I simulatori di movimento sono risorse fondamentali per l'analisi ingegneristica, la formazione, l'istruzione e l'intrattenimento, perché ricreano una sensazione realistica di movimento. Gli attuatori lineari sono una soluzione molto diffusa per azionare operazioni meccaniche grazie ai notevoli vantaggi che offrono; tuttavia, i simulatori di movimento possono integrarli in molti modi diversi per una vasta gamma di utilizzi. In questo articolo tratteremo alcuni esempi di simulatori di movimento per capire meglio come i simulatori di movimento e gli attuatori lineari lavorano insieme.
Casi d'uso
Esistono molti modi per integrare attuatori lineari elettrici nei simulatori di movimento. Solo per citarne alcuni esempi, gli attuatori sono stati utilizzati per generare il movimento lineare in:
- Simulatori di volo
- Simulatori di veicoli militari
- Attrazioni dei parchi a tema
- Simulatori di guida/corse
- Simulatori di veicoli spaziali
- Piattaforme Stewart
- Vari videogiochi da sala
Piattaforma a sei assi con attuatori lineari (Piattaforma Stewart)
Orgogliosamente sponsorizzata da Progressive Automations, la Piattaforma Stewart del dipartimento di Engineering Physics dell’UBC offre un'esperienza interessante e interattiva per imparare il controllo del moto lineare e la fisica alla base della robotica.
Integrando i nostri attuatori lineari con Feedback PA-14P, le informazioni di posizione possono essere lette tramite segnali di Feedback dai potenziometri integrati negli attuatori. Disporre delle informazioni di posizione consente al sistema di verificare se gli attuatori hanno raggiunto con precisione le posizioni richieste, riducendo gli errori e aumentando la ripetibilità. Sebbene dispositivi come i sensori ad effetto Hall e gli accelerometri possano offrire una precisione superiore, la loro integrazione è più complessa, mentre il Feedback da potenziometro ha fornito una precisione sufficiente con un’integrazione più semplice. Inoltre, i modelli PA-14P-6-35 offrivano anche una velocità (2.00"/sec a vuoto) e dimensioni compatte adatte a questa applicazione, che richiedeva una lunghezza di corsa di 6".
Il LC-062 microcontrollore Arduino Due interfaccia i sei attuatori insieme a due Arduino Shield MultiMoto e al PC host tramite una connessione seriale USB. Poiché le nostre schede Multimoto potevano gestire al massimo quattro canali controllati in modo indipendente alla volta, i sei attuatori lineari necessari per il progetto sono stati suddivisi in tre per scheda. I movimenti degli attuatori sono stati quindi controllati tramite un sistema di Feedback PID utilizzando le letture dei potenziometri dei PA-14P come ingressi.
Oltre all'interfaccia grafica utente (GUI) personalizzata, un Leap Motion Controller che utilizza tre emettitori IR e due fotocamere consente agli utenti il pieno controllo del movimento della piattaforma con un semplice gesto della mano. Per una panoramica approfondita della Piattaforma Stewart, abbiamo incluso il report di progetto e i link GitHub.
https://content.instructables.com/ORIG/FQC/KXUA/JIYU1JDE/FQCKXUAJIYU1JDE.pdf
https://github.com/progressiveautomations/Stewart-Platform
La tecnologia alla base delle piattaforme Stewart è utilizzata in molti altri simulatori di movimento moderni grazie ai suoi 6 gradi di libertà (tre di posizione, tre di orientamento), che rappresentano il massimo numero di gradi di libertà per un singolo corpo rigido. Un esempio su scala maggiore è il Cruden HexaPod Motion Simulator, che sfrutta i suoi sei gradi di libertà per offrire simulazioni il più accurate e ripetibili possibile.
Simulatore di volo con attuatori lineari
Man mano che la tecnologia continua ad avanzare, i simulatori di movimento stanno diventando gradualmente più accessibili ai maker fai-da-te di tutto il mondo. Un esempio notevole è il progetto Flight Simulator del nostro cliente Anthony Escalante. Con il suo design modulare di componenti realizzati su misura, hardware elettronico e programmazione, Anthony ha creato un simulatore di movimento di volo completamente funzionante per la sua casa.
Progettato con diversi PA-03 e PA-04 attuatori lineari standard, il progetto di Anthony vanta 6 gradi di libertà, simili alla Piattaforma Stewart menzionata in precedenza. Ciascuno dei nostri attuatori lineari standard aveva la velocità e la forza necessarie per gestire con fluidità inclinazioni, rotazioni e virate per simulare un vero volo tramite la piattaforma di movimento di Anothony.
Accompagnato da quattro alimentatori, il sistema di controllo dispone di sufficiente assorbimento di corrente per integrare i driver motore e i microcontrollori, riposti ordinatamente nell’hub di controllo del simulatore.
“Funziona in modo molto fluido ed è facile da mantenere," ha detto Anthony. "Mi sono assicurato che fosse modulare per la manutenzione. I ricambi erano facilmente disponibili nei negozi di ferramenta e i pezzi in metallo sono stati acquistati e tagliati da Metal Mart. Gli attuatori e le sospensioni sono facili da sostituire. Niente mal di testa per i tempi di fermo. Persino mia nonna potrebbe farlo da sola“.
Gli attuatori lineari a guida come PA-18 e PA-08 sono ottime alternative per simulatori di movimento da interno che richiedono soluzioni con lunghezza compatta sia in estensione che in retrazione. Questo perché gli attuatori lineari a guida hanno un'escursione racchiusa nel percorso predefinito della guida invece di un albero che sporge all’aria aperta.
Simulatore di biplano per bambini
I simulatori di movimento sono utilizzati anche a scopo di intrattenimento, come il Simulatore di biplano per bambini di EAA 485. Questo progetto è una modernizzazione dell’originale simulatore a 3 assi noto presso un capitolo gemello a Wetumpka, AL. John McKiernan, presidente di EAA 485, è stato felice di condividere con noi il suo progetto!
Il Simulatore di biplano necessitava di una corsa da 4” sugli assi di rollio e beccheggio e, poiché l’asse di imbardata era su una piattaforma girevole, spostando il punto di attacco si poteva aumentare o ridurre il movimento di imbardata. Avendo già esperienza con i nostri prodotti, McKiernan ha individuato l’PA-03 24vdc, 200 lb con corsa da 4” come il modello adatto.
“Ha richiesto meno di un giorno per tararlo e far funzionare l’asse di imbardata. Ho poi acquistato altri 3 attuatori identici per averne uno di scorta. Per far funzionare rollio e beccheggio è stato necessario lavorare 4 blocchi di alluminio per installare un cuscinetto Heim. Gli snodi Heim erano necessari per assorbire parte del movimento assiale nell’azionamento di rollio e beccheggio. Sono stati realizzati a mano e sembravano funzionare bene. È stato poi realizzato un nuovo pannello portafusibili utilizzando normali fusibili a lama, uno per ciascun attuatore, contaore Hobbs e cockpit. Il cockpit ha strumenti da aeromobile reali e un suono molto ingegnoso di motore radiale controllato tramite una manetta. Utilizza tester per servi radiocomandati collegati a un modulo e un piccolo altoparlante centrale dietro il pannello strumenti. Riproduce persino un realistico suono di mitragliatrice quando si preme un pulsante,” spiega McKiernan.
McKiernan spiega inoltre: “Gli interruttori originali utilizzavano un rullo a molla che, quando la cloche o i pedali erano in neutro, si trovava in un blocco di bachelite; spostando la cloche o i pedali del timone lo si portava su una piastra di alluminio dell’interruttore. Non mi piaceva che fosse la cloche a fornire il percorso elettrico, sebbene i blocchi di bachelite isolassero l’area sotto il sedile. Questi sono stati fissati a una piastra in alluminio capovolta e ciascuno è stato adattato sopra la struttura inferiore degli interruttori originali.”
La sfera si appoggia in posizione centrale dell’interruttore a riposo e, con un movimento della cloche o del pedale, sposta il rullo e preme l’interruttore. Il sistema di rollio, originariamente rotondo, ha richiesto qualche messa a punto in più poiché il blocco vero e proprio ha dovuto essere tagliato per adattare l’interruttore alla base. Nonostante alcune sfide, il Simulatore di biplano ha fatto volare 36 bambini alla sua prima uscita al KJKA AOPA e Mckiernan è stato molto soddisfatto del risultato.
Progetti come questi, che utilizzano interruttori come comandi, sono più semplici da integrare per i principianti, senza richiedere programmazione. I nostri Micro Attuatori offrono dimensioni compatte perfette per realizzare prototipi o repliche in miniatura di simulatori di movimento simili. Avere una prova di concetto da presentare può aiutare a far emergere eventuali ostacoli che il progetto potrebbe incontrare prima di affrontare il simulatore di movimento a grandezza naturale.
IN SINTESI
I simulatori di movimento esistono in molte forme e dimensioni, che li rendono adatti a simulare scenari specifici di varie applicazioni. Dispositivi come microcontrollori, interruttori e driver motore sono comunemente integrati con attuatori lineari per consentire ai simulatori di riprodurre il movimento nel modo più accurato possibile.
Speriamo che questo contenuto sia stato per voi informativo e interessante, soprattutto se eravate curiosi di sapere come i simulatori di movimento e gli attuatori lineari lavorano insieme! Per qualsiasi domanda o per discutere ulteriormente dei nostri prodotti, non esitate a contattarci! Siamo esperti in ciò che facciamo e saremo felici di assistervi in ogni modo possibile.
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