So erzielen Sie mit dem Motor eine sehr genaue / feine Drehung

Ich führe ein Experiment durch, bei dem ich ein leichtes Zifferblatt drehen muss (<5 Gramm, also sehr geringer Drehmomentbedarf und ziemlich langsam), aber sehr genaue, feine Schritte von 0,03 Grad ausführen muss.

So etwas (hier als Direktantrieb dargestellt, aber ich bin offen für andere Optionen, wie weiter unten beschrieben):

Welche der folgenden Motoreinstellungen / -ansätze sind für mein Ziel am wahrscheinlichsten erfolgreich?

1. Ein typischer Schrittmotor (etwa mit 1,8-Grad-Schritten) und vielleicht 128-Mikroschritt? In diesem Artikel heißt es jedoch, dass durch Mikroschritte nur die Auflösung, nicht jedoch die Genauigkeit erreicht wird.

2. Ein Stepper mit Planetengetriebe (Übersetzungsverhältnis 51: 1) wie dieses Beispiel , oder würde dies unter zu viel Spiel leiden?

3. Ein bürstenloser Gleichstrommotor zusammen mit einem magnetischen Drehgeber wie AS5048 (14-Bit-Auflösung) und meine eigene PID-Schleife schreiben, um die gewünschte Position zu erreichen?

4. Ein Stepper in Kombination mit einem magnetischen Drehgeber, um die wahre Ausrichtung zu verfolgen und diese folglich als Rückmeldung zu verwenden, um das Spiel im Getriebegehäuse (Ansatz Nr. 2) oder die fehlenden Schritte im Mikroschrittfall (Ansatz Nr. 1) zu korrigieren?

5. Oder ein anderer Ansatz?

Hinweis: Ich habe gelesen, dass es Servos in Industriequalität gibt, die das Ziel von 0,03 Grad bequem erreichen können, aber diese liegen weit außerhalb meines Budgets. Daher hoffte ich auf eine kostengünstigere Lösung auf Kosten des Optimierens und Lernens.

Ich gebe Ihnen einige Ratschläge, aber das erste, was Sie tun müssen, ist sich bewusst zu sein, dass Sie etwas ausprobieren, das möglicherweise über Ihre Fähigkeiten hinausgeht. 0,03 Grad (1/2 Milliradian oder 2 Bogenminuten) erfordern viel Sorgfalt und wahrscheinlich Zugang zu einer guten Maschinenwerkstatt.

In Ordnung:

1) Sie sind zu Recht misstrauisch gegenüber Mikroschritten. Es gibt Ihnen einfach nicht die Genauigkeit, die Sie wollen. Der Artikel ist ganz richtig.

2) Ein Stepper mit einer Art Getriebe funktioniert gut. Aber Sie brauchen ein hochpräzises Getriebe, und sie sind nicht billig. Es wird schwierig sein, ein Getriebe zu finden, das für Ihre Anforderungen an geringes Drehmoment, niedrige Geschwindigkeit und hohe Präzision ausgelegt ist. Sie haben Ihre genaue Verwendung nicht angegeben, aber denken Sie daran, dass Ihre Spielanforderungen so gut wie verschwinden, wenn Sie während des Betriebs keine Bewegungsumkehr benötigen. Wie wini_i geantwortet hat, funktioniert ein Schneckengetriebe gut. Beachten Sie jedoch, dass die Montage des Zahnrads eine erhebliche Präzision erfordert.

3) Ein Motor mit Encoder ist möglich, es gibt jedoch einige Probleme. Das Größte ist, dass Sie einen Encoder mit mindestens der doppelten Auflösung Ihrer Systemanforderungen benötigen. Die Schwierigkeit bei einem digitalen Encoder besteht darin, dass wenn die Welle aufgrund des Motordrehmoments zu driften beginnt, Sie es nicht wissen, bis der Encoder einen Schritt macht. Es kann dann in die andere Richtung driften, bis ein Rückwärtsschritt usw. ausgeführt wird. Daher ist die Herstellung eines stabilen Positionierungssystems mit einem solchen Encoder äußerst schwierig, und ein einfacher PID-Regler ist nicht ausreichend. Darüber hinaus gibt es beim Versuch, Ihren eigenen Encoder von einem Gerät wie dem AS5048 aus zu rollen, eine Reihe von Problemen, die auf der Website nicht erwähnt werden. Das Wichtigste unter diesen ist die Notwendigkeit, die Mitte des Erfassungsbereichs in Bezug auf die Mitte der Welle genau zu positionieren. Je höher die Auflösung,

4) Ein Stepper mit Encoder klingt gut, kann jedoch einige mechanische Fehler nicht ausgleichen. Insbesondere kann es bei Spielproblemen nicht helfen. Das wahrscheinlichste Ergebnis eines solchen Systems ist, dass es ständig zwischen zwei mechanischen Wellenpositionen jagt. Das Kompensieren von Mikroschrittfehlern ist (vielleicht) möglich, aber Lagerreibung und Haftreibung können zu bemerkenswerten Ergebnissen wie Zahnradspiel führen.

5) Andere? Vielleicht. Möglicherweise muss Ihr System nicht tatsächlich einen Schritt ausführen. Wie wäre es, wenn es sich sehr langsam und präzise dreht? In diesem Fall benötigen Sie keine Positionsschleife, sondern eine Geschwindigkeitsschleife mit einer von einem Inkrementalgeber abgeleiteten Geschwindigkeit (bei weitem billiger als ein Parallelgeber). Im Prinzip könnten Sie ein Zifferblatt verwenden, das direkt an einer Motorwelle montiert ist, aber ein ziemlich massives Zifferblatt herstellen, dessen Trägheit Störungen wie Lagerunregelmäßigkeiten oder Motorstörungen ausgleichen würde.

Aber bleiben wir bei einem Getriebeschritt. Ich bin geneigt, Daniel zuzustimmen, dass Ihre beste Wahl ein Zahnriemen- / Zahnrad-Setup ist. Mit ein paar Vorsichtsmaßnahmen. Sie möchten eine möglichst feine Zahnriemensteigung, vorzugsweise eine MXL-Serie. Ihre Auflösung von 0,03 Grad ergibt 12.000 Schritte pro Umdrehung, was bedeutet, dass Sie eine 60: 1-Reduzierung mit einem 1,8-Grad-Stepper benötigen. Das ist ein Problem. Wenn die Motorscheibe 10 Zähne hat, benötigt das Zifferblatt eine 600-Zahn-Rolle, und Sie werden keine davon finden. Sie müssen einen von zwei Ansätzen ausprobieren. Verwenden Sie entweder eine zweistufige Reduzierung oder versuchen Sie es mit einem x8-Mikroschritt, gefolgt von einer Reduzierung um 7,5: 1. Ein x8-Mikroschritt ergibt Motorschritte von (nominell) 12,5% des Normalwerts. Wenn der Motor eine Genauigkeit von 5% aufweist, sollte alles in Ordnung sein. Du' Außerdem müssen Sie sich bemühen, die Riemenspannung konstant zu halten, um das Spiel im System zu verringern. Sie müssen eine gute steife Halterung für den Motor und das Zifferblatt vornehmen. Hier kommt eine gute Maschinenwerkstatt ins Spiel. Je nachdem, was am Zifferblatt angebracht ist, ist es auch wichtig, dass das Zifferblatt perfekt auf der Welle zentriert ist. Die Tatsache, dass Ihr Lastdrehmoment sehr niedrig ist, hilft sehr.

Ein Schneckengetriebe kann sich um das kümmern, was Sie suchen. Durch Auswahl der Größe der Zahnräder können Sie die Auflösung steuern und durch Steuerung des Zahnrads der Zahnräder kann die Genauigkeit garantiert werden. Fahren Sie den Wurm direkt, um die besten Ergebnisse zu erzielen, und fügen Sie einen Encoder hinzu, der die erforderliche Auflösung bietet.

Harmonischer Antrieb wird oft als spielfrei bezeichnet.

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

Am einfachsten wäre es, einen Stepper zu verwenden, der mit einem Riemenantrieb ausgestattet ist. Der Riemen hat etwas Feder, aber sehr wenig (nein?) Spiel.

Bearbeiten Sie wie folgt: