Электромеханический привод

Выбор и доработка мотопривода

В качестве основы электромеханического привода для данного устройства хорошо подходят моторедукторы автомобильных стеклоподъёмников. Они компактные, могут развивать достаточное усилие и их конструкция рассчитана на длительную эксплуатацию.

Для данного устройства по экономическим соображениям был выбран моторедуктор ВАЗ-2108-2115 20.3780:

Ведущий вал этого моторедуктора выполнен как одно целое с ротором приводного двигателя постоянного тока. Очень заманчиво использовать этот агрегат "как есть" - без доработок и переделок. Но, к сожалению, готовые блоки управления мощными двигателями постоянного тока с реверсом и ШИМ довольно дороги и громоздки, а при уменьшении скорости вращения двигателя (за счёт ШИМ) уменьшается мощность на валу. При разработке сустава желательно уменьшать скорость при приближении к крайнему положению, а мощность увеличивать. Такими свойствами обладают шаговые двигатели.

Модули драйверов шаговых двигателей для 3D-принтеров и станков ЧПУ производятся в огромных количествах, компактны, легкодоступны и недороги:

Модуль драйвера шагового двигателя DRV8825 
имеет размеры 1.5 х 2 см и 
выходной ток до 2.3 А

После небольшой переделки (перерезать две дорожки и запаять одну перемычку) появляется возможность программно изменять ток обмоток, ограничивая, таким образом, максимальный крутящий момент.

По этим соображениям было принято решение заменить двигатель постоянного тока шаговым двигателем:

Для этого редуктор разбирают и извлекают двигатель вместе с ротором. Ротор извлекают из двигателя и от него отрезают на токарном станке часть вала с червяком.

В торце среза рассверливают посадочное отверстие под вал шагового двигателя. Это самая сложная операция при изготовлении устройства. Отверстие должно быть идеально соосно с валом червяка. В домашних условиях выполнить эту операцию невозможно.

Шаговый двигатель фиксируется в корпусе редуктора с помощью фланца, повторяющего элементы фиксации удалённого двигателя постоянного тока. Фланец распечатан на 3D-принтере.

           Фланец двигателя.STL

Далее извлекают металлический вал ведомой шестерни и дорабатывают его в соответствии с чертежом:

Вал показан схематично.

На самом деле в середине у него имеется утолщение.

Доработка нужна для крепления датчика угла поворота и рычага предплечья.

Сборку редуктора производят в обратной последовательности.