Son derece yüksek doğrulukla izleme rotasyonu

Oldukça yavaş motorlu bir döner kolun açısal konumunu izlemek istiyorum (doğrudan tahrik; aşağıdaki resme bakın) - ancak 0.05 ° 'nin altında açısal doğruluk ve benzer çözünürlük gerektirir.

Yorumlarda belirtildiği gibi, kolun ucunu çevresi boyunca konumsal olarak (2 × π × 10cm) / (360˚ / 0.05) = 0.08 mm doğrulukla izlemeye eşdeğerdir.

Bir servet harcamadan dönme algılamasında bu doğruluk seviyesine ulaşabilen şu anda gerçekleştirilebilir herhangi bir sensör veya elektronik yöntem var mı?

Şimdiye kadar denedim, en basitten karmaşık:

• Dijital pusula / manyetometre: Bununla başladım; ama tabii ki aradığım performansın yakınında hiçbir yerde.

• Döner kodlama: Potansiyometre tabanlı / Hall-Efekt-sensör tabanlı kodlama: Yeterli çözünürlük alınamadı ve önemli doğrusallık hatası var.

• Makine görüşü: Kolun ucuna optik bir işaretleyici yerleştirildi (uç en uzun ark izlediğinden) ve işaretleyicinin konumunu izlemek için kamera (OpenCV) kullanma: kolun dönüş açıklıkları göz önüne alındığında çok küçük dönüşleri çok iyi çözemedi 10x10 cm'lik bir alan.

• Manyetik kodlayıcı: Şu anda sensörün merkezi motorun şaft konumunda bulunan AMS'den bir Manyetik döner kodlayıcı olan AS5048'in kullanımını araştırıyorum. Bunun gibi bir şey:

Yaptığın şey mümkün, ama nasıl ucuza yapacağını görmüyorum.

.05 derece (3 dakikalık ark), 7200 sayım / devir çözünürlüğünü veya 13 bit'e (8192) eşdeğer bir çözünürlük anlamına gelir. Daha da kötüsü, bir konum döngüsü oluşturmaya çalıştığınız için, en az bir ekstra çözünürlük veya 14 bitlik bir sisteme ihtiyacınız olacak. Sorun, konum döngünüzün bir bitten daha az bir hatayı algılayamaması gerçeğinde yatmaktadır, bu nedenle kol kaymaya başlarsa, çıkış bir bit olana kadar açı sensörü bunu algılamaz. Konum döngüsü kolu diğer yöne geri götürür ve hata sıfıra düştüğünde sürüşü durdurur. Ancak bu, kolun ters yönde sayım elde edene kadar diğer yönde sallanmasına izin verecektir. Bu nedenle, örneğin kolun 100 sensör sayısını korumasını istiyorsanız, sistem 100, 101, 100 üretebilir , 99, 100 vb.

Optik kodlayıcının en iyi bahsiniz olduğunu düşünüyorum, ancak 14 bitlik (16.384 ppr) kodlayıcı ucuz olmayacak. Başka bir olasılık, ikinci bir olasılık olarak RDC veya SDC (çözümleyici / dijital dönüştürücü veya senkronize / dijital dönüştürücü) bulunan bir çözümleyici veya eşzamanlıdır, ancak bu daha da pahalıya mal olacaktır. Senkronlar / çözümleyicilerin 2 dezavantajı vardır. Birincisi, genellikle optik kodlayıcıların yerini aldı, bu yüzden piyasada bulacağınız şey çoğunlukla fazla birimler. İkincisi, doğruluk genellikle yeterli değildir. Boyut 23 çözücüler genellikle yaklaşık 5-10 dakika yay olarak derecelendirilir, bu nedenle yüksek hassasiyetli bir üniteye ve bir tane bulmakta iyi şansa sahip olursunuz.

İndüktozlar size olağanüstü çözünürlük ve doğruluk sağlar, ancak optik kodlayıcıdan daha pahalıya mal olur. Esasen, çıkışı okumak için yüksek hızlı bir RDC'ye ihtiyacınız vardır.

Optik enkoder doğruluğu hakkındaki endişeniz belirli bir üreticinin kağıdına dayanır, ancak bu aslında korkutucu bir parçadır. Hata olasılıkları her üretici için aynıdır ve bağlı üretici bir şekilde diğer üreticilerden daha iyi değildir. Genel olarak, hassas kodlayıcılar için doğruluk, çözünürlükle aynıdır.

Paralel çıkışlı optik enkoderler elde etmek mümkün olsa da, artımlı bir enkoder ile daha iyi durumdasınız ve kendi yukarı / aşağı sayacınızı yuvarlayabilirsiniz. Bu rotaya giderseniz, sistemi her açtığınızda konum sayacını sıfırlamak için "ev" sinyalini kullanırsınız.

Bence OP'nin önerdiği şey kötü bir fikir değil. Kullanmak istediği şey hazır yüzük: http://ams.com/eng/Products/Position-Sensors/Magnets/AS5000-MR10-128 , 128 kutup = 64 kutup çifti var. Çözünürlük 16 bit = 65536, maksimum 305 rpm'dir.
Yüksek çözünürlüklü bir optik kodlayıcıyı ayırırsanız, dedektörü özel aletler kullanmadan hizalamanın neredeyse imkansız olduğunu göreceksiniz, aslında bu yeni yöntemi kullanmak bunu çok basit hale getirir.
Halka için uygun bir uyum sağlamak için bir torna makinesine ihtiyacınız olacak ve daha sonra sensörü yakın mesafeye yerleştireceksiniz, özel bir hizalama gerekli değildir. Sensörün kendisi, koparma panosunda lehimlenmiş kit versiyonlarında gelir, ihtiyacınız olan şey ek bir referans sensörüdür - fotodetektör ile bir boşluk, daha sonra indeks çıkışı + ext ref sensörü kombinasyonu ile kodlayıcıyı bir kutup çifti içinde referanslayabilirsiniz.

Bu bir beyin fırtınası sorusu ve WhatRoughBeast düşündüğüm her şeyden daha önce bahsettiğinden, neden harmonik sürücüleri listeye eklemiyorsunuz? Teoride (ampirik tahminler veya ilk hesaplamalar ile kontrol etmedim), herhangi bir geri tepme olmadan (100: 1 yaygın) 20: 1 dişli oranını kolayca elde etmenizi sağlar ve gerekli adım sayısını 720 / devire düşürür. . Bir göz atmaya değer bir şey olabilir. Harmonik sürücüler ucuz değildir, ancak özellikle bu dişli oranı için yüksek çözünürlüklü sensörlerden genellikle çok daha ucuzdur.

13-bit'e karşılık gelen çıkış milinde çözünürlüğe ihtiyacınız varsa, daha fazla bite ihtiyacınız vardır, kapalı döngü kontrolü için en az 1 bit gerekir. Bir sonraki sorun, üreticilerin çözünürlüğü tanıtması, ancak doğruluğu tanıtmamasıdır . Sürekli olarak doğruluk istemeniz gerekir. Hata tekrarlanabilir durumdaysa, yazılım düzeltmesini kullanarak iyileştirebilirsiniz.

Ağır iş dış mekan çözümüne ihtiyacınız varsa başka bir sorun. Evet ise manyetik kodlayıcı bir seçenektir. Ancak manyetik kodlayıcı, başka bir optik geniş kodlayıcı kullanarak kalibrasyon işleminde ortadan kaldırmanız gereken önemli tekrarlanabilir periyodik hatalara sahip olabilir. Ancak, genişliği daha da hassas hale getiren bir jig'e ihtiyacınız var.

Sin / cos enterpolasyonu (optik veya manyetik) çözünürlüğü arttırır ancak rastgele bir hata ekler.

İstenilen hassasiyetle, özellikle eşmerkezlilikle üretim yapabilmelisiniz. Ayrıca, çözünürlüğü artırdığınızda daha hızlı hareketin izin verilen bant genişliğini aşabileceği gibi bant genişliğini de dikkate almanız gerekir (örneğin, dörtlü çıkış frekansı). Aksine, ultra yavaş hareket kontrolü, kişinin yayınlanmamış ilginç konuları bulabileceği bir disiplindir.

Kumanda kolu dönüşüne ihtiyacınız varsa (sadece palet konumu değil), doğrudan tahrik ve torkun çözünürlüğü söz konusudur. Çift döngü, kontrole yardımcı olur, ancak motor (dişli kutusu durumunda kodlayıcı veya step durumunda sayma adımları) ve şaft konumu algılama gerektirir.

Artımlı ve mutlak değer enkoderi de temel karardır.

Genel tavsiye: projeyi bitirmek istiyorsanız pahalı profesyonel bileşenler kullanın (örn. Renishaw ATOM optik kodlayıcılar). Zevk için oynuyorsanız ve zaman önemli değilse, sorunların yeniden keşfedilmesinin (çıkmaz sokak), çıkarılamayan sorunların vb. Keşfedilmesinin tadını çıkarabilirsiniz. Gerekli hassasiyetle aparat üretip üretemediğinizi tekrar kontrol edin.

Normalde hassas mesafeleri ölçmek için kullanılan bir dijital kumpas için çok uygun görünüyor, bkz:

Elektronik bir pergel nasıl çalışır?

Kapasitif kodlayıcılara benzerler (daha önce http://www.digikey.com/tr/articles/techzone/2012/apr/a-designers-guide-to-encoders adresinde gördüğünüz ).

Doğrusal bir dijital kumpasın elektronik kısmı muhtemelen yeniden kullanılabilir, bu nedenle sadece doğru desende bir çeyrek disk yapmanız gerekir.

Not: Hassasiyet, kullanıma hazır bir doğrusal ile çalışmanıza bile izin verir.

İşte benim yeni fikrim, yine, başka bir adım motor hikayesi :-)

Kesintisiz tam çözünürlüğü görmek için animasyonlu resme tıklayın. Burada adım motorunu hareketli bir cetvel olarak kullanırsınız. Ana elin ucunda bir mıknatıs vardır. Kırmızı çizgiler manyetik akının beklenen yönünü gösterir. Adım motorunun wikipedia'daki gibi olduğunu varsayarsak. Bir tam adımın 3.6 derecesine sahiptir. Alanın varsayımsal olarak doğrusal bir kısmı için, 7 bitlik 3.6 / 0.05 = 72 kombinasyonuna ihtiyacınız vardır. Bu, sıradan bir MCU'nun 10 bitlik bir ADC'sinin işi daha doğrusal olmayan bir aralık için çok iyi yapacağı anlamına gelir. Mekanizmayı yaptıktan sonra, yakınlık örüntüsünü analiz edin ve en doğrusal kısmı seçin, bazı yazılım eşlemeleri onu lineerleştirin ve belirli bir kurulum için cetvel kenarlıklarını seçin.

Adım motorları mükemmel değildir. Wikipedia'ya göre dişler arasında% 5'e kadar varyans olabilir. Hatayı ölçmek için, cetvelin birincil kenarlıklarını, komşu kenarlığının önceki analizinin gradyan desenini izlemesi gereken ikincil kenarlıklarla genişletebilirsiniz.

Ayrıca, kurulum ölçeklerini etkileyebilecek +/- hızlanmalardan kaçınmak için adım motorunu mikro adımlarla sürmeniz daha iyi olmalıdır, en azından yarım adım atmanız gerektiğini düşünüyorum.

Mekanikle ilgilenmek, önce mekanikle başlayın.

Büyük (R2) vitesi bir açı için döndüren küçük dişli (R1), R2 / R1 açısı daha büyük bir açı için döner.

Bu nedenle, verilen bir yarıçapta (R) çok aşırı açı doğruluğu ile uğraşırsanız, n kat daha küçük bir yarıçapta (yani R / n) n kat daha kaba açı doğruluğu ile başa çıkabilirsiniz.

Sizin durumunuzda, kolun eksenine büyük bir dişli takabilir ve ona daha küçük bir dişli bağlayabilir ve daha sonra küçük olana daha kaba bir sensör bağlayabilirsiniz.

Diğer birçok dişli yöntemleri bilinen ve kullanışlı, başlangıçtır wiki .

Merkezin basamaklarını cd-rom sürücüsünün optik sisteminde olduğu gibi doğrusal bir mekanizma ile bölmek için elin kenarında ikinci bir mekanizma yapmalısınız. Bu şekilde, merkezde bir adım motoru kullanarak tüm sistemi açık döngü olarak uygulamak daha kolay ve yeterli olabilir ve çok yüksek ivmelenme büyüklüklerini önlemek için mikro adımlama ile sürülebilir.

Hareketli kol çevresindeki boşlukta fiziksel sınırlamalar bu çözümü hariç tutabilir, ancak işte buradasınız - başka bir ucuz makine görme yaklaşımı. Hassasiyet, lens büyütme oranını değiştirerek ayarlanabilir.

Bir servet olarak neyi düşündüğünüzü bilmiyorum, ama http://www.inductosyn.com/

Kolunuz düzenli olarak başlangıç ​​(dinlenme) konumuna girerse çok ilginç bir seçenek de optik (oyun) fare veya daha spesifik olarak algılama sistemi kullanmaktır.

Sensörünü kolunuzun ucuna monte edin ve kaydırmak için iyi (ince taneli, yansıtıcı olmayan) bir arka plan sağlayın. Verileri standart bir usb fare arayüzü üzerinden okuyun.

Başlangıç ​​konumunu kalibre etmek için basit bir sensöre ihtiyacınız olacaktır. Bunun yeterince iyi çalışıp çalışmadığını görmek için deneme yapmanız gerekir. Daha çok tozdan bağımsız olarak çalışması gerekir ve bakımı kolaydır.

Belki Pivot kolunun ucunda bir doğrusal optik kodlayıcı kullanırken düşünün ve benzeri esnek bir codestrip kullanabilirsiniz bu bir inç başına 2000 satıra kadar vardır. Eğer süper ucuz gitmek istiyorsanız, aşağıdaki gibi bir lineer kodlayıcı kullanabilirsiniz bu bir , ama (bir dördün kodlayıcı olduğundan) sadece 40 mikron çözünürlükle yüzden, inç başına 150 satıra kadar gider. Sürücü sistemindeki bazı titreşimlere karşı duyarlı değilseniz, bunu doğrudan kullanabilirsiniz. Aksi takdirde, kolu uygulamanızın altına uzatabilir ve kod ayırıcısını daha fazla dışarı koyabilirsiniz. 1000 veya daha fazla DPI değerine sahip bir yazıcınız varsa kendi kod kodunuzu bile yazdırabilirsiniz.

İyi şanslar!