia a zasunutia. Na typických modeloch možno dosiahnuť rýchlosť 4 až 20 mm / s. To znamená, že na dokončenie celého lineárneho procesu to môže trvať od niekoľkých desiatok sekúnd do niekoľkých minút, ak bude dlhší a pomalší ...

Čo sa týka jeho kŕmenie, máte ich rôzne napätia alebo napätia. Napríklad obvyklé je, že sú 12 alebo 24 V, aj keď niektoré nájdete nižšie a nad nimi. Pokiaľ ide o ich spotrebu, môžu sa v niektorých prípadoch pohybovať od 2 A do 5 A. Ako vidíte, keďže ide o výkonný motor, spotreba je vysoká ... Takže ak ho plánujete nakŕmiť s batériami, musíte vziať do úvahy, že majú potrebnú kapacitu.

Lineárne ovládanie aktuátora

Elektrický lineárny aktuátor, ktorý nájdete pre Arduino, môže mať rôzne typy ovládanie:

S potenciometrom: pomocou potenciometra umožňujú zvoliť polohu piestu.
S koncom kariéry: koncový spínač na každom konci ho zastaví, keď sa dostane na vrchol.
Mimo kontroly: nemajú žiadny z vyššie uvedených riadiacich systémov.

pinov

El pinov lineárneho aktuátora nemôže byť jednoduchšie. Má dva vodivé káble na napájanie integrovaného elektromotora a nič viac. Preto nulové komplikácie. Jedinou vecou, ktorú musíte pamätať na vysunutie alebo zasunutie vretena, je to, že musí byť obrátená rotácia motora (polarita prúdu).

Aby to bolo možné, môžete použite radič H-mosta ako pri motoroch na jednosmerný prúd. Možno si myslíte, že vám niekto ako on slúži L298NV ďalšie vidno, napríklad TB6612FNG atď. Pravdou však je, že žiadny z nich nemá dostatok energie pre tieto lineárne pohony (ak sú veľké). Preto by regulátor vyhorel.

Preto môžete iba stavať vlastné riadenie rýchlosti pomocou tranzistorov ako BJT alebo MOSFET a dokonca relé pevné skupenstvo ...

Kde kúpiť lineárny pohon?

El cena lineárneho aktuátora bude do značnej miery závisieť od veľkosti, rýchlosti, dĺžky a tiež od sily, ktorú dokáže vydržať. Zvyčajne ich nájdete od zhruba 20 do 200 €. A ľahko ich nájdete v špecializovaných obchodoch s elektronikou alebo v iných online obchodoch, ako je Amazon. Napríklad:

Mnohé z týchto výrobkov sú chránené proti prach a postriekanie certifikátom IPX54. A s prihliadnutím na odporúčania výrobcu nie sú uvedené hmotnosti vždy podporované pre všetky dĺžky vysunutia, v niektorých prípadoch je podporovaná iba určitá medzná hmotnosť až po určité predĺženie.

Integrácia s Arduino

Tieto typy akčných členov môžu mať rôzne praktické využitie, ak ich integrujete do svojej dosky Arduino. Prvá vec, ktorú by ste mali urobiť, by ste mali vedieť, je spôsob, akým môžete urobte schému zapojenia s tvojim odznakom. Ako vidíte, nie je to vôbec nič zložité, takže to nepredstavuje príliš veľké komplikácie.

Ako môžete vidieť z vyššie uvedenej schémy, ktorú som nakreslil, použil som dve relé a lineárny pohon. The farebné čiary ako vidíte nasledujúce:

Červené a čiernesú káble lineárneho aktuátora, ktoré vedú ku každému použitému relé.
Šedá: ako je vidno, ste pripojení k zemi alebo GND v každom z relé.
Azul: ide do napájacieho zdroja Vin pre relé, v tomto prípade to bude medzi 5v a 12v.
Zelený: linky Vcc modulu sú pripojené k 5v vašej dosky Arduino.
Šedá: tiež uzemnené, pripojené z modulu k Arduino GND.
Fialová a oranžová: sú kontrolné čiary, ktoré smerujú k niektorému z pinov Arduino na kontrolu rotácie. Môžete ísť napríklad na D8 a D9.

Pokiaľ ide o príklad zdrojový kód pre vaše Arduino IDE, bude náčrt základnej kontroly nasledovný:

//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);
}

Vy upravte kód aby ste mohli ovládať a umiestňovať piest do konkrétnych pozícií, ak si prajete, alebo pridať ďalšie prvky ...

Hardwarelibre