Οι προσομοιωτές κίνησης είναι κρίσιμα εργαλεία για μηχανική ανάλυση, εκπαίδευση, διδασκαλία και ψυχαγωγία, καθώς αναπαράγουν ρεαλιστικά την αίσθηση της κίνησης. Οι γραμμικοί ενεργοποιητές είναι μια δημοφιλής λύση για την οδήγηση μηχανικών λειτουργιών λόγω των σημαντικών πλεονεκτημάτων που μπορούν να προσφέρουν· ωστόσο, οι προσομοιωτές κίνησης μπορούν να τους ενσωματώσουν με πολλούς διαφορετικούς τρόπους για ποικίλες χρήσεις. Σε αυτό το άρθρο, θα παρουσιάσουμε ορισμένα παραδείγματα προσομοιωτών κίνησης για να κατανοήσουμε καλύτερα πώς οι προσομοιωτές κίνησης και οι γραμμικοί ενεργοποιητές συνεργάζονται.
Use Cases
Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να ενσωματωθούν ηλεκτρικοί γραμμικοί ενεργοποιητές σε προσομοιωτές κίνησης. Για να αναφέρουμε μερικά παραδείγματα, ενεργοποιητές έχουν χρησιμοποιηθεί για να κινήσουν τη γραμμική κίνηση που συναντάται σε:
- Προσομοιωτές πτήσης
- Προσομοιωτές στρατιωτικών οχημάτων
- Λούνα παρκ
- Προσομοιωτές οδήγησης/αγώνων
- Προσομοιωτές διαστημοπλοίων
- Πλατφόρμες Stewart
- Διάφορα arcade βιντεοπαιχνίδια
Εξαξονική πλατφόρμα με χρήση γραμμικών ενεργοποιητών (Πλατφόρμα Stewart)
Με την υπερήφανη χορηγία της Progressive Automations, η Πλατφόρμα Stewart του τμήματος Engineering Physics του UBC προσφέρει μια ενδιαφέρουσα και διαδραστική εμπειρία για να μάθει κανείς τον έλεγχο της γραμμικής κίνησης καθώς και τη φυσική που εμπλέκεται στη ρομποτική.
Με την ενσωμάτωση των γραμμικών ενεργοποιητών PA-14P με Ανάδραση, οι πληροφορίες θέσης μπορούν να αναγνωστούν μέσω σημάτων ανάδρασης από τα ενσωματωμένα ποτενσιόμετρα του ενεργοποιητή. Η ύπαρξη πληροφοριών θέσης επιτρέπει σε ένα σύστημα να καθορίζει αν οι ενεργοποιητές έχουν φτάσει με ακρίβεια στις απαιτούμενες θέσεις, ώστε να ελαχιστοποιούνται τα σφάλματα και να επιτυγχάνεται υψηλότερη επαναληψιμότητα. Παρότι συσκευές όπως οι αισθητήρες Hall και τα επιταχυνσιόμετρα θα μπορούσαν να προσφέρουν υψηλότερη ακρίβεια, η διαδικασία ενσωμάτωσής τους είναι πιο σύνθετη, ενώ οι επιλογές ανάδρασης του ποτενσιόμετρου παρέχουν επαρκή ακρίβεια με ευκολότερη ενσωμάτωση. Επιπλέον, τα μοντέλα PA-14P-6-35 προσέφεραν επίσης ταχύτητα (2.00"/sec χωρίς φορτίο) και συμπαγές μέγεθος, κατάλληλα για αυτή την εφαρμογή που απαιτούσε μήκος διαδρομής 6”.
Ο LC-062 μικροελεγκτής Arduino Due (microcontroller) διεπαφεί τους έξι ενεργοποιητές μαζί με δύο MultiMoto Arduino Shields και με τον κεντρικό υπολογιστή μέσω σύνδεσης USB serial. Καθώς οι πλακέτες Multimoto μπορούσαν να χειριστούν έως τέσσερα ανεξάρτητα ελεγχόμενα κανάλια κάθε φορά, οι έξι γραμμικοί ενεργοποιητές που απαιτούνταν για το έργο χωρίστηκαν σε τρεις ανά πλακέτα. Οι κινήσεις των ενεργοποιητών ελέγχονταν μέσω συστήματος ανάδρασης PID, χρησιμοποιώντας ως εισόδους τις μετρήσεις των ποτενσιόμετρων των PA-14P.
Μαζί με τη προσαρμοσμένη γραφική διεπαφή χρήστη (GUI), ένας Leap Motion Controller που χρησιμοποιεί τρεις πομπούς IR και δύο κάμερες επιτρέπει στους χρήστες τον πλήρη έλεγχο κίνησης της πλατφόρμας με το κούνημα του χεριού τους. Για μια εις βάθος επισκόπηση της Πλατφόρμας Stewart, συμπεριλάβαμε την τεχνική αναφορά και τους συνδέσμους GitHub.
https://content.instructables.com/ORIG/FQC/KXUA/JIYU1JDE/FQCKXUAJIYU1JDE.pdf
https://github.com/progressiveautomations/Stewart-Platform
Η τεχνολογία πίσω από τις πλατφόρμες Stewart χρησιμοποιείται σε πολλούς σύγχρονους προσομοιωτές κίνησης λόγω των 6 βαθμών ελευθερίας τους (τρεις θέσης, τρεις κατεύθυνσης), που είναι οι περισσότεροι βαθμοί ελευθερίας που μπορεί να έχει ένα άκαμπτο σώμα. Ένα μεγαλύτερης κλίμακας παράδειγμα είναι ο Cruden HexaPod Motion Simulator, που αξιοποιεί τους έξι βαθμούς ελευθερίας για τις πιο ακριβείς και επαναλήψιμες προσομοιώσεις.
Προσομοιωτής πτήσης με χρήση γραμμικών ενεργοποιητών
Καθώς η τεχνολογία συνεχίζει να εξελίσσεται, οι προσομοιωτές κίνησης γίνονται σταδιακά πιο προσιτοί για τους DIY δημιουργούς σε όλο τον κόσμο. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το έργο προσομοιωτή πτήσης του πελάτη μας Anthony Escalante. Με τη αρθρωτή σχεδίαση προσαρμοσμένων εξαρτημάτων, ηλεκτρονικού υλικού και προγραμματισμού, ο Anthony δημιούργησε έναν πλήρως λειτουργικό προσομοιωτή κίνησης πτήσης για το σπίτι του.
Σχεδιασμένος με πολλαπλούς PA-03 και PA-04 τυπικούς γραμμικούς ενεργοποιητές, ο σχεδιασμός του Anthony διαθέτει 6 βαθμούς ελευθερίας, παρόμοια με την προαναφερθείσα Πλατφόρμα Stewart. Κάθε ένας από τους Τυπικούς Γραμμικούς Ενεργοποιητές μας είχε επαρκείς τιμές ταχύτητας και δύναμης για να χειρίζεται ομαλά τις κλίσεις, περιστροφές και στροφές, προσομοιώνοντας αληθινή πτήση μέσω της πλατφόρμας κίνησης του Anthony.
Με τη συνοδεία τεσσάρων τροφοδοτικών, το σύστημα ελέγχου έχει επαρκές ρεύμα για να ενσωματώσει τους οδηγούς κινητήρων και τους μικροελεγκτές, οι οποίοι είναι τακτοποιημένα τοποθετημένοι στον κόμβο ελέγχου του προσομοιωτή.
«Λειτουργεί πραγματικά ομαλά και είναι εύκολο στη συντήρηση,» είπε ο Anthony. «Φρόντισα να είναι αρθρωτό για τη συντήρηση. Τα ανταλλακτικά ήταν εύκολα διαθέσιμα από καταστήματα εργαλείων και τα μεταλλικά κομμάτια αγοράστηκαν και κόπηκαν από το Metal Mart. Οι ενεργοποιητές και η ανάρτηση αντικαθίστανται εύκολα. Καμία ταλαιπωρία με χρόνους εκτός λειτουργίας. Ακόμη και η γιαγιά μου μπορεί να το κάνει μόνη της“.
Οι Γραμμικοί Ενεργοποιητές Ράγας όπως οι PA-18 και PA-08 είναι εξαιρετικές εναλλακτικές για εσωτερικούς προσομοιωτές κίνησης που απαιτούν λύσεις με συμπαγές μήκος τόσο σε έκταση όσο και σε σύμπτυξη. Αυτό επειδή οι Γραμμικοί Ενεργοποιητές Ράγας διαθέτουν εύρος κίνησης που περικλείεται στην προκαθορισμένη διαδρομή της ράγας, αντί για έναν άξονα που προεξέχει στον αέρα.
Διπλάνο προσομοιωτής για παιδιά
Οι προσομοιωτές κίνησης χρησιμοποιούνται επίσης για ψυχαγωγικούς σκοπούς, όπως ο διπλάνο προσομοιωτής για παιδιά από την EAA 485. Αυτό το έργο αποτέλεσε εκσυγχρονισμό του αρχικού προσομοιωτή 3 αξόνων που είναι γνωστός από ένα αδελφό chapter στο Wetumpka, AL. Ο John McKiernan, πρόεδρος της EAA 485, είναι χαρούμενος να μοιραστεί το έργο του μαζί μας!
Ο προσομοιωτής διπλάνου χρειαζόταν διαδρομή 4” στους άξονες roll και pitch, και καθώς ο άξονας yaw βρισκόταν σε πικάπ, η μετακίνηση του σημείου σύνδεσης μπορούσε να αυξήσει ή να μειώσει την κίνηση του yaw. Με προηγούμενη εμπειρία στα προϊόντα μας, ο McKiernan μπόρεσε να προσδιορίσει τον PA-03 24vdc, 200 lb ενεργοποιητή με διαδρομή 4” ως το κατάλληλο μοντέλο.
«Χρειάστηκε λιγότερο από μία ημέρα για να το ρυθμίσουμε και να λειτουργεί ο άξονας yaw. Έπειτα αγόρασα 3 ακόμα ίδιους ενεργοποιητές για ανταλλακτικό. Για να λειτουργήσουν τα roll και pitch, ήταν απαραίτητο να κατεργαστούμε 4 μπλοκ αλουμινίου ώστε να τοποθετηθεί έδρανο Heim. Οι αρθρώσεις του Heim ήταν απαραίτητες για να απορροφούν κάποια αξονική κίνηση στην ενεργοποίηση roll και pitch. Αυτά έγιναν στο χέρι και φάνηκε να λειτουργούν μια χαρά. Αργότερα φτιάχτηκε νέος πίνακας ασφαλειών με κανονικές ασφαλειοθήκες λεπίδας, μία για κάθε ενεργοποιητή, μετρητή Hobbs και κόκπιτ. Το κόκπιτ έχει πραγματικά όργανα αεροσκάφους και έναν πολύ έξυπνο ήχο ακτινωτού κινητήρα που ελέγχεται μέσω γκαζιού. Χρησιμοποιεί δοκιμαστές σερβομηχανισμών τηλεκατεύθυνσης συνδεδεμένους σε ένα module και ένα μικρό κεντρικό ηχείο πίσω από τον πίνακα οργάνων. Είχε ακόμη και ρεαλιστικό ήχο πολυβόλου όταν πατιόταν ένα κουμπί», εξηγεί ο McKiernan.
Ο McKiernan συνεχίζει: «Οι αρχικοί διακόπτες χρησιμοποιούσαν ένα ελατηριωτό ρολάκι, το οποίο όταν το χειριστήριο ή τα πεντάλ ήταν στη νεκρή θέση βρισκόταν σε έναν φαινολικό (phenolic) μπλοκ και μετακινώντας το χειριστήριο ή τα πεντάλ του πηδαλίου μεταφερόταν σε μια αλουμινένια πλάκα διακόπτη. Δεν μου άρεσε το ότι το χειριστήριο παρείχε την ηλεκτρική διαδρομή, αν και οι φαινολικοί μπλοκ απομόνωναν την περιοχή κάτω από το κάθισμα. Αυτά στερεώθηκαν σε αναστραμμένη αλουμινένια πλάκα και προσαρμόστηκαν το καθένα πάνω από την υπάρχουσα κάτω αρχική δομή διακόπτη.”
Η μπίλια αναπαύεται στη μεσαία θέση του διακόπτη όταν είναι στη νεκρή, και με κίνηση του χειριστηρίου ή των πεντάλ μετακινεί τον κύλινδρο και πατά τον διακόπτη. Το σύστημα κύλισης, που αρχικά ήταν κυκλικό, χρειάστηκε λίγο περισσότερη ρύθμιση καθώς το πραγματικό μπλοκ έπρεπε να κοπεί για να προσαρμοστεί ο διακόπτης στη βάση. Παρά τις λίγες προκλήσεις, ο προσομοιωτής διπλάνου «πέταξε» 36 παιδιά στην πρώτη του εμφάνιση στο KJKA AOPA και ο McKiernan έμεινε πολύ ευχαριστημένος με το αποτέλεσμα.
Έργα όπως αυτά, που χρησιμοποιούν διακόπτες ως χειριστήρια, είναι πιο απλά στην ενσωμάτωση για αρχάριους χωρίς να απαιτείται προγραμματισμός. Οι Μικροί Ενεργοποιητές μας προσφέρουν συμπαγές μέγεθος, ιδανικό για την κατασκευή πρωτοτύπων ή μικρογραφιών παρόμοιων προσομοιωτών κίνησης. Η ύπαρξη ενός proof of concept για παρουσιάσεις μπορεί να βοηθήσει να αποκαλυφθούν εμπόδια που ενδέχεται να αντιμετωπίσει το έργο πριν την υλοποίηση του προσομοιωτή πλήρους κλίμακας.
IN SUMMARY
Οι προσομοιωτές κίνησης διατίθενται σε ποικιλία σχημάτων και μεγεθών, καθιστώντας τους κατάλληλους να προσομοιώσουν διάφορα σενάρια εφαρμογών. Συσκευές όπως μικροελεγκτές, διακόπτες και οδηγοί κινητήρων ενσωματώνονται συχνά με γραμμικούς ενεργοποιητές, ώστε οι προσομοιωτές κίνησης να αναπαριστούν την κίνηση όσο το δυνατόν ακριβέστερα.
Ελπίζουμε να το βρήκατε τόσο ενημερωτικό και ενδιαφέρον όσο κι εμείς, ειδικά αν σας ενδιέφερε πώς οι προσομοιωτές κίνησης και οι γραμμικοί ενεργοποιητές συνεργάζονται! Αν έχετε απορίες ή θέλετε να συζητήσουμε περαιτέρω τα προϊόντα μας, μην διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας! Είμαστε ειδικοί σε αυτό που κάνουμε και θα χαρούμε να βοηθήσουμε με κάθε δυνατό τρόπο.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123