Як досягти дуже точного / точного обертання за допомогою мотора


9

Я провожу експеримент, коли мені потрібно обертати легкий циферблат (<5 грам, тому дуже низький крутний момент, і досить повільно), але потрібно робити дуже точні, тонкі кроки 0,03 градуса.

Щось подібне (тут показано як прямий привід, але я відкритий для інших варіантів, як описано далі):

введіть тут опис зображення

Який із перелічених нижче моторних налаштувань / підходів найімовірніше вдасться досягти моєї мети?

  1. Типовий кроковий двигун (скажімо, з кроком 1,8 градуса) і, можливо, використовувати 128-мікроскопічний, можливо? Однак у цій статті зазначено, що мікроступінговий процес дозволить досягти лише роздільної здатності, але не точності.

  2. Кроковий ступінь із планетарною коробкою передач (співвідношення 51: 1), як у цьому прикладі , чи це зазнає занадто великого люфту?

  3. Безщітковий двигун постійного струму разом з магнітним обертовим кодером, як AS5048 (14-бітове дозвіл), і записати власний цикл PID для досягнення потрібного положення?

  4. Кроковий крок у поєднанні з магнітним поворотним кодером для відстеження справжньої орієнтації і, отже, використовувати це як зворотній зв'язок для виправлення проти люфту в орієнтованому випадку (підхід №2) або проти пропущених кроків у корпусі мікроскопа (підхід №1)?

  5. Або якийсь інший підхід?

Примітка: Я прочитав існують сервоприводи промислового класу , які можуть з комфортом досягти цілей 0,03 градусів , але вони є способом з мого бюджету, так що я сподівався на менш дороге рішення при вартості настройки і навчання.


За запитання 2. Прочитайте надане вами посилання. Цей мотор має люфт в діапазоні 1 градуса.
WhatRoughBeast

1
Оскільки вам потрібен дуже маленький крутний момент, простий механізм захисту від люфту з пружиною повинен дозволяти вам використовувати будь-якого хробака або коробку передач, не турбуючись про люфт. Виберіть розташування двигуна / коробки передач для інших властивостей.
Брайан Драммонд

Якщо вам не потрібно повне обертання циферблата, ви можете скористатися системою galvo: en.wikipedia.org/wiki/Mirror_galvanometer
pjc50

Відповіді:


15

Я дам вам декілька порад, але перше, що вам потрібно зробити, - це знати, що ви намагаєтеся щось, що, можливо, виходить за ваші здібності. .03 градуси (1/2 мілірадіана або 2 хвилини дуги) вимагає великої обережності і, ймовірно, доступу до хорошого машинного магазину.

В порядку:

1) Ви вірно шукаєте мікроскопів. Він просто не дасть тобі потрібної точності. Стаття цілком коректна.

2) Степпер з якоюсь коробкою передач буде добре працювати. Але вам знадобиться високоточна коробка передач, і вони не дешеві. Важко знайти коробку передач, виготовлену з урахуванням ваших потреб в низькому обертовому моменті, низьких швидкостях і високоточності. Ви не вказали своє точне використання, але майте на увазі, що якщо вам не потрібно змінити рух під час роботи, ваші вимоги люфтів майже зникають. Як відповів wini_i, черв'ячна передача буде добре працювати, але майте на увазі, що встановлення шестерні вимагає значної точності.

3) Мотор з кодером можливий, але є кілька проблем. Найбільшим є те, що вам потрібен кодер, що має щонайменше вдвічі дозвіл ваших системних вимог. Складність з цифровим кодером полягає в тому, що якщо вал починає дрейфувати через обертовий момент двигуна, ви цього не будете знати, поки ендедер не зробить крок. Тоді воно може дрейфувати в інший бік, поки не зробить зворотний крок тощо. В результаті зробити стабільну систему позиціонування з таким кодером вкрай складно, і простий PID-контролер не буде адекватним. Крім того, намагаючись прокатати власний кодер з такого пристрою, як AS5048, виникає маса проблем, про які веб-сайт не згадує. Головною з них є необхідність точного розташування центру зони зондування відносно центру валу. Чим вище роздільна здатність,

4) Степпер з кодером звучить добре, але він не може компенсувати деякі механічні помилки. Зокрема, це не може допомогти з проблемами люфту. Найімовірнішим результатом такої системи є те, що вона постійно полює між двома положеннями механічного вала. Компенсація помилок мікроскопа (можливо, можливо) можлива, але тертя та витримка підшипника можуть дати результати надзвичайно схожі на люфт передач.

5) Інше? Ну, можливо. Можливо, вашій системі не потрібно насправді робити крок. Як щодо того, якщо він повертається дуже повільно і точно? У цьому випадку вам не потрібна петля позиції, а скоріше цикл швидкості зі швидкістю, отриманою від інкрементального кодера (дешевший, ніж паралельний кодер). В принципі, ви можете використовувати циферблат, встановлений безпосередньо на валу двигуна, але зробити досить масивний циферблат, інерція якого компенсує порушення, такі як нерівності підшипника або глюки двигуна.

Але давайте дотримуватимемося спрямованого кроку. Я схильний погодитися з Даніелем, що найкраща ставка - це встановлення ременя ГРМ / зубчастого редуктора. З кількома застереженнями. Вам потрібно якомога точніший крок зубчастого ременя, бажано серії MXL. Ваша роздільна здатність .03 градусів дає 12000 кроків за оборот, що говорить про те, що вам потрібно зменшити 60: 1 із кроком на 1,8 градуса. Це проблема. Якщо шківа двигуна має 10 зубів, циферблату потрібен зубний шків на 600, і ви не збираєтесь знайти одного з них. Вам потрібно буде спробувати один з двох підходів. Або скористайтеся двоступеневим зменшенням, або спробуйте щось на кшталт мікро8 кроку x8 з подальшим зменшенням 7,5: 1. Мікростоп x8 дає крокові двигуни (номінально) 12,5% від норми, і якщо мотор має 5% точності, у вас повинно бути все в порядку. Ви' Також потрібно буде докладати болю, щоб підтримувати постійне натяг ременя, щоб зменшити гру в системі. Вам потрібно зробити гарне кріплення для двигуна та циферблату, куди входить хороший машинобудівний магазин. Залежно від того, що додається до циферблату, важливим також буде набір циферблата ідеально орієнтований на вал. Той факт, що ваш крутний момент навантаження дуже низький, допоможе дуже багато.


Який фантастичний аналіз - безумовно, одна з найкорисніших відповідей, з якими я траплявся в рамках SE!
бортбіт

Щодо № 2: Так, припустимо, що мій експеримент добре, якщо циферблат крутиться лише одним способом за час його існування, тобто я в порядку, коли він досягає своєї цільової орієнтації, рухаючись як годинник (наприклад, лише за годинниковою стрілкою). Чи можу я повністю ігнорувати занепокоєння люфтів у такому випадку, незалежно від того, прискорюю чи уповільнююсь я під час однонаправленої ротації?
бортбіт

@boardbite - якщо запустити циферблат в одному напрямку, ви позбудетеся від більшості проблем з люфтом. Однак, якщо ви не працюєте з постійною швидкістю і навантаженням (включаючи тертя), ви все одно матимете певні ефекти. Якщо ви зробите крок, коли циферблат зупиниться, він може трохи відскочити (як автомобіль, коли він зупиниться), і це скине вашу акуратність. Точний, який ефект ви отримаєте - це те, що вам потрібно буде знайти експеримент. Додавання навмисного фрикційного навантаження допоможе, і при великих коефіцієнтах зменшення ви отримаєте багато крутного моменту, так що це не обов'язково проблема. Але висока точність - це важко.
WhatRoughBeast

Ви згадали про перехідні крокові кроки в №2 і наприкінці ... Яка ваша думка щодо використання чогось подібного мотора , що приєднується до редуктора , який претендує на 0,0072 градуси / крок - це реально?
бортбіт

@boardbite Я підозрюю, що підрозділ зробить все, що вам потрібно. Звичайно, вам доведеться придбати 5-фазний кроковий драйвер. Однак я не можу швидко знайти таблицю даних на двигуні, тому без фактичних характеристик продуктивності я не даю жодних гарантій.
WhatRoughBeast

6

Черв'ячний привід може подбати про те, що ви шукаєте. Вибираючи розмір шестерень, ви можете контролювати роздільну здатність і керуючи сіткою передач, можна гарантувати точність. Прямий привід черв'яка для найкращих результатів та додайте кодер, який забезпечить необхідну роздільну здатність. введіть тут опис зображення


Якщо я перейду з цією конфігурацією (тобто мій циферблат, прикріплений до черв'ячного колеса) і точність можна гарантувати, вибравши відповідні характеристики комбінації черв'яків, то якою буде роль кодера?
бортбіт

Двигун був би приєднаний до черв'ячної передачі. Ви не можете керувати ним іншим способом. Якщо ви використовували степпер, кодер, мабуть, не знадобиться.
Даніель

@vini_i: Де я можу взяти такі види комбінацій колеса / черв'яка / вала? Thingiverse має купу 3d-друкованих конструкцій з черв'яка + колісні комбінації програмованого розміру, які, напевно, можуть спрацювати?
бортбіт

Для цього типу додатків ви хочете мати належну механічну черв'ячну передачу - ймовірно, латунну. Є багато постачальників машинних комплектуючих, один з яких спадає на думку (з міжнародною присутністю) - Misumi. Можливо, вам знадобиться спроектувати деяку коригування зачеплення, щоб уникнути люфту.
Кріс Х

2
Не забудьте змастити дійсно добре! У передачі черв'яків багато тертя.
йо '

6

Гармонічний привід часто кажуть, що він має нульовий люфт.

https://en.wikipedia.org/wiki/Harmonic_drive


Це неймовірно вдале рішення проблеми ОП. Єдине питання може бути бюджетом, такі редуктори можуть бути дорогими. Ви можете придбати такі з інтегрованими двигунами та кодерами, як harmonicdrive.net/products/actuators/sha, які є приголомшливими для високоточних програм перевірки тощо.
Дуг МакКлін

@DougMcClean: Ах, старий "настільки дорогий, що на їхньому сайті не вказано ціни"! Чи вважаєте ви, що 3D-роздруковане рішення, подібне до цього, чи таке, можливо, спрацьовує розумно, чи продуктивність приводу гармонійних дисків сильно залежить від якості деталі?
бордбіт

@DougMcClean: Я щось знайшов! Чи може щось подібне з цим двигуном добре працювати? Він стверджує, що вбудований гармонійний редуктор передач, а зображення показує 0,0072 градуси / крок.
бордбіт

@boardbite У нього 5-фазовий крок, важко знайти відповідного драйвера. ebay.com/itm/… ebay.com/itm/…
Марко Буршич

@boardbite Так, це дуже хороші мотори, і я бачив, як вони використовуються в подібних програмах. Марко правильний, що важко знайти водія, але Oriental робить той, який вони продають з тими моторами.
Doug McClean

4

Найпростіше було б скористатися кроком, приціленим ремінним приводом. Ремінь матиме деякий пружинний, але дуже невеликий (ні?) Люфт.

Редагуйте так: Ремінь приводу


Чи можете ви надати образ того, що ви маєте на увазі? Ви маєте на увазі використання зубчатого ременя разом з невеликим шківом на кроковій шахті та більшим шківом / диском в іншому місці, тримаючи циферблат?
бортбіт

Покладіть на мотор невелику передачу, більшу передачу на циферблаті та зубчастий ремінь між ними. Відповідь відредаговано.
Даніель

Зрозумів; дякую - це здається найменш дорогим способом і найшвидшим у виконанні. 2-й мотор тут не має значення, правда? Навіть поза моєю заявкою я не розумію, чому два двигуни потрібно було б з'єднати через подібну ремінну систему.
бортбіт

Це лише картина, яку я знайшов. Це "комплект для перетворення шпинделя" для керування шпинделем з модернізованим кроковим двигуном. Я поняття не маю, в чому його використання.
Даніель
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.