Micro Actuateur Linéaire

[jlc]

bonjour à tous,
j'ai trouvé un petit moteur pour objectif (zoom) de smartphone, pas à pas bipolaire (0.3 E pièce seulement).
Il tient sur le bout de l'index.



Il faut enlever l'armature métallique et le modifier comme sur le dessin 3D.
Cela fait un petit servo de 12x6x5 mm.
Une tige filetée 0.8 mm pas 0.2 mm déplace le curseur, donc 0.2 mm d'avance par tour et 5 microns au minimum.
Il permettra les commandes de gouvernes sur des tout petits sous marins.
J'ai pensé à une version 2 de la torpille RC qui ressemblera à la torpille bleue sur la photo.
donc plus de servo magnétique; hélices plus accessibles et dérives bloquées qui permettront de tourner à
haute vitesse, de la maintenir sous l'eau voir de la manier comme un petit sous marin.
Le rectangle en vert est un circuit et le cube noir 3x3 mm = drv8410, driver de moteur bipolaire 4 fils.
Il y aura 3 résistances en 402 et deux condensateur en 603, et des pads pour brancher des fils sur la carte mère.
Les 2 servos passent bien dans le tube (14 mm de diamètre interne) et seront collés sur le circuit.
En gris des supports imprimés ABS et collés et en blanc le curseur mobile en POM usiné à la CNC.
Le rail de guidage est une tige inox 0.8 mm.
Il y a un switch on/off cms Omron B3U.
A la mise sous tension, le curseur se déplace vers le switch qui l’arrête. Cela défini le point zéro.
Ensuite selon la longueur de la course on connaît le nombre de tours N pour le point milieu à d0 (d0 =0.2xN mm)

Pour les gouvernes j'utilise un tube téflon de 1mm de diamètre externe dans lequel passe un jonc carbone souple 0.3mm.
Le frottement est très faible et un peu de graisse silicone hydrophobe vers le bout fera l'étanchéité.
Le tube rectiligne passera sur le coté du moteur et des pignons du haut.
On peut faire un micro soufflet avec des petits tubes silicone très souples (articles pour la pêche) engainés de façon
concentriques, les plus intérieurs collent sur le jonc et le tube téflon, le plus externe fait soufflet.
Le moteur sera comme celui de la vidéo, un 6mm réducteur planétaire 5:1
Nouvelles hélices à faible cavitation.

[pierre]

Bonjour.
Je n'ai pas tout compris concernant la commande du moteur.
Cela étant, c'est en effet intéressant pour commander des gouvernes dans un tout petit modèle, voire pour autre chose.

[jlc]

bonjour Pierre,
le circuit est la version récente du drv8833, une petite carte que l'on trouve un peu partout pour les projets arduino.
Je mets le lien dessous pour le code arduino en quelques lignes avec l'explication.
Pour mon usage je n'utilise pas d'Atmel mais un silabs 8051 qui est tout petit, tourne à 25 Mhz sans quartz externe et plus stable que l'Atmel.
Les pattes IN 1 à 4 sont connectées aux microcontroleur sur un port en digital push pull (logique 1 0 3.3V 0V)
La séquence est ci-dessous et chaque 'step' fait tourner l'aimant de 90° donc 4 steps pour un tour soit 0.2 mm d'avancement.
Pour programmer step1 sur le port1 avec P10=B- P11= B+ P12=A- P13=A+ on écrira '1010' sur le port soit P1 = 0xA en hexadécimal
P10 est le bit0 du port et P1 les 8 bits
Entre chaque step on met un délai. Plus il est court plus le moteur tourne vite.
Le code est donc bien plus simple que pour le contrôle d'un brushless.
Je n'utiliserai pas de PWM pour un moteur aussi petit.
2 résistances servent à limiter le courant en cas de pépin.
Le condensateur 10 uF stabilise la tension selon la formule Q= I x t Q coulomb I ampère t secondes Q est convertit en micro farads.
Il se place au 'feed point' là où le fil d'alimentation est branché sur le circuit, l'autre coté à la masse
Le second condensateur (non polarisé) sert à gommer la composante inductive générée par les pistes en courant pulsé; elle se diminue simplement en dessinant des pistes larges sur la ligne d'alimentation de courant. (Vmotor)




https://learn.adafruit.com/adafruit-drv ... otor-usage

[jlc]

J'ai trouvé un test du petit moteur ici
https://www.youtube.com/watch?v=b-CwLmJm0HY
On peut le contrôler avec des circuit driver ou des pont en H.
Seul le driver LB1846MC pourrait passer en soudure et gravure.
Reste le problème de 2 moteurs très proches car les flux magnétiques de l'un peuvent influencer l'autre.
Dés réception des moteurs je vais faire un test pour voir si ça peut marcher.

[ALenormand]

Bonjour cela pourrait m'intéresser en effet j'ai en projet le redoutable échelle 1/400 et je ne sais toujours pas comment agencé l'intérieur mais maintenant je vais revoir ma conception.

[jlc]

bonjour,
je ferai aussi probablement un micro sous marin, possiblement le triomphant 1/350
Mais avant il faut faire le circuit de contrôle.
j'ai reçu les moteurs ce matin et voici une photo; j'ai placé l'ancien circuit et l'accu et ça passe largement.
Il font 24.6 ohms de résistance sur chaque bobine et 3.5 mm de diamètre; ça fait une consommation de 160 mA@4V par moteur.
Sur la vidéo il a bidouillé un MC74HC595A (décalage de registre) avec 2 pattes (chacune supporte 35 mA max soit 70 mA) et il a rajouté une résistance en série de 25 ohms donc le moteur est bridé à 80 mA soit la moitié de sa puissance. Il déplace quand même le manche d'un tournevis.
La puissance du servo magnétique est bien moindre et ça tourne quand même.
J'ai commandé des moteurs 4 et 5mm de diamètre qui passeront aussi dans le tube.
L'accu est un 150 mAh 25C donc plus de 3A possible.
J'ai utilisé le petit réducteur planétaire chinois 1:5 et un moteur 6mm long pour drone sur les premières vidéos de la torpille.
La torpille était surmotorisée. Je vais monter sur la nouvelle un 6mm court moins puissant MK06-4.5 didel.
Il ne va pas tirer plus de 400 mA à fond; dans le temps je l'utilisais réducté 1:5 sur des avions de 20g avec une grande hélice.
donc en tout on serait dans les 700 mA, et avec des condensateurs 10 uF 0603 placés prés du circuit driver ça devrait rester stable.
Il faudra rajouter une voie pour la profondeur et je vais faire un nouveau petit émetteur avec manche joystick et micro trim.
Il y a une difficulté pour la queue car c'est tout petit, je vois 2 façons de le faire ci-dessous et si quelqu'un a une meilleure idée je suis preneur.

[jlc]

L'ensemble a des contraintes complexes.
Il faut dessiner la queue pour concevoir le servo et le circuit.
Dans l'image du bas, il y a 2 façons de faire le palonnier (intérieur ou extérieur).
Intérieur, il n'y a que 1.5mm de bras et ça ferait 10 steps. Avec le backslash c'est aléatoire.
Extérieur, le bras doit être de 5mm au moins pour une puissance suffisante (1gf.cm de couple @3V seulement)
Il faut donc réducter le moteur et vous voyez les petits pignons que j'ai trouvé et le nouveau dessin.
On a alors un couple multiplié par 15. La feuille excel montre les couples et le nombre de steps.
Pour la boite de vitesse il y a une solution alternative avec 4 pignons droits ci-dessous et on a 2 axes contra rotatifs.



Voici le nouveau dessin du servo et le circuit driver sera sur le coté.
On colle les servos l'un devant l'autre sur le circuit, le second est dessiné en miroir et son axe passe au dessus du premier moteur.
Ensuite les joncs carbone passent en haut de part et d'autre des pignons de la boite de vitesse.
La réduction du moteur principal peut se faire aussi avec le réducteur planétaire 1:5 D 6mm ou 1:4 avec pignons.
L'hélice est à basse cavitation: 2 pales larges, pas progressif et cup à l'arrière, et les 2 hélices sont démontables,
entraînées par 2 petites pièces en POM insérées en force sur les axes (alésage conique).
Après essai on peut les supprimer et raccourcir les dérives. On aura 20 à 30° de débattement.
L’arrière est démontable et en partie à l'eau.
La gaine autour du bras de commande en carbone est en Téflon 1mm OD.





Voici les servos placés sur le circuit à l'échelle et ça devrait passer,
mais ça reste quand même un exercice d'horlogerie-bijouterie en module 0.2 mm ...
Je ne mets pas de contact pour position 0 mais un trim sur l’émetteur.
A la mise sous tension, la valeur de resistance trim + resistance manche est considérée comme le neutre et un offset maximal +/- est attribué
pour la limite en butée. On peut ainsi replacer le servo au neutre avec le trim ou le trimmer pendant la marche.

[jlc]

La première feuille Excel était fausse et j'ai du refaire les calculs.
A savoir, le nombre de Steps du moteur pas à pas (4 par tour) va jouer sur la précision, et le couple sur l'axe de la dérive va jouer sur la faisabilité.
Or dans le cas où l'on utilise vis sans fin (worm gear) + pignon, la plupart des configurations sont hors limite.
Voici donc le calcul effectué de nouveau, et de 3 façons différentes qui donnent le même résultat.
Le dessin et la formule en haut à G de l'image, et 3 sites de calculateurs en lien plus celui de ma feuille excel.
Les colonnes vis correspondent au dessin initial du servo; les colonnes pignon au second dessin avec vis et pignon 15 dents.
Vous avez le bras du servo dans le second cas et le bras sur l'axe des dérives (rayon guignol)
La distance linéaire = hypoténuse X sinus(20°)
La réduction totale tient compte du rapport de pignons x bras de levier.
Ensuite le nombre de steps pour faire 20° de rotation de la dérive, le nombre de tours moteur effectués et les couples sur l'axe de la dérive selon
que la vis est bien lubrifiée ou non.
La formule a deux constantes de correction
K le rendement; pour de pignons il est proche de 90-95% mais pour une réduction à vis c'est 20 à 30% à cause de la composante oblique de la force du couple et des frottements
Une autre constante TRDL sera due au fait qu'on lubrifie ou non; la lubrification diminue de 40% le couple nécessaire pour obtenir la même force linéaire F, ou pour le même couple F devient F1 = F/(1-TRDL)
Sous le dessin de la formule il y a un lien youtube avec un calcul détaillé.
Je l'ai reporté sur l'autre calculateur (à droite) et on trouve à peut prés le même résultat F=4579 N contre F = 4448 N
Dessous j'ai entré le couple constructeur du moteur = 1gf.cm sans lubrification (0.001%) , le diamètre de la vis = 1mm, et on arrive à une poussée sur l'axe de 50 gf.
Et à droite, avec lubrification: 83 gf.
Sur la feuille de calcul ligne 'linear force', j'arrive au même résultat qui va être utilisé dans les 2 premières colonnes.
Vous voyez en vert ce qui est acceptable et en rouge inacceptable.
Le système à pignon ne donne aucune précision car 1 tour (4 steps) va faire une rotation de 360/15 (dents) = 24° !
Le couple est également inférieur.
Il faut donc éliminer le système à pignon et ne garder que l'original; le bras 2 mm passe en interne sinon en externe c'est 4 ou 5mm,
mais pas beau et augmente la traînée.
Je pense décaler l'axe de direction vers l’arrière en interne et je pourrai avoir 4 mm de bras de direction et 2 mm de bras de profondeur, celle ci nécessitant peu de débattement, et on raccourcit les dérives au ras de l'arrière. A terme cela ressemblerait donc à une torpille 'normale'.
Prochaine étape: montage de 2 servos et test sur Arduino.



La feuille de calcul sur ce lien:
https://www.ladsm.fr/download/file.php?id=281

[Jacky-Soum]

Salut JLC !

Tu as un MP important à lire....

Cordialement de Jacky-Soum