Comment obtenir une rotation très précise / fine avec le moteur

J'exécute une expérience où je dois faire tourner un cadran léger (<5 grammes, donc un couple très faible et assez lentement), mais je dois faire des pas très précis et fins de 0,03 degrés.

Quelque chose comme ça (montré comme entraînement direct ici, mais je suis ouvert à d'autres options comme décrit ci-dessous):

Laquelle des configurations / approches de moteur suivantes serait la plus susceptible de réussir pour mon objectif?

1. Un moteur pas à pas typique (disons avec des pas de 1,8 degré) et peut-être utiliser 128 micropas? Cependant, cet article indique que le micropas n'atteindra que la résolution mais pas la précision.

2. Un moteur pas à pas avec boîte de vitesses planétaire (rapport 51: 1) comme cet exemple , ou cela souffrirait-il de trop de jeu?

3. Un moteur CC sans balais avec un encodeur rotatif magnétique comme AS5048 (résolution 14 bits), et écrire ma propre boucle PID pour atteindre la position souhaitée?

4. Un moteur pas à pas combiné avec un encodeur rotatif magnétique pour garder une trace de la véritable orientation et par conséquent l'utiliser comme rétroaction pour corriger le jeu dans le boîtier à engrenages (approche n ° 2), ou contre les étapes manquées dans le boîtier à micropas (approche n ° 1)?

5. Ou une autre approche?

Remarque: j'ai lu qu'il existe des servos de qualité industrielle qui peuvent confortablement atteindre l'objectif de 0,03 degré, mais ceux-ci sont bien en dehors de mon budget, alors j'espérais une solution moins coûteuse au prix de peaufiner et d'apprendre.

Je vais vous donner quelques conseils, mais la première chose que vous devez faire est de savoir que vous essayez quelque chose qui pourrait bien dépasser vos capacités. .03 degrés (1/2 milliradian ou 2 minutes d'arc) nécessitent beaucoup de soins et probablement l'accès à un bon atelier d'usinage.

En ordre:

1) Vous avez raison de vous méfier des micropas. Cela ne vous donnera tout simplement pas la précision souhaitée. L'article est tout à fait correct.

2) Un moteur pas à pas avec une sorte de boîte de vitesses fonctionnera bien. Mais vous aurez besoin d'une boîte de vitesses de haute précision, et elles ne sont pas bon marché. Il sera difficile de trouver une boîte de vitesses conçue pour répondre à vos besoins de faible couple, de faible vitesse et de haute précision. Vous n'avez pas spécifié votre utilisation exacte, mais gardez à l'esprit que si vous n'avez pas besoin d'une inversion de mouvement pendant le fonctionnement, vos exigences de jeu disparaissent à peu près. Comme l'a répondu wini_i, un engrenage à vis sans fin fonctionnera bien, mais sachez que le montage de l'engrenage nécessite une précision considérable.

3) Un moteur avec encodeur est possible, mais il y a quelques problèmes. Le plus important est que vous avez besoin d'un encodeur avec au moins deux fois la résolution de vos exigences système. La difficulté avec un codeur numérique est que si l'arbre commence à dériver à cause du couple moteur, vous ne le saurez pas tant que le codeur n'aura pas fait un pas. Il peut ensuite dériver dans l'autre sens jusqu'à ce qu'il fasse un pas inverse, etc. En conséquence, la création d'un système de positionnement stable avec un tel encodeur est extrêmement difficile, et un simple contrôleur PID ne sera pas suffisant. De plus, essayer de faire rouler votre propre encodeur à partir d'un appareil tel que l'AS5048 présente un tas de problèmes que le site Web ne mentionne pas. Le plus important d'entre eux est la nécessité de positionner avec précision le centre de la zone de détection par rapport au centre de l'arbre. Plus la résolution est élevée,

4) Un stepper avec un encodeur sonne bien, mais il ne peut pas compenser certaines erreurs mécaniques. Plus précisément, il ne peut pas résoudre les problèmes de jeu. Le résultat le plus probable d'un tel système est qu'il chasse constamment entre deux positions d'arbre mécanique. La compensation des erreurs de micropas est (en quelque sorte, peut-être) possible, mais le frottement et la friction des roulements peuvent donner des résultats remarquablement similaires au jeu des engrenages.

5) Autre? Eh bien, peut-être. Peut-être que votre système n'a pas besoin de fonctionner. Et si elle tourne très lentement et précisément? Dans ce cas, vous n'avez pas besoin d'une boucle de position, mais plutôt d'une boucle de vitesse avec une vitesse dérivée d'un encodeur incrémental (moins cher de loin qu'un encodeur parallèle). En principe, vous pourriez utiliser un cadran monté directement sur un arbre de moteur, mais faire un cadran assez massif dont l'inertie compenserait des perturbations telles que des irrégularités de roulement ou des problèmes de moteur.

Mais restons avec un stepper à engrenages. Je suis enclin à convenir avec Daniel que votre meilleur pari est une configuration de courroie de distribution / engrenage de distribution. Avec quelques mises en garde. Vous aurez besoin d'un pas de transmission aussi fin que possible, de préférence une série MXL. Votre résolution de 0,03 degré donne 12 000 pas par révolution, ce qui signifie que vous avez besoin d'une réduction de 60: 1 avec un pas à pas de 1,8 degré. C'est un problème. Si la poulie du moteur a 10 dents, le cadran a besoin d'une poulie de 600 dents, et vous n'allez pas en trouver une. Vous devrez essayer l'une des deux approches. Utilisez une réduction en deux étapes ou essayez quelque chose comme un micropas x8 suivi d'une réduction de 7,5: 1. Un micropas x8 donne des pas de moteur de (nominalement) 12,5% de la normale, et si le moteur a une précision de 5%, vous devriez être bien. Vous' ll faudra également prendre soin de maintenir la tension de la courroie constante pour réduire le jeu dans le système. Vous aurez besoin de faire un bon montage rigide pour le moteur et le cadran, c'est là qu'un bon atelier d'usinage entre en jeu. Selon ce qui est attaché au cadran, obtenir le cadran parfaitement centré sur l'arbre sera également important. Le fait que votre couple de charge soit très faible vous aidera beaucoup.

Une transmission à vis sans fin peut prendre soin de ce que vous recherchez. En sélectionnant la taille des engrenages, vous pouvez contrôler la résolution et en contrôlant le maillage des engrenages, la précision peut être garantie. Dirigez directement le ver pour de meilleurs résultats et ajoutez un encodeur qui fournira la résolution nécessaire.

L'entraînement harmonique est souvent dit qu'il n'a aucun jeu.

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

La chose la plus simple à faire serait d'utiliser un moteur pas à pas, équipé d'une transmission par courroie. La ceinture aura du ressort, mais très peu (non?) De jeu.

Modifiez, comme ceci: