Los simuladores de movimiento son recursos esenciales para el análisis de ingeniería, la formación, la educación y el entretenimiento, ya que recrean una sensación realista de movimiento. Los actuadores lineales son una solución popular para accionar operaciones mecánicas debido a las importantes ventajas que ofrecen; sin embargo, los simuladores de movimiento pueden integrarlos de muchas formas distintas para una gran variedad de usos. En este artículo, cubriremos algunos ejemplos de simuladores de movimiento para comprender mejor cómo trabajan juntos los simuladores de movimiento y los actuadores lineales.
Casos de uso
Existen muchas formas de integrar actuadores lineales eléctricos en los simuladores de movimiento. Solo por citar algunos ejemplos, los actuadores se han utilizado para accionar el movimiento lineal en:
- Simuladores de vuelo
- Simuladores de vehículos militares
- Atracciones de parques temáticos
- Simuladores de conducción/carreras
- Simuladores de naves espaciales
- Plataformas Stewart
- Varios videojuegos de arcade
Plataforma de seis ejes con actuadores lineales (Plataforma Stewart)
Patrocinada con orgullo por Progressive Automations, la Plataforma Stewart del departamento de Física de Ingeniería de la UBC ofrece una experiencia interesante e interactiva para aprender sobre el control de movimiento lineal y la física implicada en la robótica.
Al integrar nuestros Actuadores lineales con retroalimentación PA-14P, se puede leer la información de posición mediante señales de retroalimentación procedentes de los potenciómetros integrados en el actuador. Contar con información de posición permite que el sistema determine si los actuadores han alcanzado con precisión las posiciones requeridas para minimizar errores y lograr mayor repetibilidad. Aunque dispositivos como los sensores de efecto Hall y los acelerómetros pueden ofrecer mayor precisión, su integración es más compleja, mientras que las opciones con retroalimentación por potenciómetro brindaron la precisión suficiente con una integración más sencilla. Además, los modelos PA-14P-6-35 también ofrecían una velocidad (2.00"/sec sin carga) y un tamaño compacto adecuados para esta aplicación, que necesitaba una carrera de 6”.
El LC-062 microcontrolador Arduino Due se comunica con los seis actuadores junto con dos placas Shield MultiMoto para Arduino y con el PC host mediante una conexión serie USB. Como nuestras placas MultiMoto podían gestionar un máximo de cuatro canales controlados de forma independiente a la vez, los seis actuadores lineales necesarios para el proyecto se dividieron en tres por placa. Los movimientos de los actuadores se controlaron mediante un sistema de retroalimentación PID usando como entradas las lecturas de los potenciómetros de los PA-14P.
Además de la interfaz gráfica de usuario (GUI) personalizada, un controlador Leap Motion que utiliza tres emisores IR y dos cámaras permite a los usuarios controlar por completo el movimiento de la plataforma con un gesto de la mano. Para una descripción detallada de la Plataforma Stewart, hemos incluido el informe del proyecto y los enlaces de GitHub.
https://content.instructables.com/ORIG/FQC/KXUA/JIYU1JDE/FQCKXUAJIYU1JDE.pdf
https://github.com/progressiveautomations/Stewart-Platform
La tecnología detrás de las plataformas Stewart se utiliza en muchos otros simuladores de movimiento modernos debido a sus 6 grados de libertad (tres de posición, tres de orientación), que es el máximo de grados de libertad que puede tener un cuerpo rígido. Un ejemplo a mayor escala de esto puede verse en el Cruden HexaPod Motion Simulator, que utiliza sus seis grados de libertad para ofrecer las simulaciones más precisas y repetibles posibles.
Simulador de vuelo con actuadores lineales
A medida que la tecnología avanza, los simuladores de movimiento se vuelven poco a poco más asequibles para que los creadores DIY de todo el mundo los disfruten. Un ejemplo notable es el proyecto de simulador de vuelo de nuestro cliente Anthony Escalante. Con su diseño modular de componentes fabricados a medida, hardware electrónico y programación, Anthony creó un simulador de movimiento de vuelo totalmente funcional para su hogar.
Diseñado con varios PA-03 y PA-04, Actuadores lineales estándar, el diseño de Anthony presume 6 grados de libertad, similar a la Plataforma Stewart mencionada anteriormente. Cada uno de nuestros Actuadores lineales estándar contaba con la velocidad y las clasificaciones de fuerza suficientes para manejar con suavidad las inclinaciones, rotaciones y giros para simular un vuelo real en la plataforma de movimiento de Anthony.
Acompañado por cuatro fuentes de alimentación, el sistema de control dispone de corriente suficiente para incorporar los controladores de motor y microcontroladores, que están ordenados dentro del centro de control del simulador.
“Funciona muy fluido y es fácil de mantener," dijo Anthony. "Me aseguré de que fuera modular para el mantenimiento. Las piezas estaban fácilmente disponibles en ferreterías y las piezas metálicas se compraron y cortaron en Metal Mart. Los actuadores y la suspensión son fáciles de sustituir. Sin dolores de cabeza por tiempos de inactividad. Mi abuela incluso podría hacerlo ella misma“.
Actuadores lineales de riel como el PA-18 y el PA-08 son excelentes alternativas para simuladores de movimiento en interiores que requieren soluciones con una longitud compacta tanto extendidos como retraídos. Esto se debe a que los Actuadores lineales de riel tienen un recorrido que va encerrado en la trayectoria predefinida de un carril en lugar de un vástago que se proyecta al aire.
Simulador de biplano para niños
Los simuladores de movimiento también se usan con fines de entretenimiento, como el Simulador de biplano para niños de EAA 485. Este proyecto fue una modernización del simulador original de 3 ejes conocido por un capítulo hermano en Wetumpka, AL. ¡John McKiernan, presidente de la EAA 485, se mostró encantado de compartir su proyecto con nosotros!
El simulador de biplano necesitaba una carrera de 4” en los ejes de alabeo y cabeceo y, como el eje de guiñada estaba sobre una plataforma giratoria, mover el punto de fijación podía aumentar o reducir el movimiento de guiñada. Con experiencia previa en nuestros productos, McKiernan determinó que el PA-03 de 24vdc, 200 lb con una carrera de 4” era el modelo adecuado.
“Me llevó menos de un día ajustarlo y poner a funcionar el eje de guiñada. Luego compré 3 actuadores idénticos más para tener un repuesto. Para hacer funcionar el alabeo y el cabeceo, fue necesario mecanizar 4 bloques de aluminio para permitir instalar un cojinete Heim. Las rótulas Heim fueron necesarias para absorber algo de movimiento axial en la actuación de alabeo y cabeceo. Estas piezas se hicieron a mano y parecieron funcionar muy bien. Más tarde se fabricó un nuevo panel de fusibles usando fusibles de pala normales, uno para cada actuador, el contador Hobbs y la cabina. La cabina tiene instrumentos reales de avión y un sonido de motor radial muy ingenioso controlado mediante una palanca de gases. Utiliza comprobadores de servos de radiocontrol conectados a un módulo y un pequeño altavoz central detrás del panel de instrumentos. Incluso tiene un sonido realista de ametralladora cuando se pulsa un botón,” explica McKiernan.
McKiernan añade: “Los interruptores originales usaban un rodillo con resorte que, cuando la palanca o los pedales estaban en neutro, quedaba en un bloque fenólico y, al mover la palanca o los pedales del timón, lo desplazaba a una placa de interruptores de aluminio. No me gustaba que la palanca proporcionara el camino eléctrico, aunque los bloques fenólicos sí aislaban el área bajo el asiento. Estos se fijaron a una placa de aluminio invertida y se adaptó cada uno sobre la estructura inferior original de interruptores.”
La bola descansa en la posición central del interruptor en neutro y, con un movimiento de la palanca o los pedales, mueve el rodillo y acciona el interruptor. El sistema de alabeo, originalmente redondo, requirió algunos ajustes más, ya que hubo que cortar el bloque para adaptar el interruptor a la base. Pese a algunos desafíos, el simulador de biplano voló 36 niños en su primera presentación en el KJKA AOPA y McKiernan quedó muy satisfecho con el resultado.
Proyectos como estos, que usan interruptores como controles, son más sencillos de integrar para principiantes y no requieren programación. Nuestros Micro Actuadores ofrecen un tamaño compacto perfecto para crear prototipos o réplicas en miniatura de simuladores de movimiento similares. Contar con una prueba de concepto para presentar en demostraciones puede ayudar a detectar ciertos obstáculos que el proyecto podría encontrar antes de abordar el simulador de movimiento a escala real.
EN RESUMEN
Los simuladores de movimiento vienen en una gran variedad de formas y tamaños, lo que los hace adecuados para simular distintos escenarios de aplicaciones específicas. Dispositivos como microcontroladores, interruptores y controladores de motor se integran habitualmente con actuadores lineales para permitir que los simuladores reproduzcan el movimiento con la mayor precisión posible.
Esperamos que te haya resultado tan informativo e interesante como a nosotros, especialmente si te interesaba saber cómo trabajan juntos los simuladores de movimiento y los actuadores lineales. Si tienes alguna consulta o deseas hablar más sobre nuestros productos, no dudes en ponerte en contacto con nosotros. Somos expertos en lo que hacemos y estaremos encantados de ayudarte en todo lo que podamos.
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