Печатная плата заменяет два линейных двигателя

Автор оригинала: bobricius
  • Перевод
  • Tutorial


Предлагаемая конструкция показывает, насколько безграничны возможности двух довольно старых изобретений — печатной катушки и линейного двигателя. Одна плата заменяет сразу два таких двигателя. Положите на неё магнит, и он будет перемещаться в двумерном пространстве. Положите несколько — они будут перемещаться синхронно. Новую электронику разрабатывать не придётся, подойдут существующие драйвера шаговых двигателей.

Что потребуется для повторения конструкции:

  • плата (100х100х0,6 мм, файлы здесь)
  • четыре магнита из неодимового сплава N52 диаметром в 2 мм, соединённые между собой так, как показано на КДПВ
  • два драйвера четырёхвыводных шаговых двигателей
  • больше ничего (спорное утверждение, «каша из топора» в конечном итоге получится обязательно)

Обратная связь возможна при помощи камеры или датчиков Холла под платой. В подвижную часть можно поместить RFID/NFC и обмениваться с ней данными с неподвижной части. Можно заставить несколько магнитов перемещаться параллельно друг другу, а можно поделить плату на участки с разными наборами печатных катушек, чтобы заставить несколько магнитов перемещаться независимо друг от друга.

Существующий вариант 0,6-миллиметровой платы получился довольно толстым, поэтому катушки верхнего слоя воздействуют на магнит слабее, чем катушки нижнего слоя. То есть, по «иксу» и по «игреку» такая плата будет толкать магнит с различными усилиями. Автор планирует исправить это, сделав плату гибкой — она значительно тоньше.

Посмотрите на плату с двух сторон, насколько она проста:





Проводники на одной стороне перпендикулярны проводникам на другой. Восемь выводов, по четыре на драйвер. И всё.

Опытный односторонний вариант платы, перемещает магниты в одномерном пространстве:


Ещё один опытный вариант с другой конфигурацией печатных катушек, уже двумерный:


А ещё есть плата с катушками для перемещения магнитов по окружности:


От переводчика. Желательно применить плёнку, защищающую от истирания лак и проводники. А воспользовавшись платой не как двигателем, а как генератором, можно получить мышь без кнопок, внутри которой отсутствует электроника.
Поддержать автора
Поделиться публикацией
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама

Комментарии 101

    +1
    Отлично! Новый вариант привода для лазерного гравера, например. Или установщика SMD элементов. Или ещё чего-нибудь с небольшими усилиями. А шаг перемещения можно ещё уменьшить, уменьшая расстояние между проводниками (до предела технологических возможностей еще далеко) и используя микрошаг.
      +2
      Новый вариант часиков…
        +1
        Точно, и часов — с отдельной дорожкой для каждой стрелки. Надо только придумать, как эта штука должна работать в вертикальном положении, когда магнит не просто лежит, а на него действует еще и сила тяжести
          +1
          У автора уже спросили про работу на вертикали для часиков. Сказал, что не работает… Горизонтально и с зеркалом. Но это уже не то, конечно.
          Если только с обратной стороны не приладить 60*2=120 катушек для фиксации «стрелок», а вот перемещать уже может и «круглым» линейным двигателем.
            0
            Можно два магнита с двух сторон платы, чтобы они дополнительно притягивались друг к дружке. Тогда может и хватит трения, чтобы гравитацию пересилить.
              +1
              Или пятаки из жести, по аналогии с полюсами двигателей.
              Катушки перемещают, жестянки удерживают.
              Толщину жести — минимальную, или пермаллой от трансформатора ленточный нарубить пятаками.
                +3
                Хм, а в жидкость магнитики насыпать, сотни их, религия не позволяет?
                  +1
                  Это не трогайте, это моя тема, она работает по другому…

                    +1
                    Интересно. А подробности будут? Что с чем бодяжить, как коммутировать и прочее такое?
                      +1
                      1. Ничего бодяжить не надо, т.к. феррофлюид продается в специализированных магазинах.
                      Там лишь одна проблема, он мажет стекло при длительном подтягивании к магниту. Я подобрал материалы которые позволяют почти не оставлять следы. Ну есть один вариант который позволяет вообще избавится от этого.
                      2. Так же проблема с соленоидами, они греются при длительной работе.
                      3. Т.к. это хоббийный проект времени на него не более 1 часа в день, поэтому он не очень быстро двигается, но этим летом надеюсь показать ролик с небольшим описанием.
                      Хочется все таки создать продукт(Часы или дисплей), а не просто показать всему миру, что я все таки смог это сделать.
              +1
              В промышленности обычно статор линейного двигателя делают стальным и ротор к нему намертво прилипает. Для того что бы это все двигалось под него плодают сжатый воздух и ротор как бы висит на воздушной подушке (только вверх ногами).
        +2
        Занятная вещица.
        Можно усложнить контроллер для возможности управления каждым пикселем независимо.
        Магнитные шахматы для игры с удалённым партнёром. Хоккей. Актуатор для позиционирования беспроводной зарядки.
          +2
          Не получается шахматы, либо все фигуры будут перемещаться одновременно, либо, если поделить плату на участки, непонятно, как переместить фигуру с одного участка на другой. Хотя — инерцией… Разогнать и выключить поле на предыдущем участке, а на соседнем — включить, вот она и перескочила.
            +5
            … как переместить фигуру с одного участка на другой. Хотя — инерцией… Разогнать ..

            Это уже не шахматы а игра «в Чапаева», весьма задорно.

            А возможно послойно «порезать» поле на секторы: 2х2, 4х4, 8х8? Если да, то суперпозиция на нашей стороне.
              +1
              Не обязательно. Включённое поле на соседнем участке остановит перескочившую на него фигуру.

              «Чапаев» получится, если последовательно разгонять на нескольких участках.
                +3
                это уже пушка гаусса получается :D
                  +10
                  Гаусса-Чапаева? А следом кавалерия.
                    +10

                    Made my day. Шахматы Чапаева-Гауса, звучит.

                  +1
                  Я интересуюсь не в смысле сделать из доски карамультук гаусса, а в смысле контролировать большое количество фишек. Как вам кажется — можно ли комбинировать несколько плат послойно-внахлест?
                    +1
                    Автор сообщает, что даже 0,6 мм между верхним и нижнем слоями заметно влияют на усилие. А если делать многослойную плату, то как избирательно управлять с каждой из плат только одной фигурой? Лучше поделить на клетки, а между ними перешагивать, воспользовавшись небольшой инерцией.
                    0
                    А если верхний ряд проводников делать с нахлестом с нижним. Тогда нижней катушкой доводим до середины, а потом управляем верхней. Вопрос только в том, что для каждого сектора платы нужен свой контроллер двигателя.
                  +1
                  Не получатся в текущей конфигурации контроллера и драйвера. Если увеличить количество каналов — почему нет?
                    +3
                    Получится, если сделать наоборот — катушки на фигуре, а магниты на поле
                      +2
                      я думаю — надо по другому. под полем перемечается катушка с доп. эл. магнитом. Она «подьезжает» под необходимую фигуру. На неё подаётся напряжение. В этот момент она захватывает фигуру на поле. у которой в «полу» доп. магнит. И тянет её с магнитом за собой. В поле где она её оставляет. Там сбрасывается электричество. И не важно — по полю или, если фигура сьедена…
                        0
                        Тогда к перемещаемому электроманиту придётся подвести гибкие провода.

                        Или под платой-дивгателем разместить ещё одну, с круговой обмоткой. Подключить к ней Qi-передатчик. На перемещаемом электромагните разместить Qi-приёмник. Так можно будет его включать и выключать.
                          +1
                          На Хабре уже была статья с реализацией такой конструкции. Осталось её как то найти.
                          +1
                          Всё можно гораздо проще сделать, хоть и более топорно.
                          Фигуры применить самые обычные, не магнитные, и добавить на поле этакую палочку-толкатель, которая будет ездить по всему полю и толкать собой фигуры.
                          Заодно и рокировку сможет произвести, пусть даже ей и придётся как в пятнашках все фигуры вокруг предварительно раздвинуть, а потом вернуть на место.
                            0
                            Точно, см. второе видео.
                            +1
                            а как конь будет перешагивать другие фигуры?
                              +2
                              на время перемещения эти фигуры тоже можно подвинуть, а затем вернуть
                            +3
                            Именно шахматы не получатся но несколько иным причинам:
                            1. Ход конём
                            2. Рокировка
                              +3
                              В принципе получится, если клетки будут большими, на которых сможет уместится 2 фигуры. Тогда возможно будет сделать ход конём, слоном, ферзём, а так же рокировку и удаление фигур.
                              +1
                              Не получается шахматы, либо все фигуры будут перемещаться одновременно

                              Можно двигать только определённую фигуру, если заменить постоянный магнит фигуры — электромагнитом. «Съеденные» фигуры можно «отстреливать» от шахматной доски дополнительным механизмом, встроенным в каждую из них :)
                                +1
                                «Съеденные» фигуры можно «отстреливать» от шахматной доски дополнительным механизмом, встроенным в каждую из них :)

                                Пиропатроном.
                                +1
                                Можно использовать не 4 магнита, а 9. Если расположить две площадки близко — можно устроить такой себе хендовер, когда 6 магнитов на одной а 3 на другой площадке.
                                  +1
                                  Двигать несколько объектов независимо, но по очереди (а дальше вопрос в скорости смены очереди) — элементарно. Нужно вместо постоянного магнита использовать электромагнит, подавая на него необходимое напряжение в нужный момент только для нужного объекта.
                                    +1

                                    Проще. Сделать 64 привода по одному на клетку и включать приводы парами на соседних клетках. Поскольку движется одна фигура за раз, можно обойтись одним драйвером на все, поставив коммутатор после драйвера.

                                      +1
                                      64 привода? у вас странное понимание 'проще'
                                      +1

                                      Можно просто задерживать фигуры, которые не должны в данный момент передвигаться. Например, расположить под этой платой ещё одну, на которой будут под каждой клеткой напечатаны катушки индуктивности. И запитывать эти катушки под теми фигурами, которые должны стоять на месте.

                                    +1
                                    ну тут уже будет сложнее, т.к. фигур на поле много и имея не достаточно большой отступ может будет «захвачена» рядом стоящая фигура тоже.
                                      +2
                                      нет, принцип будет такой, что необходимое кол-во фигур отодвигается туда, чтобы освободить проход. Т.е. — полная движуха на поле. Уверен, что просто было-бы явление, от которого не оторвёшь глаз — т.к. каждых ход — это «маленькая жизнь» нескольких фигур.
                                      +7
                                      1969: «Наверное, на магнитах...»
                                      image
                                      1994: «Наверное, на микросхемах...»
                                      image
                                        +1
                                        У шахмат придется еще предусмотреть механизм устранения фигур с поля.
                                          +1

                                          Это как раз просто — сделать область "парковки" за пределами игрового поля (масштабировать поле за пределы игровой зоны при такой технологии, очевидно, элементарно и дешево), и простой алгоритм расчистки пути, если путь к "парковке" занят другими фигурами. Правило "тронул-ходи", очевидно, для таких шахмат не актуально.
                                          Но вот, как правильно говорят, вопрос контроля отдельных фигур… проблематичен.

                                            0
                                            Проверить соблюдение правила «тронул — ходи» здесь будет просто. Обратную связь предусмотреть придётся в любом случае, чтобы определять ход человека.
                                              +1
                                              Можно сделать так: под каждым полем разместить отдельную катушку, тогда под перемещаемой фигурой включать такую полярность, что-бы магнит отталкивался, а на конечном поле притягивался. (Конь, ладья и т.д. за несколько шагов подряд) Вполне вероятно, что у печатной катушки не хватит магнитного поля — всё-таки шаг большой, целая клетка. Но вот как будет проводиться рокировка?
                                                +1
                                                Почему шаг = целая клетка?
                                                  +1
                                                  Что-бы прыгать со своей клетки на соседнюю. Получается две, что магнит отталкивается от одной и притягивается к другой. Катушки строго по полям шахматного поля. Включаются только две необходимые катушки не затрагивая остальные, т.е. остальные фигуры не двигаются. Можно и промежуточные поставить, но их и так 64 основных и ещё нужны за пределами (всего где-то 96?). А нужна двухполярная коммутация на каждую в отдельности.
                                                    +1
                                                    Мы с вами одну и ту же статью обсуждаем? Не 64 катушки, а 16 (8 вдоль и 8 поперёк), выполненных дорожками на печатной плате в два уровня. Соответственно, промежуточных позиций можно хоть по 16 (например) на каждую клетку.
                                                      +1
                                                      В данном случае скорее всего нет, так-как для управления шахматными фигурами упомянутый в статье линейный двигатель не совсем походит — перемещение будет затрагивать сразу все фигуры по всей активной линии клеток. Просто в голову пришла мысль, как двигать фигуру с минимум влияния на остальные. Нужно только рассчитать импульс отталкивания (длительность*ток), что-бы ослабить в некоторой степени вес фигуры. Тогда она сама перескочит на притягивающую катушку под соседней клеткой. Можно добавить лист жести под доской, как это сделано в дорожном наборе. Вроде эффект должен усилиться.
                                                        +1
                                                        перемещение будет затрагивать сразу все фигуры по всей активной линии клеток
                                                        Только если усилие одного уровня будет достаточным, а идея поста в том, чтобы достаточным было только суммарное усилие от одновременной активации катушек продольного и поперечного уровней. Или я неправильно понимаю принцип работы?
                                              +6
                                              image
                                              Сорри, не удержался :)
                                                +1
                                                Ещё немного развития гибкой электроники — и можно будет делать Battle Chess в реале.
                                            +2
                                            А воспользовавшись платой не как двигателем, а как генератором, можно получить мышь без кнопок


                                            А это случайно не то же самое что тачпад?
                                              0
                                              Там малая площадь, а сенсор — емкостной.
                                                +3
                                                Да, я даже погуглил, на всякий случай, прежде чем писать комментарий, но если я правильно понимаю базовый принцип сохраняется. Емкостные сенсоры нужны что бы «ловить» палец, а на схеме выше мы без магнита не обойдемся.
                                              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                –1
                                                Как тебе такое, Илон Маск?
                                                  +3
                                                  электродвигатели с печатными обмотками вполне себе применяются в технике
                                                    +2
                                                    Маску не подсказывайте, у него печатной катушкой станет дорога. Даже проще, чем у Бабата.

                                                    Что и показано в миниатюре на третьем видео.
                                                      +1

                                                      Насколько я помню, его HyperLoop именно по такому принципу должен работать.

                                                      +2
                                                      Как тебе такое, Илон Маск?

                                                      Это норм, у нас в общаге ЛЭТИ в 91 году был другой вариант.
                                                      Печатную плату использовали в роли ловушки для тараканов.
                                                      В центр клали приманку а на плату подавали высокое напряжение…
                                                        +1
                                                        Подобные ловушки, только для крыс, многие делали.
                                                      +2
                                                      Интерактивные настолки могут получится великолепные.
                                                      +1
                                                      В музее Miniatur Wunderland строится макет Монако с болидами формулы 1 на подобном принципе. А вот тут можно прикупить поезда масштаба ~1/1000, с таким же приводом.
                                                        +3
                                                        Шикарно! Нет слов, одни восторги! Из закромов памяти всплыл кинетический столик Sisyphus и его узоры.
                                                        Sisyphus

                                                          +2
                                                          А про принцип работы где почитать? А обратный эффект можно как то получить — положить магнит в определенную точку и узнать положение?
                                                            +2
                                                            Если магнит будет двигаться.
                                                              0
                                                              Абсолютное положение всё равно не узнаем. Только первую производную абсолютного положения. То есть, скорость.
                                                                +2
                                                                Ноуп. Поскольку «показания скорости» мы будем получать от строго определённых катушек, причём, с предсказуемым градиентом затухания сигнала по удалению от текущего положения, то и координаты можно. Но только для движущегося магнита.
                                                                  +2

                                                                  Магнит изменяет индуктивность близко расположенной катушки, надо просто переменный ток на них подать и смотреть сопротивление оному.

                                                              +2

                                                              Принцип работы — развернутый на плоскость шаговый двигатель. Катушки каждой оси "вставлены" друг в друга (проводники чередуются) и подавая напряжение попеременно на одну и другую можно двигать "статор"

                                                                +1
                                                                можно, измеряя сопротивление. это ж модель MRAM
                                                                  +1

                                                                  Это модель одной ячейки или я не понимаю чего-то? Мы можем определить факт наличия магнита а не его расположение относительно катушки(ек), рассматриваем одну пару, например по оси Х.

                                                                    +1
                                                                    Факт наличия магнита вблизи определённой катушки — это и есть его положение.
                                                                      +1
                                                                      У нас две катушки равномерно заполняют рабочее поле.
                                                                      Итого — «Да, у нас есть магнит на рабочем поле». Точность позиционирования как-то не очень, нет?
                                                                        +1
                                                                        при движении наведённое напряжение в катушках будет как раз sin/cos, так что вполне себе относительный энкодер получается, но не абсолютный, это да, и с ограничением на минимальную скорость перемещения, так как амплитуда пропорциональная скорости.
                                                                        можно на обратной стороне нарисовать катушку в том же направлении, но с немного отличающимся периодом, так чтобы витков на один меньше было. Тогда можно как нониус у штантегциркуля использовать и по фазам вытащить и абсолютное положение. Но то что U=-dФ/dt никуда не денется и очень медленные перемещения он видеть всё равно не будет.
                                                                          +1
                                                                          На вторую сторону не получится, там у нас ось Y. Если только бутерброд из 8 катушек дюже тонких делать. Но в это случае уже проще вместо добавочных катушек в середине запилить матрицу, которая сразу даст абсолютное позиционирование с прогнозируемой точностью.
                                                                          Ну и, справделивости ради, все ж таки метод нюхать наведенку отличается от изначального «можно, измеряя сопротивление. это ж модель MRAM»
                                                                            +1
                                                                            Для того чтобы измерять «сопротивление» нужна, наверное, не одна дорожка свёрнутая змейкой, а линейка из отдельных проводников с соответствующим количеством выводов, с напылённым сверху каким-нибудь магниторезистивным покрытием.
                                                                            Можно конечно и по времени распространения попробовать, покрыть каким-нибудь ферритом, который будет насыщаться в том месте, где есть магнитное поле магнита, потом стрельнуть коротким импульсом и смотреть как он пройдёт/отразится по всей змейке, в том месте где есть магнитное поле и насыщение феррита, импеданс поменяется. Но вот для разрешения 0.5нс электроника нужна будет не очень простая, мягко говоря.
                                                                +1

                                                                А что будет, если вместо магнитов налить немного магнитной жидкости?

                                                                  +1
                                                                  тоже покатится
                                                                  +2
                                                                  Красиво, жаль, усилие смешное. А как сделать мощный и точный линейный двигатель? Как обычно начинать с «напилите много максимально одинаковых неодимовых магнитов»?
                                                                    +1
                                                                    Гидравлика на данный момент наилучшая альтернатива, говорят на ее основе очень высокоточную механику делают
                                                                      +1
                                                                      У гидравлики мне гистерезис не нравится.
                                                                      +1
                                                                      Достаточно мощный на ферромагнитных сердечниках получится.
                                                                        +1
                                                                        Можете ман скинуть? По diy linear drive такая ерунда нагугливается(
                                                                          +1
                                                                          Такие в стиле diy не видел.
                                                                          «Вентильный реактивный двигатель» (switch reluctance motor), у нас такой пытались освоить на заводе.
                                                                          Развертку в линию и в плоскость уже где-то делали.
                                                                            +1
                                                                            Посмотрите журнал «Радио» №9 за 1983 год, страница 46, статья «Привод тангенцального тонарма» — как раз DIY. Только магниты поставьте помощнее.
                                                                          +1
                                                                          image
                                                                          можно не пилить, взять готовые цилиндрические магниты и намотать вокруг 2 или 3 катушки.
                                                                          +1
                                                                          Класс! Можно использовать в моторизоваанных фейдерах!
                                                                            +1
                                                                            А какие токи в проводниках? Печатная катушка получается очень слабая.
                                                                              +1
                                                                              ну 1-2 ампера поди можно в 0.5мм проводник загнать чтобы без сильного нагрева.
                                                                              обычные токи, как раз для готовых драйверов ШД.
                                                                              2e-8*100mm*50[полувитков]/0.5[мм ширины]/35[мкм меди] = 6Ом, несколько Вт поверхность 100см^2 поди рассеит, на десяток градусов при этом градусов нагревшись.
                                                                                +1
                                                                                Смогут ли эти 1-2 ампера сдвинуть магнит? Может, там надо 10 Ампер в импульсе, а потом давать плате остыть.
                                                                                  +1
                                                                                  image
                                                                                  график — сила в зависимости от смещения магнита, порядка 1.5мН или 0.15г, магнит диаметром 3мм и высотой 3мм весит 0.6г, если коэффициент трения меньше 0.25 — сдвинет.
                                                                              +2
                                                                              Можно sokoban в железе реализовать!

                                                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                              Самое читаемое