아두이노 - 피드백이 있는 액추에이터 | Arduino - Actuator with Feedback
이전 튜토리얼에서는 피드백이 없는 선형 액추에이터에 대해 배웠습니다. 이번 튜토리얼에서는 피드백이 있는 선형 액추에이터(피드백 선형 액추에이터라고도 함)에 대해 배우게 됩니다. 선형 액추에이터로부터의 피드백은 그것의 스트로크 위치를 식별할 수 있는 정보를 제공하며, 그 위치를 제어할 수 있습니다. 구체적으로, 우리는 다음을 배우게 됩니다:
- 피드백 리니어 액추에이터가 어떻게 작동하는지
- 피드백 리니어 액추에이터의 위치를 어떻게 밀리미터 단위로 찾는지
- 리니어 액추에이터의 위치를 어떻게 제어하는지
준비물
| 1 | × | Arduino Uno | Amazon | |
| 1 | × | USB 2.0 cable type A/B | 쿠팡 | Amazon | |
| 1 | × | 12V Linear Actuator with Feedback | Amazon | |
| 1 | × | L298N Motor Driver Module | 쿠팡 | Amazon | |
| 1 | × | 12V Power Adapter | Amazon | |
| 1 | × | DC Power Jack | 쿠팡 | Amazon | |
| 1 | × | Jumper Wires | Amazon | |
| 1 | × | (Optional) 9V Power Adapter for Arduino | Amazon | |
| 1 | × | (Recommended) Screw Terminal Block Shield for Arduino Uno | 쿠팡 | Amazon | |
| 1 | × | (Recommended) Breadboard Shield For Arduino Uno | 쿠팡 | Amazon | |
| 1 | × | (Recommended) Enclosure For Arduino Uno | Amazon |
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피드백 선형 구동기에 관하여
피드백 선형 액추에이터는 위치를 식별하고 제어할 수 있도록 피드백 신호를 갖는 선형 액추에이터입니다. 피드백은 스트로크 위치에 비례하여 전압 값을 출력하는 포텐쇼미터입니다.
피드백 선형 액추에이터 핀배열
피드백 리니어 액추에이터는 5개의 전선이 있습니다:
- 구동기 양전선: 이 전선은 고전압(12V, 24V, 48V...)을 사용하여 선형 구동기를 제어하는 데 사용됩니다.
- 구동기 양전선: 이 전선은 고전압(12V, 24V, 48V...)을 사용하여 선형 구동기를 제어하는 데 사용됩니다.
- 5V 전선: 이 전선은 피드백 포텐쇼미터에 사용됩니다. 이 전선을 5V 또는 3.3V에 연결하세요.
- GND 전선: 이 전선은 피드백 포텐쇼미터에 사용됩니다. 이 전선을 GND에 연결하세요.
- 포텐쇼미터 전선: (피드백 전선 또는 출력 전선이라고도 함) 이 전선은 스트로크 위치에 비례하여 전압값을 출력합니다.
작동 원리
긍정선과 부정선에 고전압을 제공하면, 액추에이터의 스트로크가 연장되거나 축소됩니다. 구체적으로, 다음과 같이 연결하면:
- 12V(12V, 24V, 48V...)와 GND를 각각 양선과 음선에 연결하면: 리니어 액추에이터는 제한에 도달할 때까지 전속력으로 확장됩니다.
- 12V(12V, 24V, 48V...)와 GND를 각각 음선과 양선에 연결하면: 리니어 액추에이터는 제한에 도달할 때까지 전속력으로 축소됩니다.
- 확장하거나 축소하는 동안, 액추에이터에 전원을 차단하면(양선과 음선 모두에 GND를 연결), 액추에이터는 확장/축소를 멈춥니다.
※ NOTE THAT:
- 구동기를 제어하기 위한 전압 값은 구동기의 사양에 따라 달라집니다. 해당 전압 값은 데이터시트 또는 매뉴얼을 읽어서 알아보십시오.
- 구동기는 부하를 지탱하면서 전력 공급을 중지하더라도 위치를 유지할 수 있습니다.
포텐쇼미터 전선에서의 전압 값은 액추에이터의 스트로크 위치에 비례합니다. 이 전압을 측정함으로써 스트로크의 위치를 알 수 있습니다.
배선도
L298N 모듈의 배선 전에 점퍼 3개를 모두 제거해주세요.
이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.
선형 액추에이터의 확장/축소 제어 방법
아두이노 - 액추에이터 튜토리얼을 보세요.
선형 액추에이터의 위치를 찾는 방법
아래는 리니어 액추에이터에서 스트로크의 위치를 판별하는 방법을 보여줍니다.
캘리브레이션
- 액추에이터의 스트로크 길이(밀리미터 단위)를 자를 사용하여 측정하거나 데이터시트를 읽어서 확인하십시오.
- 아래 코드를 실행하여 선형 액추에이터가 완전히 확장되었을 때와 완전히 축소되었을 때의 출력 값을 확인하십시오.
/*
* 이 Arduino 코드는 newbiely.kr 에서 개발되었습니다
* 이 Arduino 코드는 어떠한 제한 없이 공개 사용을 위해 제공됩니다.
* 상세한 지침 및 연결도에 대해서는 다음을 방문하세요:
* https://newbiely.kr/tutorials/arduino/arduino-actuator-with-feedback
*/
// 액츄에이터가 완전히 확장되고 축소될 때의 피드백을 얻기 위한 코드
#define ENA_PIN 9 // EN1 핀 L298N에 연결된 아두이노 핀
#define IN1_PIN 6 // IN1 핀 L298N에 연결된 아두이노 핀
#define IN2_PIN 5 // IN2 핀 L298N에 연결된 아두이노 핀
#define POTENTIOMETER_PIN A0 // 액츄에이터의 포텐쇼미터에 연결된 아두이노 핀
void setup() {
Serial.begin(9600);
// 디지털 핀을 출력으로 초기화합니다.
pinMode(ENA_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN1_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN2_PIN, OUTPUT);
digitalWrite(ENA_PIN, HIGH);
}
void loop() {
// 액츄에이터를 확장합니다
digitalWrite(IN1_PIN, HIGH);
digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
delay(20000); // 액츄에이터가 완전히 확장될 때까지 기다립니다. 제한에 도달하면 자동으로 확장을 멈춥니다
// 아날로그 입력값을 읽습니다:
int POTENTIOMETER_MAX = analogRead(POTENTIOMETER_PIN);
Serial.print("POTENTIOMETER_MAX = ");
Serial.println(POTENTIOMETER_MAX);
// 액츄에이터를 축소합니다
digitalWrite(IN1_PIN, LOW);
digitalWrite(IN2_PIN, HIGH);
delay(20000); // 액츄에이터가 완전히 벌어지는 것을 기다립니다. 제한에 도달하면 자동으로 축소를 멈춥니다
int POTENTIOMETER_MIN = analogRead(POTENTIOMETER_PIN);
Serial.print("POTENTIOMETER_MIN = ");
Serial.println(POTENTIOMETER_MIN);
}
아래 예시처럼 시리얼 모니터에서 로그를 볼 수 있습니다.
COM6
POTENTIOMETER_MAX = 987
POTENTIOMETER_MIN = 13
Autoscroll
Clear output
9600 baud
Newline
- 이 값들을 적어두세요
- 최솟값/최댓값이 바뀌었다면, IN1_PIN과 IN2_PIN을 바꾸세요
아래 코드에 있는 세 가지 값을 업데이트하세요
액추에이터의 위치를 계산하는 아두이노 코드
/*
* 이 Arduino 코드는 newbiely.kr 에서 개발되었습니다
* 이 Arduino 코드는 어떠한 제한 없이 공개 사용을 위해 제공됩니다.
* 상세한 지침 및 연결도에 대해서는 다음을 방문하세요:
* https://newbiely.kr/tutorials/arduino/arduino-actuator-with-feedback
*/
#define ENA_PIN 9 // 아두이노 핀이 L298N의 EN1 핀에 연결됨
#define IN1_PIN 6 // 아두이노 핀이 L298N의 IN1 핀에 연결됨
#define IN2_PIN 5 // 아두이노 핀이 L298N의 IN2 핀에 연결됨
#define POTENTIOMETER_PIN A0 // 액추에이터의 포텐쇼미터에 연결된 아두이노 핀
#define STROKE_LENGTH 102 // PLEASE UPDATE THIS VALUE (밀리미터 단위)
#define POTENTIOMETER_MAX 987 // 이 값을 업데이트하세요
#define POTENTIOMETER_MIN 13 // 이 값을 업데이트하세요
void setup() {
Serial.begin(9600);
// 디지털 핀을 출력으로 초기화합니다.
pinMode(ENA_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN1_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN2_PIN, OUTPUT);
digitalWrite(ENA_PIN, HIGH);
}
void loop() {
// 액추에이터를 확장합니다.
digitalWrite(IN1_PIN, HIGH);
digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
int potentiometer_value = analogRead(POTENTIOMETER_PIN);
int stroke_pos = map(potentiometer_value, POTENTIOMETER_MIN, POTENTIOMETER_MAX, 0, STROKE_LENGTH);
Serial.print("The stroke's position = ");
Serial.print(stroke_pos);
Serial.println(" mm");
}
- 코드에 세 가지 보정된 값을 업데이트하십시오.
- 코드를 Arduino에 업로드하십시오.
- 시리얼 모니터에서 결과를 확인하십시오.
COM6
The stroke's position = 2 mm
The stroke's position = 35 mm
The stroke's position = 43 mm
The stroke's position = 60 mm
The stroke's position = 68 mm
The stroke's position = 79 mm
The stroke's position = 83 mm
The stroke's position = 96 mm
The stroke's position = 100 mm
Autoscroll
Clear output
9600 baud
Newline
특정 위치로 선형 구동기를 제어하는 방법
/*
* 이 Arduino 코드는 newbiely.kr 에서 개발되었습니다
* 이 Arduino 코드는 어떠한 제한 없이 공개 사용을 위해 제공됩니다.
* 상세한 지침 및 연결도에 대해서는 다음을 방문하세요:
* https://newbiely.kr/tutorials/arduino/arduino-actuator-with-feedback
*/
#define ENA_PIN 9 // 아두이노 핀 EN1 핀 L298N에 연결됨
#define IN1_PIN 6 // 아두이노 핀 IN1 핀 L298N에 연결됨
#define IN2_PIN 5 // 아두이노 핀 IN2 핀 L298N에 연결됨
#define POTENTIOMETER_PIN A0 // 액추에이터의 포텐쇼미터에 연결된 아두이노 핀
#define STROKE_LENGTH 102 // 이 값을 업데이트 해주세요 (밀리미터 단위)
#define POTENTIOMETER_MAX 987 // 이 값을 업데이트 해주세요
#define POTENTIOMETER_MIN 13 // 이 값을 업데이트 해주세요
#define TOLERANCE 5 // 밀리미터 단위
int targetPosition_mm = 50; // 밀리미터 단위
void setup() {
Serial.begin(9600);
// 디지털 핀을 출력으로 초기화
pinMode(ENA_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN1_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN2_PIN, OUTPUT);
digitalWrite(ENA_PIN, HIGH);
}
void loop() {
int potentiometer_value = analogRead(POTENTIOMETER_PIN);
int stroke_pos = map(potentiometer_value, POTENTIOMETER_MIN, POTENTIOMETER_MAX, 0, STROKE_LENGTH);
Serial.print("The stroke's position = ");
Serial.print(stroke_pos);
Serial.println(" mm");
if (stroke_pos < (targetPosition_mm - TOLERANCE))
ACTUATOR_extend();
else if (stroke_pos > (targetPosition_mm + TOLERANCE))
ACTUATOR_retract();
else
ACTUATOR_stop();
}
void ACTUATOR_extend() {
digitalWrite(IN1_PIN, HIGH);
digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
}
void ACTUATOR_retract() {
digitalWrite(IN1_PIN, LOW);
digitalWrite(IN2_PIN, HIGH);
}
void ACTUATOR_stop() {
digitalWrite(IN1_PIN, LOW);
digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
}
동영상
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