วิธีการหมุนด้วยมอเตอร์ที่แม่นยำและแม่นยำมาก


9

ฉันกำลังทำการทดลองที่ฉันต้องหมุนหน้าปัดที่มีน้ำหนักเบา (<5 กรัมความต้องการแรงบิดที่ต่ำมากและค่อนข้างช้า) แต่ต้องทำขั้นตอนที่แม่นยำและแม่นยำมาก 0.03 องศา

บางสิ่งเช่นนี้ (แสดงเป็นไดรฟ์โดยตรงที่นี่ แต่ฉันเปิดให้ตัวเลือกอื่นตามที่อธิบายไว้ด้านล่าง):

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

การตั้งค่ามอเตอร์ / แนวทางใดต่อไปนี้มีแนวโน้มที่จะประสบความสำเร็จมากที่สุดสำหรับเป้าหมายของฉัน

  1. สเต็ปเปอร์มอเตอร์ทั่วไป (พูดด้วยระดับ 1.8 องศา) แล้วใช้ 128-microstepping อย่างไรก็ตามบทความนี้ระบุว่าการทำไมโครสเตปจะทำได้เพียงความละเอียด แต่ไม่แม่นยำ

  2. stepper กับกระปุกดาวเคราะห์ (อัตราส่วน 51: 1) เช่น ตัวอย่างนี้หรืออาจเกิดจากฟันเฟืองมากเกินไปหรือไม่

  3. มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงพร้อมกับตัวเข้ารหัสแบบหมุนแม่เหล็กเช่น AS5048 (ความละเอียด 14 บิต) และเขียนลูป PID ของตัวเองเพื่อให้ได้ตำแหน่งที่ต้องการหรือไม่

  4. stepper รวมกับ rotary rotary encoder เพื่อติดตามการวางแนวที่แท้จริงและใช้สิ่งนี้เป็นข้อเสนอแนะเพื่อแก้ไข backlash ใน case geared (วิธีที่ # 2) หรือเทียบกับขั้นตอนที่ไม่ได้รับใน microstepping case (วิธี # 1)?

  5. หรือวิธีอื่น ๆ ?

หมายเหตุ:ฉันได้อ่านมีอยู่เซอร์โวอุตสาหกรรมชั้นซึ่งสะดวกสบายสามารถบรรลุเป้าหมาย 0.03 องศา แต่เหล่านี้เป็นวิธีออกจากงบประมาณของฉันดังนั้นฉันก็หวังว่าสำหรับการแก้ปัญหาราคาไม่แพงที่ค่าใช้จ่ายของการปรับเปลี่ยนและการเรียนรู้


ต่อคำถามที่ 2 อ่านลิงค์ที่คุณให้ไว้ มอเตอร์เฉพาะนั้นมีระยะแบคแลชในช่วง 1 องศา
WhatRoughBeast

1
ในขณะที่คุณต้องการแรงบิดน้อยมากการจัดเตรียมการป้องกันการย้อนกลับของสปริงง่าย ๆ จะช่วยให้คุณสามารถใช้เวิร์มหรือเกียร์ใดก็ได้โดยไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับฟันเฟือง เลือกการจัดเรียงมอเตอร์ / กล่องเกียร์สำหรับคุณสมบัติอื่น ๆ
Brian Drummond

หากคุณไม่ต้องการหมุนเต็มรูปแบบคุณสามารถใช้ระบบ
galvo

คำตอบ:


15

ฉันจะให้คำแนะนำแก่คุณ แต่สิ่งแรกที่คุณต้องทำคือระวังว่าคุณกำลังลองสิ่งที่เกินความสามารถของคุณ .03 องศา (1/2 มิลลิวินาทีหรือ 2 นาทีของอาร์ค) ต้องใช้ความระมัดระวังเป็นอย่างมากและอาจต้องใช้ร้านขายเครื่องจักรที่ดี

ในการสั่งซื้อ:

1) คุณถูกต้องที่จะโกง microstepping มันจะไม่ให้ความแม่นยำที่คุณต้องการ บทความนี้ค่อนข้างถูกต้อง

2) สเต็ปเปอร์กับชุดเกียร์บางอย่างจะทำงานได้ดี แต่คุณจะต้องมีกระปุกเกียร์ที่มีความแม่นยำสูงและพวกมันก็ไม่ถูก มันจะยากที่จะหากล่องเกียร์ซึ่งผลิตจากความต้องการแรงบิดต่ำความเร็วต่ำและความแม่นยำสูงในใจของคุณ คุณยังไม่ได้ระบุการใช้งานที่แน่นอน แต่โปรดจำไว้ว่าหากคุณไม่ต้องการการย้อนกลับของการเคลื่อนไหวในระหว่างการใช้งานความต้องการของฟันเฟืองของคุณจะหายไป ตามที่ wini_i ตอบแล้วตัวเฟืองตัวหนอนจะทำงานได้ดี แต่โปรดทราบว่าการติดตั้งเฟืองนั้นต้องการความแม่นยำสูง

3) มอเตอร์ที่ติดตั้งเอนโค้ดเดอร์เป็นไปได้ แต่มีปัญหาเล็กน้อย ที่ใหญ่ที่สุดคือคุณต้องมีตัวเข้ารหัสที่มีความละเอียดอย่างน้อยสองเท่าของความต้องการระบบของคุณ ปัญหาของตัวเข้ารหัสดิจิตอลคือถ้าเพลาเริ่มลอยเนื่องจากแรงบิดของมอเตอร์คุณจะไม่ทราบจนกว่าตัวเข้ารหัสจะทำตามขั้นตอน จากนั้นอาจลอยไปทางอื่นจนกว่าจะทำขั้นตอนย้อนกลับเป็นต้นดังนั้นการสร้างระบบกำหนดตำแหน่งที่เสถียรด้วยตัวเข้ารหัสดังกล่าวจึงเป็นสิ่งที่ท้าทายอย่างยิ่งและคอนโทรลเลอร์ PID แบบง่ายจะไม่เพียงพอ นอกจากนี้การพยายามเข้ารหัสของคุณเองจากอุปกรณ์เช่น AS5048 มีปัญหามากมายที่เว็บไซต์ไม่ได้พูดถึง หัวหน้าเหล่านี้จำเป็นต้องวางตำแหน่งศูนย์กลางของพื้นที่ตรวจจับอย่างแม่นยำด้วยความเคารพต่อศูนย์กลางของเพลา ความละเอียดที่สูงขึ้น

4) สเต็ปเปอร์ที่มีเอนโค้ดเดอร์ฟังดูดี แต่มันไม่สามารถชดเชยข้อผิดพลาดทางกลไกบางอย่างได้ โดยเฉพาะมันไม่สามารถช่วยแก้ไขปัญหาฟันเฟือง ผลลัพธ์ที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดของระบบดังกล่าวคือมันมักจะล่าสัตว์ระหว่างตำแหน่งเพลาเครื่องจักรสองตำแหน่ง การชดเชยสำหรับข้อผิดพลาด microstepping เป็นไปได้ (เรียงลำดับของอาจจะ) แต่แรงเสียดทานแบริ่งและ stiction อาจให้ผลลัพธ์ที่น่าทึ่งเช่นฟันเฟืองเกียร์

5) อื่น ๆ ? อาจจะ บางทีระบบของคุณไม่จำเป็นต้องทำตามขั้นตอนจริง ถ้ามันเปลี่ยนช้ามากและแม่นยำล่ะ? ในกรณีนี้คุณไม่จำเป็นต้องใช้ลูปตำแหน่ง แต่จะเป็นลูปความเร็วที่มีความเร็วที่มาจากตัวเข้ารหัสแบบเพิ่มหน่วย (ราคาถูกกว่าตัวเข้ารหัสแบบขนาน) โดยหลักการแล้วคุณสามารถใช้แป้นหมุนที่ติดตั้งโดยตรงกับเพลามอเตอร์ แต่ให้หมุนหน้าปัดที่ค่อนข้างใหญ่ซึ่งแรงเฉื่อยจะชดเชยการรบกวนเช่นตลับลูกปืนที่ผิดปกติหรือมอเตอร์บกพร่อง

แต่มาติดกับ stepper กัน ฉันอยากจะเห็นด้วยกับ Daniel ว่าทางออกที่ดีที่สุดของคุณคือการตั้งค่าสายพานเวลา / เกียร์เวลา ด้วยความระมัดระวัง คุณจะต้องการปรับระยะพิทซ์เกียร์ไทม์มิ่งให้ดีที่สุดโดยเฉพาะอย่างยิ่งซีรีย์ MXL ความละเอียด. 03 ของคุณให้ 12,000 ขั้นตอนต่อการปฏิวัติซึ่งบอกว่าคุณต้องการการลด 60: 1 พร้อมกับ stepper 1.8 องศา นี่คือปัญหา. หากลูกรอกมอเตอร์มีฟัน 10 ซี่วงแหวนจะต้องมีรอก 600 ซี่และคุณจะไม่พบหนึ่งในนั้น คุณจะต้องลองหนึ่งในสองวิธี ใช้การลดแบบสองขั้นตอนหรือลองใช้ x8 microstep ตามด้วยการลดขนาด 7.5: 1 x8 microstep ให้ขั้นตอนของมอเตอร์ (ในนาม) 12.5% ​​ของปกติและถ้ามอเตอร์มีความแม่นยำ 5% คุณควรจะถูกต้อง คุณ' จะต้องใช้ความเจ็บปวดเพื่อรักษาความตึงของสายพานให้คงที่เพื่อลดการเล่นในระบบ คุณจะต้องทำการติดตั้งที่ดีสำหรับมอเตอร์และแป้นหมุนซึ่งเป็นที่ที่ร้านขายเครื่องจักรที่ดีเข้ามาทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งที่ติดกับแป้นหมุน ความจริงที่ว่าแรงบิดโหลดของคุณต่ำมากจะช่วยได้อย่างมาก


การวิเคราะห์ที่ยอดเยี่ยม - แน่นอนว่าเป็นหนึ่งในคำตอบที่มีประโยชน์ที่สุดที่ฉันเคยเกิดขึ้นใน SE!
boardbite

เกี่ยวกับ # 2: ใช่การทดลองของฉันถือว่าโอเคกับการหมุนของวงล้อเพียงทางเดียวในระหว่างการมีอยู่ของมัน - เช่นฉันตกลงที่จะไปถึงการวางแนวเป้าหมายของฉันโดยการเคลื่อนที่เหมือนนาฬิกา (เช่นทิศทางตามเข็มนาฬิกาเท่านั้น) ฉันสามารถเพิกเฉยต่อข้อกังวลของแบคแลชในกรณีนั้นโดยไม่คำนึงว่าฉันกำลังเร่งความเร็วและชะลอตัวลงระหว่างการหมุนในทิศทางเดียวหรือไม่?
boardbite

@boardbite - หากคุณหมุนปุ่มหมุนในทิศทางเดียวคุณจะกำจัดปัญหาฟันเฟืองส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตามเว้นแต่คุณจะวิ่งด้วยความเร็วคงที่และโหลด (รวมถึงแรงเสียดทาน) คุณจะยังคงได้รับผลกระทบบางอย่าง ถ้าคุณเหยียบเมื่อหยุดหมุนมันอาจเด้งขึ้นมาเล็กน้อย (เหมือนรถเมื่อมันหยุด) และสิ่งนี้จะทำให้ความแม่นยำของคุณลดลง คุณจะได้รับผลกระทบมากน้อยเพียงใดเป็นสิ่งที่คุณต้องการค้นหาโดยการทดสอบ การเพิ่มแรงเสียดทานแบบจงใจจะช่วยและด้วยอัตราส่วนการลดขนาดใหญ่คุณจะได้รับแรงบิดมากมายซึ่งไม่จำเป็นต้องเป็นปัญหา แต่ความแม่นยำสูงนั้นยาก
WhatRoughBeast

คุณพูดถึงเครื่องเร่งเกียร์ใน # 2 และในตอนท้าย ... คุณมีความคิดเห็นอย่างไรเกี่ยวกับการใช้มอเตอร์แบบลดเกียร์ที่เรียกว่า 0.0072 องศา / ขั้นตอนนี้เป็นจริงหรือไม่?
boardbite

@bitebite ฉันสงสัยว่าหน่วยจะทำสิ่งที่คุณต้องการ แน่นอนคุณจะต้องได้รับไดร์เวอร์สเต็ป 5 เฟส อย่างไรก็ตามฉันไม่สามารถหาแผ่นข้อมูลบนมอเตอร์ได้อย่างรวดเร็วดังนั้นหากไม่มีข้อกำหนดประสิทธิภาพที่แท้จริงฉันจึงไม่รับประกัน
WhatRoughBeast

6

ไดรฟ์เกียร์หนอนสามารถดูแลสิ่งที่คุณกำลังมองหา ด้วยการเลือกขนาดของเกียร์คุณสามารถควบคุมความละเอียดและควบคุมตาข่ายของเกียร์ได้อย่างแม่นยำ ไดรฟ์หนอนโดยตรงเพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุดและเพิ่มตัวเข้ารหัสที่จะให้ความละเอียดที่จำเป็น ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่


หากฉันไปกับการกำหนดค่านี้ (เช่นการหมุนของฉันที่ติดอยู่กับล้อหนอน) และความถูกต้องสามารถรับประกันได้โดยการเลือกรายละเอียดที่เหมาะสมของเวิร์มคำสั่งผสมจากนั้นบทบาทของตัวเข้ารหัสจะเป็นอย่างไร
boardbite

มอเตอร์จะยึดติดกับเฟืองตัวหนอน คุณไม่สามารถขับมันด้วยวิธีอื่นได้ ถ้าคุณใช้อุปกรณ์เข้ารหัสอาจไม่จำเป็น
Daniel

@vini_i: ฉันจะหาชุดล้อ / หนอน / เพลาเหล่านี้ได้จากที่ไหน Thingiverse มีพวงของการออกแบบ 3 มิติที่พิมพ์ได้ของชุดหนอนและล้อรวมขนาดที่ตั้งโปรแกรมได้ซึ่งฉันเดาว่าอาจใช้งานได้?
boardbite

สำหรับแอพพลิเคชั่นประเภทนี้คุณต้องการเกียร์หนอนที่ได้รับการกลึงมาอย่างเหมาะสม - อาจเป็นทองเหลือง มีซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนเครื่องจักรจำนวนมากหนึ่งแห่งที่นึกถึง (ที่มีอยู่ในต่างประเทศ) คือมิซูมิ คุณอาจต้องออกแบบในการปรับบางอย่างในการสู้รบเพื่อหลีกเลี่ยงการย้อนกลับ
Chris H

2
จำไว้ว่าให้หล่อลื่นได้ดีจริงๆ! มีแรงเสียดทานมากมายที่เกี่ยวข้องกับเฟืองตัวหนอน
yo '

6

ฮาร์มอนิกไดรฟ์มักถูกกล่าวว่าเป็นแบ็คแลชที่เป็นศูนย์

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


นี่เป็นทางออกที่ดีอย่างไม่น่าเชื่อสำหรับปัญหาของ OP ปัญหาเดียวอาจเป็นงบประมาณตัวลดเช่นนั้นอาจมีราคาแพง คุณสามารถหาซื้อด้วยมอเตอร์และเครื่องเข้ารหัสในตัวเช่นharmonicdrive.net/products/actuators/shaซึ่งยอดเยี่ยมสำหรับแอปพลิเคชันตรวจสอบความแม่นยำสูงและอื่น ๆ
Doug McClean

@DougMcClean: อ่าเก่า "แพงมากจนเว็บไซต์ไม่แสดงราคา"! คุณคิดว่าการแก้ปัญหา 3d พิมพ์เช่นนี้หรืออื่น ๆนี้อาจจะทำงานพอสมควรหรือมีประสิทธิภาพการทำงานที่ประสานกันไดรฟ์อย่างรุนแรงขึ้นอยู่กับคุณภาพส่วนหนึ่ง?
boardbite

@DougMcClean: พบบางสิ่งฉันคิดว่า! สิ่งที่ต้องการมอเตอร์นี้งานนี้ด้วยหรือไม่ มันอ้างว่ามีตัวลดเกียร์ฮาร์มอนิกในตัวและภาพระบุ 0.0072 องศา / ขั้นตอน
boardbite

@ บอร์ดไบท์มันมี 5 เฟสสเต็ปซึ่งยากที่จะหาไดร์เวอร์ที่เหมาะสม ebay.com/itm/... ebay.com/itm/...
มาร์โคBuršič

@ บอร์ดไบท์ใช่มันเป็นมอเตอร์ที่ยอดเยี่ยมมากและฉันเคยเห็นมันใช้ในแอพพลิเคชั่นที่คล้ายกัน มาร์โคนั้นถูกต้องว่าเป็นเรื่องยากที่จะหาคนขับ แต่โอเรียนทัลทำสิ่งที่พวกเขาขายกับมอเตอร์เหล่านั้น
Doug McClean

4

สิ่งที่ง่ายที่สุดที่จะทำคือใช้สเต็ปเปอร์ขับเคลื่อนด้วยสายพาน สายพานจะมีสปริง แต่มีฟันเฟืองน้อยมาก (ไม่?)

แก้ไขเช่นนี้ สายพานไดรฟ์


คุณสามารถให้ภาพของสิ่งที่คุณหมายถึงอะไร คุณหมายถึงใช้เข็มขัดเวลาพร้อมกับรอกขนาดเล็กบนเพลา stepper และรอก / ดิสก์ขนาดใหญ่กว่าในที่อื่น ๆ จับที่หน้าปัด
boardbite

วางเฟืองเล็ก ๆ ไว้บนมอเตอร์เกียร์ที่ใหญ่กว่าบนหน้าปัดและสายพานที่มีฟันอยู่ระหว่างพวกเขา แก้ไขคำตอบแล้ว
Daniel

เข้าใจแล้ว ขอบคุณ - นี่เป็นวิธีที่ประหยัดที่สุดและเร็วที่สุดในการติดตั้ง มอเตอร์ตัวที่สองที่นี่ไม่เกี่ยวข้องใช่ไหม? แม้จะอยู่นอกแอปพลิเคชันของฉันฉันไม่เข้าใจว่าทำไมมอเตอร์สองตัวจึงต้องจับคู่ผ่านระบบสายพานแบบนี้
boardbite

นั่นเป็นเพียงภาพที่ฉันพบ มันเป็น 'ชุดแปลงแกนหมุน' สำหรับการขับแกนหมุนด้วยสเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่ได้รับการดัดแปลง ฉันไม่รู้ว่ามันใช้งานอย่างไร
Daniel
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.