2016年4月9日 星期六

用減速馬達自製電動氣閥

開啟氣閥常見的策略是用電磁閥, 電磁閥就只有開和關, 需要大電流啟動
處理的壓力越大需要的功率就越多, 對於高壓氣體來說這要求會蠻嚴苛的
如果在有交流電的情況下沒什麼問題, 但若要搬上飛行玩具, 那就是個大問題
這是 ARRC 的火箭

以 ARRC 他們做的小型火箭, 沒記錯的話是兩級閥
電磁閥開 CO2 氣瓶, 用 CO2 的壓力再去開笑氣閥, 很費工的
我沒那種本錢玩那樣, 我玩簡單的, 不過我這方案有些瑕疵, 但我可以接受


我用這個:

這是直流減速馬達

從上面看

中間塞了不少齒輪降低轉速以提高力矩, 所以軸偏了一邊
不過並不是所有的減速馬達都長這樣, 有一種叫 "行星減速" 的減速策略可以維持軸在中間
那是高級品才在用的, 玩具用的就讓它偏一邊吧XD

首先我要想辦法固定它, 用 CNC 雕刻機挖一塊 UPE 塑膠


裝上馬達的樣子:

四周的孔就用來鎖螺絲固定

然後可固定上氣瓶

裝在這裡的目的就是打算直接旋轉鋼瓶開關
要能旋轉鋼瓶開關, 要有轉接結構才勾得到, 接著做這個:

一樣是用 CNC 雕刻機挖 UPE 塑膠
然後再做這個:

上面兩樣東西可以這樣合體:

套住鋼瓶開關的蓋子上鑽孔攻牙, 然後把齒輪片鎖上去
實驗完畢可以完全移除, 這樣才能交給氣體行再裝填


齒輪片在建模時是方形, 因為銑刀路徑齒內側變圓的
齒間預先留了幾個槽鑽孔用

接著補上馬達的齒輪


裝上去會像這樣:

一開始算錯尺寸根本勾不到XD

馬達用齒輪做完要再多鑽個孔

從紅色箭頭處鑽個孔直通馬達軸孔, 裡面要攻牙方便鎖螺絲
這樣可以鎖在馬達軸上藍色箭頭指處, 讓它穩固的卡緊以免打滑空轉

最後馬達座上再補一條塑膠條讓它穩固的固定在氣瓶上


接著就可以進行整合

這裡參考了前篇用過的玩具:

用 HT1632 LED 矩陣和 HX711 讀取重量感測器

用 8051 和 IR 製作遙控音量模組

借用 L298 這個步進馬達控制器, 裡面有兩個 H 橋, 只接一個 H 橋來用
兩隻控制腳進到 L298, 一個拉高另一個拉低就會轉, 可以正反轉
這顆 L298 還是遙控音量模組那篇替換下的, 連上面的電線都沒換
12V 輸入就用遙控飛機在用的鋰電池, 3S 規格, 輸出 11.1V

後來為了知道轉到哪, 加上了紅外線偵測, 先在齒輪上塗模型漆測試



白色面朝下 LED 就會亮, 這是 Arduino 在用的紅外線感測模組

接著把鋼瓶開關蓋子塗成這樣

紅外線感測模組靠過去就可以知道轉到哪
不過這個只能在暗處使用, 我拿去戶外陽光一照, 陽光就是超強的紅外線來源
LED 就會永遠是亮的, 功能失效! 所以這個方案最後就沒用了
最後改成 UART 傳資料, 傳一個字元就轉一下, 多傳幾個就繼續轉
沒有繼續傳字元就把馬達停下來這樣
最後控制板長這樣:


附上原始碼供參考:motorctl-weight-detect.zip

不過這原始碼不太有用就是了, 它是為計畫而設計, 除了控制馬達
還會不斷的把重量感測器數據丟回來, 若要實作只要知道拉 GPIO 去給 L298 控制方向即可

我這顆減速馬達每秒可以轉一圈多, 可以轉動 28 公斤, 詳細力矩單位忘了
大多數情況都能轉動, 只有一個例外:若把鋼瓶用力鎖緊就打不開了
如果把鋼瓶交給氣體行, 他一定會用力旋緊才交給你, 因此使用前須先放鬆一點
聽到出氣聲時再輕輕鎖上, 這樣裝上去就能用, 對於氧氣和 CO2 這沒什麼問題
但如果是笑氣就要謹慎處理, 一定要在室外, 瓶頭朝上輕輕開, 小心不要吸入

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