ติดตามการหมุนด้วยความแม่นยำสูงมาก

ฉันต้องการติดตามตำแหน่งเชิงมุมของแขนหมุนด้วยมอเตอร์ที่ค่อนข้างช้า (direct-drive; ดูภาพประกอบด้านล่าง) - แต่ต้องการความแม่นยำเชิงมุมต่ำกว่า 0.05 °และความละเอียดที่คล้ายกัน

ตามที่ @ gbulmer ระบุไว้ในความคิดเห็นซึ่งเทียบเท่ากับการติดตามปลายแขนตามแนวเส้นรอบวงอย่างแม่นยำด้วยความแม่นยำ (2 ×π× 10 ซม.) / (360˚ / 0.05) = 0.08 มม.

ในปัจจุบันมีเซ็นเซอร์หรือวิธีการทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถให้ความแม่นยำระดับนี้ในการตรวจจับแบบหมุนโดยไม่ต้องใช้โชคหรือไม่?

นี่คือสิ่งที่ฉันได้ลองมาแล้วตั้งแต่ง่ายที่สุดไปจนถึงซับซ้อน:

• เข็มทิศ / แม่เหล็กดิจิตอล: ฉันเริ่มต้นด้วยสิ่งนี้ แต่เห็นได้ชัดว่าไม่มีที่ไหนใกล้กับการแสดงที่ฉันกำลังมองหา

• การเข้ารหัสแบบหมุน: การเข้ารหัสตามโพเทนชิโอมิเตอร์ / Hall-Effect-sensor: ไม่สามารถรับความละเอียดที่เพียงพอและมีข้อผิดพลาดเชิงเส้นที่มีนัยสำคัญ

• วิชันซิสเต็ม: พยายามวางเครื่องหมายออปติคอลไว้ที่ปลายแขน (เนื่องจากส่วนปลายมีส่วนโค้งยาวที่สุด) และใช้กล้อง (OpenCV) เพื่อติดตามตำแหน่งของเครื่องหมาย: ไม่สามารถแก้ไขการหมุนที่เล็กมาก ๆ ได้เนื่องจากแขนหมุน พื้นที่ 10x10 ซม.

• ตัวเข้ารหัสแบบแม่เหล็ก: ฉันกำลังตรวจสอบการใช้ AS5048 ตัวเข้ารหัสแบบหมุนแม่เหล็กจาก AMS โดยวางตำแหน่งไว้ที่กึ่งกลางของเซ็นเซอร์ที่ตำแหน่งเพลาของมอเตอร์ บางสิ่งเช่นนี้

คุณกำลังทำสิ่งที่เป็นไปได้ แต่ฉันไม่เห็นว่าคุณจะทำอย่างถูก

.05 องศา (3 นาทีของส่วนโค้ง) หมายถึงความละเอียด 7200 นับ / รอบหรือเท่ากับ 13 บิต (8192) ที่แย่กว่านั้นคือเมื่อคุณพยายามที่จะสร้างลูปตำแหน่งคุณจะต้องมีความละเอียดเพิ่มอีกอย่างน้อยหนึ่งบิตหรือระบบ 14 บิต ปัญหาเกิดขึ้นจากความจริงที่ว่าวงของคุณไม่สามารถตรวจจับข้อผิดพลาดน้อยกว่าหนึ่งบิตได้ดังนั้นหากแขนเริ่มดริฟท์เซ็นเซอร์มุมจะไม่ตรวจจับมันจนกว่าเอาต์พุตจะปิดหนึ่งบิต ห่วงตำแหน่งจะขับแขนกลับในทางอื่นและจะหยุดขับเมื่อข้อผิดพลาดลดลงถึงศูนย์ แต่สิ่งนี้จะทำให้แขนแกว่งไปทางอื่นจนกว่ามันจะได้รับการนับในทิศทางตรงกันข้ามเป็นต้นดังนั้นถ้าคุณต้องการให้แขนรักษาจำนวนเซ็นเซอร์ 100 ระบบอาจสร้าง 100, 101, 100 ได้ , 99, 100, ฯลฯ

ฉันขอแนะนำให้ตัวเข้ารหัสแสงเป็นทางออกที่ดีที่สุดของคุณ แต่ตัวเข้ารหัสแบบ 14 บิต (16,384 ppr) จะไม่ถูก ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือตัวแก้ไขหรือซิงโครกับ RDC หรือ SDC (ตัวแปลงความละเอียด / ดิจิตอลหรือตัวแปลงซิงโคร / ดิจิตอล) เป็นความเป็นไปได้ที่สอง แต่สิ่งนี้จะมีราคาสูงกว่า Synchros / resolvers มี 2 ข้อเสีย ก่อนอื่นพวกเขาถูกแทนที่โดยตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลดังนั้นสิ่งที่คุณจะพบในตลาดส่วนใหญ่จะเป็นหน่วยที่เกิน ประการที่สองความแม่นยำมักไม่เพียงพอ โดยปกติแล้วตัวแก้ไขขนาด 23 จะถูกจัดอันดับที่อาร์คประมาณ 5-10 นาทีดังนั้นคุณต้องมียูนิตที่มีความแม่นยำสูงและโชคดีในการค้นหา

Inductosyns จะให้ความละเอียดและความแม่นยำที่ยอดเยี่ยมแก่คุณ แต่จะมีราคาสูงกว่าออพติคอลเข้ารหัส โดยพื้นฐานแล้วคุณต้องใช้ RDC ความเร็วสูงเพื่ออ่านเอาต์พุต

ความกังวลของคุณเกี่ยวกับความถูกต้องของตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลนั้นขึ้นอยู่กับกระดาษของผู้ผลิตเฉพาะ แต่นั่นก็เป็นเรื่องที่น่ากลัวมาก ความเป็นไปได้สำหรับข้อผิดพลาดจะเหมือนกันสำหรับผู้ผลิตทุกรายและผู้ผลิตที่เชื่อมโยงนั้นไม่ได้ดีไปกว่าผู้ผลิตรายอื่น โดยทั่วไปสำหรับเครื่องเข้ารหัสความแม่นยำความแม่นยำจะเหมือนกับความละเอียด

ในขณะที่คุณสามารถรับตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลที่มีเอาต์พุตแบบขนานคุณน่าจะดีกว่าด้วยตัวเข้ารหัสแบบเพิ่มหน่วยและหมุนตัวนับขึ้น / ลงของคุณเอง หากคุณไปเส้นทางนี้คุณจะใช้สัญญาณ "บ้าน" เพื่อรีเซ็ตตัวนับตำแหน่งทุกครั้งที่คุณเปิดระบบ

ฉันคิดว่าสิ่งที่ OP แนะนำไม่ใช่ความคิดที่แย่ สิ่งที่เขาต้องการใช้คือแหวนที่ทำเสร็จแล้ว: http://ams.com/eng/Products/Position-Sensors/Magnets/AS5000-MR10-128มี 128 เสา = 64 คู่เสา ความละเอียดคือ 16 บิต = 65536, สูงสุด 305 รอบต่อนาที
หากคุณแยกตัวเข้ารหัสแสงความละเอียดสูงออกคุณจะพบว่าแทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะจัดตำแหน่งเครื่องตรวจจับโดยไม่มีเครื่องมือพิเศษแน่นอนว่าการใช้วิธีการใหม่นี้ทำให้ง่ายมาก
คุณจะต้องมีเครื่องกลึงเพื่อให้เหมาะสมกับแหวนแล้ววางเซ็นเซอร์ในระยะใกล้โดยไม่จำเป็นต้องจัดตำแหน่งพิเศษ ตัวเซ็นเซอร์มาในเวอร์ชั่นชุดที่มีการบัดกรีอยู่แล้วบนบอร์ดฝ่าวงล้อมสิ่งที่คุณต้องการคือเซ็นเซอร์อ้างอิงเพิ่มเติม - ช่องว่างกับโฟโตเด็ตเตอร์จากนั้นคุณสามารถอ้างอิงเอนโค้ดเดอร์ภายในหนึ่งขั้วคู่กับการรวมดัชนี

เนื่องจากเป็นคำถามระดมสมองและ WhatRoughBeast ได้พูดถึงทุกสิ่งที่ฉันจะพิจารณาแล้วทำไมไม่เพิ่มฮาร์ดไดรฟ์ฮาร์มอนิกลงในรายการ ในทางทฤษฎี (ฉันยังไม่ได้ตรวจสอบกับการประเมินเชิงประจักษ์หรือการคำนวณครั้งแรก) มันช่วยให้คุณได้อัตราส่วนการใส่เกียร์ 20: 1 ได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องใส่แบ็คแลช (100: 1 เป็นเรื่องธรรมดา) . อาจเป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การดู ไดรฟ์ฮาร์มอนิกนั้นไม่ถูก แต่โดยทั่วไปแล้วจะมีราคาถูกกว่าเซ็นเซอร์ความละเอียดสูงโดยเฉพาะอัตราส่วนการใส่เกียร์

หากคุณต้องการความละเอียดของเอาต์พุตชาร์ตที่สอดคล้องกับ 13 บิตคุณต้องมีบิตพิเศษเพิ่มเติมอย่างน้อย 1 บิตสำหรับการควบคุมลูปปิดเป็นสิ่งที่ต้องทำ ปัญหาต่อไปคือการที่ผู้ผลิตโฆษณาความละเอียดแต่ไม่ได้โฆษณาความถูกต้อง คุณต้องถามอย่างต่อเนื่องเพื่อความถูกต้อง หากข้อผิดพลาดซ้ำได้คุณสามารถปรับปรุงโดยใช้การแก้ไขซอฟต์แวร์

ปัญหาอีกประการหนึ่งหากคุณต้องการโซลูชันกลางแจ้งที่ได้รับการสนับสนุน ถ้าใช่แล้วตัวเข้ารหัสแม่เหล็กเป็นตัวเลือก แต่ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กอาจมีข้อผิดพลาดเป็นระยะ ๆ ซึ่งคุณต้องกำจัดในกระบวนการสอบเทียบโดยใช้ตัวเข้ารหัสแบบออพติคอลตัวอื่น แต่คุณต้องใช้จิ๊กที่ทำให้ความแม่นยำสูงขึ้น

การแก้ไขบาป / cos (แสงหรือแม่เหล็ก) เพิ่มความละเอียด แต่ยังเพิ่มข้อผิดพลาดแบบสุ่มบางอย่าง

คุณจะต้องสามารถผลิตด้วยความแม่นยำที่ต้องการความเข้มข้นโดยเฉพาะอย่างยิ่ง นอกจากนี้คุณต้องพิจารณาแบนด์วิดท์เช่นเมื่อคุณเพิ่มความละเอียดแล้วการเคลื่อนไหวเร็วขึ้นอาจเกินแบนด์วิดท์ที่อนุญาต (เช่นความถี่ของการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส) ในทางตรงกันข้ามการควบคุมการเคลื่อนไหวช้าเป็นพิเศษนั้นจะช่วยให้มีวินัยในการหาประเด็นที่ไม่ได้เผยแพร่ที่น่าสนใจ

หากคุณต้องการการหมุนแขนควบคุม (ไม่เพียง แต่ติดตามตำแหน่ง) ความละเอียดของไดรฟ์ตรงและแรงบิดก็เป็นประเด็น Dual loop ช่วยในการควบคุม แต่ต้องใช้มอเตอร์ (ตัวเข้ารหัสในกรณีของกล่องเกียร์หรือขั้นตอนการนับในกรณีของสเต็ป) และการตรวจจับตำแหน่งเพลา

การเข้ารหัสที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับการเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์เป็นการตัดสินใจขั้นพื้นฐาน

คำแนะนำทั่วไปคือ: ถ้าคุณต้องการทำให้โครงการเสร็จสมบูรณ์ให้ใช้ส่วนประกอบระดับมืออาชีพที่มีราคาแพง (เช่นตัวเข้ารหัสแสงของ Renishaw ATOM) หากคุณกำลังเล่นเพื่อความเพลิดเพลินและเวลาไม่สำคัญคุณสามารถเพลิดเพลินไปกับปัญหาที่เกิดขึ้นซ้ำได้ (Cul-de-Sac) การค้นพบปัญหาที่ไม่สามารถใช้งานได้ ฯลฯ ตรวจสอบอีกครั้งหากคุณสามารถผลิตเครื่องมือที่มีความแม่นยำที่ต้องการ

ดูเหมือนว่าเหมาะอย่างยิ่งสำหรับคาลิปเปอร์แบบดิจิตอลซึ่งโดยปกติจะใช้ในการวัดระยะทางที่แม่นยำดู:

คาลิปเปอร์อิเล็กทรอนิกส์ทำงานอย่างไร

พวกมันคล้ายกับตัวเข้ารหัส capacitive (ซึ่งคุณเห็นแล้วในhttp://www.digikey.com/en/articles/techzone/2012/apr/a-designers-guide-to-encoders )

ชิ้นส่วนอิเล็คทรอนิคส์ของคาลิเปอร์ดิจิตอลเชิงเส้นนั้นสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ดังนั้นคุณจะต้องทำแผ่นดิสก์รูปแบบไตรมาสที่มีรูปแบบที่ถูกต้องเท่านั้น

ป.ล. : ความแม่นยำจะทำให้คุณสามารถทำงานกับ Linear แบบเชิงเส้นได้

นี่คือความคิดใหม่ของฉัน แต่เป็นอีกเรื่องหนึ่งที่ทำให้มอเตอร์ :-)

คลิกที่ภาพเคลื่อนไหวเพื่อดูความละเอียดเต็ม ๆ ที่นี่คุณใช้สเต็ปมอเตอร์เป็นไม้บรรทัดการเดินทาง มีแม่เหล็กอยู่ที่ปลายมือหลัก เส้นสีแดงแสดงทิศทางที่คาดหวังของสนามแม่เหล็ก สมมติว่ามอเตอร์สเต็ปเป็นเหมือนวิกิพีเดีย มันมี 3.6 องศาของหนึ่งขั้นตอนเต็ม สำหรับส่วนที่เป็นเส้นตรงของฟิลด์คุณต้องมี 3.6 / 0.05 = 72 การรวมกันของ 7 บิต นั่นหมายถึง ADC 10 บิตของ MCU ทั่วไปจะทำงานได้ดีกว่าช่วงไม่เชิงเส้นมาก เมื่อคุณทำกลไกแล้วให้วิเคราะห์รูปแบบความใกล้เคียงและเลือกส่วนที่เป็นเส้นตรงส่วนใหญ่ด้วยการจับคู่ซอฟต์แวร์บางส่วนทำการจัดวางและเลือกขอบเขตไม้บรรทัดสำหรับการตั้งค่าเฉพาะนั้น

มอเตอร์สเต็ปไม่สมบูรณ์ ตามวิกิพีเดียพวกเขาอาจมีความแปรปรวนมากถึง 5% ระหว่างฟัน ในการวัดข้อผิดพลาดคุณสามารถขยายขอบเขตหลักของผู้ปกครองด้วยขอบเขตทุติยภูมิซึ่งจำเป็นต้องทำตามรูปแบบการไล่ระดับสีของการวิเคราะห์ก่อนหน้านี้ของชายแดนเพื่อนบ้าน

นอกจากนี้คุณควรที่จะขับมอเตอร์สเต็ปด้วย microstepping เพื่อหลีกเลี่ยงการเร่ง +/- ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อการตั้งค่าเครื่องชั่งฉันคิดว่าอย่างน้อยคุณต้องทำครึ่งก้าว

การจัดการกับกลไกเริ่มต้นด้วยกลไกก่อน

การหมุนเฟืองขนาดใหญ่ (R2) เพื่อทำมุมเฟืองขนาดเล็ก (R1) จะหมุนเป็นมุม R2 / R1 ที่ใหญ่กว่าเดิม

ดังนั้นหากคุณจัดการกับความแม่นยำของมุมที่รุนแรงมากในรัศมีที่กำหนด (R) คุณสามารถจัดการกับความแม่นยำของมุมที่หยาบกว่าในมุมรัศมีที่เล็กกว่า n-times (เช่น R / n)

ในกรณีของคุณคุณสามารถติดตั้งเฟืองใหญ่บนแกนของแขนและติดเฟืองขนาดเล็กลงไปจากนั้นเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ coarser เข้ากับเฟืองเล็ก

หลายวิธีอัตราส่วนหนี้สินต่อทุนอื่น ๆ ที่เป็นที่รู้จักและมีประโยชน์เริ่มต้นจากวิกิพีเดีย

คุณควรสร้างกลไกที่สองที่ขอบมือเพื่อแยกขั้นตอนกลางโดยกลไกเชิงเส้นเช่นที่พบในระบบออปติคัลของไดรฟ์ซีดีรอม ด้วยวิธีนี้มันอาจจะง่ายและเพียงพอที่จะใช้ทั้งระบบเป็น open-loop โดยใช้ step motor ที่อยู่ตรงกลางแล้วขับมันด้วย microstepping เพื่อหลีกเลี่ยงการเร่งความเร็วที่สูงมาก

ข้อ จำกัด ทางกายภาพในพื้นที่รอบ ๆ แขนเคลื่อนไหวอาจไม่รวมวิธีแก้ไขปัญหานี้ แต่ที่นี่คุณเป็น - วิธีการมองเห็นเครื่องจักรที่ประหยัดอีกวิธีหนึ่ง ความแม่นยำสามารถปรับได้ด้วยการเปลี่ยนกำลังขยายของเลนส์

ฉันไม่รู้ว่าคุณคิดว่าเป็นโชค แต่คุณอาจต้องการพิจารณาhttp://www.inductosyn.com/

อีกตัวเลือกที่น่าสนใจมากหากแขนของคุณเข้าสู่ตำแหน่งเริ่มต้น (พัก) เป็นประจำคือการใช้เมาส์ออปติคัล (เล่นเกม) หรือระบบตรวจจับที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น

ติดเซ็นเซอร์ไว้ที่ปลายแขนของคุณและให้พื้นหลังที่ดี (เกรนละเอียดไม่สะท้อนแสง) เพื่อเลื่อน อ่านข้อมูลผ่านอินเตอร์เฟสเมาส์ USB มาตรฐาน

คุณจะต้องมีเซ็นเซอร์ง่าย ๆ เพื่อปรับตำแหน่งเริ่มต้น คุณต้องทดลองเพื่อดูว่ามันใช้งานได้ดีหรือไม่ ควรทำงานส่วนใหญ่โดยไม่คำนึงถึงฝุ่นและง่ายต่อการบำรุงรักษา

บางทีคุณอาจลองใช้ตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลเชิงเส้นที่ส่วนท้ายของเดือยแขนของคุณและใช้ codestrip ที่ยืดหยุ่นเช่นนี้ซึ่งมีถึง 2000 บรรทัดต่อนิ้ว หากคุณต้องการราคาถูกมากคุณสามารถใช้ตัวเข้ารหัสเชิงเส้นแบบนี้ได้แต่จะสูงถึง 150 บรรทัดต่อนิ้วดังนั้นความละเอียด 40 ไมครอน (เนื่องจากเป็นตัวเข้ารหัสพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส) หากคุณไม่รู้สึกกระวนกระวายใจในระบบขับเคลื่อนคุณสามารถใช้สิ่งนี้ได้โดยตรง มิฉะนั้นคุณสามารถยืดแขนข้างล่างใบสมัครของคุณและวางรหัส srip ออกไป คุณยังอาจพิมพ์ codestrip ของคุณเองได้หากคุณมีเครื่องพิมพ์ที่มี DPI 1,000 หรือมากกว่า

โชคดี!