Física de un actuador para puerta batientes, mecanismos en general

[victorjam]

Hola chicos, hace poco instalé un kit de motor para puertas batientes. Este kit consiste en dos actuadores lineales para cada hoja, una caja con una placa de control, un par de mandos y el manual.

Como la curiosidad mató al gato, lo típico, ¿y por qué no lo hago con Arduino?. La verdad que el kit resultó mas barato que haciéndolo con Arduino, sobre todo porque los actuadores líneales suelen costar sueltos mas que con el kit, aun así, me picó la curiosidad del control de la placa.

Así que haciendo un poco de ingenieria inversa, llegué a la conclusión de que para el control de los motores utiliza un par de reles haciendo un semi puente H, una resistencia shunt para medir la corriente que circula por cada motor y así saber si se está moviendo. Además lleva un "control PWM" que hace que cada motor funcione en una posición determinada del ciclo de trabajo, haciendo que la corriente fluya por un motor solo en cada momento y así reducir el consumo. A ese circuito se le añade un receptor de 433MH, una serie de dip switch para configurar y un microcontrolador (desgraciadamente sin serigrafia así que no se cual será) y poco mas.

Cuando hice la instalación con el manual en la mano, no hubo problema ya que en una página indica la posición a la que se ha de instalar el actuador y como hacerlo.

Entonces me vino la duda..., si consigo un actuador líneal barato si podria hacer el circuito con Arduino, pero posiblemente el actuador líneal que consiga no será de las mismas caracterisiticas que el de la puerta, entonces... ¿Cómo calculo la distancia A y B de la imagen para mi actuador?

Por mas que le doy vueltas no encuentro una solución, tanta electrónica y programación, y de conocimientos de mecánica ni papa.

Así que recurro a vosotros para obtener una gota de inspiración y de paso que me recomendeis algo de bibliografia "fácil" sobre el tema de mecanismos, ya que si me sacais de engranajes no tengo ni idea.

Y la verdad que frusta, ya que con unos cuantos servos, actuadores y demás artilugios conectados a Arduino se pueden llegar a hacer cosas bastante chulas.

[bosoft]

Por lo que sé, estos sistemas tienen un final de carrera en el mismo eje del motor (o reductor), ya que como mucho recorren un cuarto de vuelta.
Espero que te sirva.

Saludos

[victorjam]

El actuador líneal dispone de dos finales de carrera normalmente cerrados y dos diodos. Estos finales de carrera evitan que el actuador se abra o cierre demasiado y se salga de su sitio la tuerca del tornillo sin-fin. Los diodos sirven para poder hacer que una vez abierto el circuito final de carrera al invertir la polaridad del motor este vuelva a girar en sentido contrario.

Pero realmente el actuador líneal genera eso, un movimiento líneal. Generalmente, el actuador dispone de un recorrido que depende del modelo exacto, puede ser de unos pocos centimetros hasta casi más de medio metro. El recorrido es lo que el piston va a "entrar o salir" del émbolo y es totalmente líneal.

Ahora bien, ese movimiento líneal se transforma en un movimiento giratorio en la puerta. Para ello se ha colocar el actuador de tal manera que al estar abierto la puerte este en una posición y
cuando se cierra acabe en otra. Aquí es donde fallo.

Para ello se deberá tener en cuenta las dimensiones del actuador (abierto y cerrado), del punto de giro de la puerta (la bisagra) y un punto de giro del actuador. Esto es lo que no soy capaz de calcular en que punto debe estar el eje del actuador para que la puerta se abra un angulo.

Si aprecias la imagen del post anterior, veras que existen dos coordenadas A y B que permiten que la puerta se abra/cierre un ángulo. Pero claro, esas coordenadas estan pensadas para un actuador de estas dimensiones:

Si el actuador líneal cambia, obviamente esas cotas cambiaran y las posiciones también. Eso es lo que me gustaria llegar a saber.

[Surbyte]

Yo veo que cuando la puerta esta abierta (según la primer figura) el actuador esta completamente cerrado. No te establece eso la posición A y B?
Ahora bien, cuando el actuador empieza a empujar y extenderse la puerta se cierra. Si por error A y B no fueran correctos, quedaría en una posición diferente a 90 grados de la inicial.
Eso lo podrias manejar con Arduino y no hacerte problemas, pero entiendo que no es la idea.
Digamos que fijo A y B y luego determino con el actuador hasta donde lo extiendo, ese sería un enfoque.

El segundo enfoque es matemático. Transformar movimiento lineal en circular y relacionarlo con las coordenadas iniciales.

Lo hice en un borrador espero se comprenda.

Restando miembro a miembro queda

Ahi queda una expresión en funcion de L1, L2 e Y2 que son conocidos.
Asi que se puede jugar con X1 e Y1 y obtener la que falta.

Bueno, se pueden invertir L2 y L1 al cuadrado por el signo menos.
Todo eso da una constante si considero a Y2 como un dato porque con la posicion de la puerta y el actuador ese y2 es conocido entre comillas.
Todo eso termina dando un valor constante y jugamos con x1 e y1 y obtenemos el resultado.
A ver si mi dedución es correcta o se me escapó algo.

[bosoft]

Todos los sistemas que he visto (no soy experto en ello) siempre llevan la regulación en el motor o actuador. Creo que esos limitadores no están para que "no se salga" el motor. Si un motor no parara a tiempo, seguramente se quemaría o se destrozaría el mecanismo. Usar esos reguladores es lo que toca hacer.
No estoy contra las fórmulas, pero en este caso no creo que sirvan si el motor no cumple escrupulosamente con lo esperado.
Los únicos motores que no "sufren" son los que disponen de pistón hidráulico. Solo necesitan un tope que soporte esa presión. Los mecánicos se deben regular.

Saludos

[anon90500195]

@bosoft

Creo que esos limitadores no están para que "no se salga" el motor.

Si, están justamente por seguridad, para cortar la alimentación del motor cuando llega a los extremos.
Como los interruptores están en serie, los diodos "puentean" los interruptores para poder mover el motor al invertir el giro, tal como lo describe @victorjam.
Lo raro es que teniendo detección de corriente hayan recurrido a los finales de carrera.

Saludos

[bosoft]

Tu mismo te has respondido. Hoy he hablado con un técnico en puertas y me ha dicho que la electrónica tiene un tope de consumo y uno físico que es el que usan para ajustar. El de consumo es por si el mecanismo tiene algún problema físico y deja el sistema desconectado hasta que alguien lo resetea.

Saludos

[victorjam]

Los finales de carrera son internos al actuador líneal y cortan la corriente del motor cuando llega a los extremos, pero el microcontrolador no sabe cuando está abierto o cerrado.

Creo que la corriente se mide por dos razones: la primera para determinar cuando ha terminado de abrir o cerrar; la segunda como medida de seguridad por si la puerta se queda atascada.

El motor del actuador consume unos 3A.

Cuando está abriendo o cerrando podemos medir la corriente y cuando el actuador llega a la carrera la corriente deja de circular, Como controlamos la dirección con el puente H de relés podemos saber si estamos abiertos o cerrados.

Si hay un obstáculo la puerta se detendrá y el consumo empezará a subir, así que al medirla "podemos" saber si hay un problema.

[victorjam]

Uy, veo que @bosoft ya respondió.

Y ese técnico de puertas no te comentado algo sobre lo de cómo se coloca el actuador. Aunque deduzco que cada fabricante proporciona la tabla de donde colocar el actuador, porque es lo que he visto en casi todos los modelos.

[anon90500195]

Pensaba en los levanta vidrios (eleva lunas) de los automóviles, no llevan finales de carrera, trabajan sensando la corriente, incluso con antipinzamiento para no cortarle un dedo a nadie (bueno, tal vez exagero con lo de "cortarle"), de ahí vino mi planteo.
Todo lo demás está más que claro.

Saludos

[bosoft]

dime exactamente que quieres que le pregunte, que pronto lo volveré a ver

Saludos

[victorjam]

Supongo que la pregunta quizás se un poco tonta para un montador de puertas. El compra el cilindro y en el manual ya le especifican las distancias desde del eje de la puerta.

Aun así, la pregunta sería si le doy un actuador de tamaño L y recorrido R, como calcular la posición en la que se ha de poner para que la puerta abra 90º

[bosoft]

Por lo que he visto alguna vez, regulan desde el eje que sale del motor (actuador) para el final (puerta cerrada). La puerta abierta creo que es fijo. Creo que al instalar ponen el motor a "cero" para abrir y desde ahí...
Pero no me hagas mucho caso, he visto pocas regulaciones, y algunas ni me he fijado.

De todas forma se lo preguntaré tal cual (le enseño el post)

Saludos