매우 높은 정확도로 회전 추적

상당히 느린 전동식 회전 암의 각도 위치를 추적하고 싶습니다 (직접 구동; 아래 그림 참조). 그러나 0.05 ° 미만의 각도 정확도와 유사한 분해능이 필요합니다.

@gbulmer가 주석에서 언급했듯이, 이는 (2 × π × 10cm) / (360˚ / 0.05) = 0.08mm의 정확도로 원주를 따라 위치 적으로 팔 끝을 추적하는 것과 같습니다.

재산을 소비하지 않고 회전 감지에서 이러한 수준의 정확도를 달성 할 수있는 현재 실현 가능한 센서 또는 전자 방법이 있습니까?

이것이 가장 간단한 것부터 복잡한 것까지 지금까지 시도한 것입니다.

• 디지털 나침반 / 자력계 : 나는 이것으로 시작했다. 그러나 내가 찾고있는 성능 근처에는 분명히 없습니다.

• 회전식 인코딩 : 전위차계 기반 / 홀 효과 센서 기반 인코딩 : 충분한 해상도를 얻지 못해 선형성 오류가 심각합니다.

• 머신 비전 : 팔 끝 부분에 광학 마커를 배치하고 (끝이 가장 긴 호를 추적하므로) 카메라 (OpenCV)를 사용하여 마커 위치 추적 : 팔의 회전 범위를 감안할 때 아주 작은 회전도 제대로 해결할 수 없음 10x10cm 영역.

• 마그네틱 엔코더 : 현재 AMS의 마그네틱 로터리 엔코더 인 AS5048을 사용하여 모터의 중심 위치에 센서의 중심을두고 있습니다. 이 같은:

당신이하고있는 일은 가능하지만 어떻게 싸게 싸울 지 모르겠습니다.

.05도 (3 분의 아크)는 7200 카운트 / 회전의 분해능 또는 13 비트 (8192)에 해당합니다. 더 나쁜 것은, 위치 루프를 만들려고하므로 최소 1 비트의 추가 해상도 또는 14 비트 시스템이 필요합니다. 문제는 위치 루프가 1 비트 미만의 오류를 감지 할 수 없으므로 암이 드리프트하기 시작하면 출력이 1 비트가 될 때까지 각도 센서가 감지하지 못한다는 것입니다. 위치 루프는 다른 방법으로 암을 다시 구동시키고 오류가 0으로 떨어지면 암을 정지시킵니다. 그러나 이렇게하면 반대 방향으로 카운트 할 때까지 팔이 다른 방향으로 스윙하게됩니다. 예를 들어 팔이 센서 카운트를 100으로 유지하려면 시스템에서 100, 101, 100을 생성 할 수 있습니다. , 99, 100 등

옵티컬 엔코더가 최선의 방법이지만 14 비트 (16,384 ppr) 엔코더는 저렴하지 않습니다. 또 다른 가능성은 RDC 또는 SDC (리졸버 / 디지털 변환기 또는 싱크로 / 디지털 변환기)를 두 번째 가능성으로 사용하는 리졸버 또는 싱크로이지만 더 많은 비용이 듭니다. 싱크로 / 리졸버에는 2 가지 단점이 있습니다. 첫째, 일반적으로 광학 인코더로 대체되었으므로 시장에서 발견되는 것은 대부분 잉여 단위입니다. 둘째, 정확성은 일반적으로 충분하지 않습니다. 크기 23 리졸버는 일반적으로 약 5-10 분의 아크로 등급이 매겨져 있으므로 고정밀 단위가 필요하며 하나를 찾는 데 행운이 있습니다.

Inductosyns는 탁월한 해상도와 정확도를 제공하지만 광학 인코더보다 훨씬 비쌉니다. 기본적으로 출력을 읽으려면 고속 RDC가 필요합니다.

광학 엔코더 정확도에 대한 귀하의 우려는 특정 제조업체의 용지를 기반으로하지만 본질적으로 겁나는 부분입니다. 오류 가능성은 모든 제조업체에서 동일하며 연결된 제조업체가 다른 제조업체보다 우수하지는 않습니다. 일반적으로 정밀 엔코더의 경우 정확도는 해상도와 동일합니다.

병렬 출력을 가진 광학 엔코더를 얻을 수는 있지만 인크 리 멘탈 엔코더를 사용하여 자체 업 / 다운 카운터를 롤링하는 것이 좋습니다. 이 경로로 이동하면 시스템을 켤 때마다 "홈"신호를 사용하여 위치 카운터를 재설정합니다.

나는 OP가 제안하는 것이 나쁜 생각이 아니라고 생각합니다. 그가 사용하고 싶은 것은 바로 만든 반지입니다 : http://ams.com/eng/Products/Position-Sensors/Magnets/AS5000-MR10-128 , 그것은 128 극 = 64 극 쌍을 가지고 있습니다. 해상도는 16 비트 = 65536, 최대 305rpm입니다.
고해상도 광학 인코더를 분해하면 특별한 도구없이 감지기를 정렬하는 것이 거의 불가능하다는 것을 알 수 있습니다. 실제로이 새로운 방법을 사용하면 매우 간단합니다.
링에 알맞게 맞추고 센서를 가까운 거리에 두려면 특별한 정렬이 필요하지 않은 터닝 머신이 필요합니다. 센서 자체는 브레이크 아웃 보드에 이미 납땜 된 키트 버전으로 제공되며, 추가 참조 센서 (광 검출기와의 간격)가 필요하며 인덱스 출력 + 내선 참조 센서의 조합으로 한 극 쌍 내에서 인코더를 참조 할 수 있습니다.

그것은 브레인 스토밍 질문이므로 WhatRoughBeast는 이미 고려할 모든 것을 언급했지만 왜 고조파 드라이브를 목록에 추가하지 않습니까? 이론적으로 (나는 경험적 추정 또는 첫 번째 계산으로 확인하지 않았습니다), 백래시 (100 : 1 공통)없이 20 : 1 기어비를 쉽게 얻을 수 있으므로 필요한 단계 수를 720 / rev로 줄입니다. . 살펴볼만한 가치가있을 수 있습니다. 고조파 드라이브는 저렴하지 않지만 일반적으로이 기어링 비율의 경우 고해상도 센서보다 훨씬 저렴합니다.

13 비트에 해당하는 출력 샤프트에서 해상도가 필요한 경우 추가 비트가 더 필요합니다. 폐쇄 루프 제어를 위해서는 최소 1 비트가 필요합니다. 다음 문제는 제조업체가 해상도를 광고 하지만 정확도를 광고하지 않는다는 것 입니다. 정확성을 지속적으로 요구해야합니다. 오류가 반복되면 소프트웨어 수정을 사용하여 개선 할 수 있습니다.

무거운 옥외 솔루션이 필요한 경우 또 다른 문제입니다. 그렇다면 자기 인코더가 옵션입니다. 그러나 마그네틱 엔코더는 반복 가능한주기적인 오류가 상당 할 수 있으며 다른 광학식 엔코더를 사용하여 교정 프로세스에서 제거해야합니다. 그러나 너비가 더 높은 정밀도로 만든 지그가 필요합니다.

Sin / cos 보간 (광학 또는 자기 식)은 분해능을 높이지만 임의의 오류를 추가합니다.

원하는 정확도, 특히 동심도로 제조 할 수 있어야합니다. 또한 해상도를 높이면 더 빠른 움직임이 허용 된 대역폭 (예 : 직교 출력 주파수)을 초과 할 수 있으므로 대역폭을 고려해야합니다. 반대로 울트라 슬로우 모션 제어는 흥미로운 미공개 문제를 찾을 수있는 분야입니다.

제어 암 회전 (트랙 위치뿐만 아니라)이 필요한 경우 직접 구동 및 토크의 분해능이 문제입니다. 이중 루프는 제어에 도움이되지만 모터 (기어 박스의 경우 엔코더 또는 스테퍼의 경우 계수 단계) 및 샤프트 위치 감지가 필요합니다.

증분 vs. 절대 엔코더도 기본적인 결정입니다.

일반적인 조언 : 프로젝트를 마치려면 고가의 전문 컴포넌트 (예 : Renishaw ATOM 옵티컬 엔코더)를 사용하십시오. 즐거움과 시간을 위해 게임을하는 것이 중요하지 않은 경우 문제를 재발 명 (불법)하고, Google이 알 수없는 문제를 발견하는 등 즐길 수 있습니다. 필요한 정밀도로 장치를 제조 할 수 있는지 다시 확인하십시오.

정확한 거리를 측정하는 데 일반적으로 사용되는 디지털 캘리퍼에 완벽하게 적합합니다.

전자 캘리퍼는 어떻게 작동합니까?

용량 성 엔코더 ( http://www.digikey.com/en/articles/techzone/2012/apr/a-designers-guide-to-encoders 에서 이미 보임)와 유사합니다 .

선형 디지털 캘리퍼의 전자 부품은 재사용 할 수 있으므로 올바른 패턴으로 1/4 디스크 만 만들면됩니다.

추신 : 정밀도를 사용하면 기성품 선형 작업을 할 수도 있습니다.

여기 내 새로운 아이디어, 또 다른 단계 모터 스토리가 있습니다 :-)

애니메이션 이미지를 클릭하면 전체 해상도를 볼 수 있습니다. 여기서는 스텝 모터를 주행 자로 사용합니다. 메인 핸드 끝에 자석이 있습니다. 빨간색 선은 예상되는 자속 방향을 나타냅니다. 스텝 모터가 Wikipedia의 스텝 모터와 같다고 가정합니다. 한 단계 전체 3.6 도입니다. 필드의 선형 부분에 대해 7 비트의 3.6 / 0.05 = 72 조합이 필요합니다. 즉, 일반 MCU의 10 비트 ADC가 더 큰 비선형 범위에서 잘 작동합니다. 일단 매커니즘을 수행 한 후 근사 패턴을 분석하고 가장 선형적인 부분을 선택하십시오. 일부 소프트웨어 매핑에서이를 선형화하고 해당 특정 설정에 대한 눈금자 경계를 선택하십시오.

스텝 모터가 완벽하지 않습니다. Wikipedia 에 따르면 치아 사이에 최대 5 %의 편차가있을 수 있습니다. 오차를 측정하기 위해 눈금자의 기본 경계를 보조 경계로 확장 할 수 있습니다.이 경계는 이전의 인접 경계 분석의 그라디언트 패턴을 따라야합니다.

또한 설정 스케일에 영향을 줄 수있는 +/- 가속을 피하기 위해 마이크로 스테핑으로 스텝 모터를 구동하는 것이 좋습니다. 적어도 반 스텝핑을해야한다고 생각합니다.

역학을 다루기 위해서는 먼저 역학부터 시작하십시오.

큰 기어 (R2)를 각도로 회전 시키면 작은 기어 (R1)는 각도 (R2 / R1)만큼 큰 각도로 회전합니다.

따라서 주어진 반경 (R)에서 매우 극단적 인 각도 정확도를 다루는 경우 n 배 작은 반경 (예 : R / n)에서 n 배 더 거친 각도 정확도를 처리 할 수 ​​있습니다.

귀하의 경우, 팔의 축에 큰 기어를 설치하고 더 작은 기어를 부착 한 다음 더 작은 기어를 더 거친 기어에 연결할 수 있습니다.

wiki 에서 시작하여 많은 다른 기어링 방법이 알려져 있고 유용합니다 .

cd-rom 드라이버의 광학 시스템에서 볼 수있는 것과 같은 선형 메커니즘으로 센터의 단계를 나누려면 손의 가장자리에 두 번째 메커니즘을 만들어야합니다. 이런 식으로, 중앙에 스텝 모터를 사용하여 전체 시스템을 개방 루프로 구현하고 매우 높은 가속도를 피하기 위해 마이크로 스테핑으로 구동하는 것이 더 쉽고 충분할 수 있습니다.

움직이는 암 주위의 공간에 대한 물리적 한계는이 솔루션을 배제 할 수 있지만 여기에는 저렴한 머신 비전 접근 방식이 있습니다. 렌즈 배율을 변경하여 정확도를 조정할 수 있습니다.

나는 당신이 재산으로 생각하는 것을 모르지만 http://www.inductosyn.com/ 을 고려하고 싶을 수도 있습니다 .

팔이 규칙적으로 초기 (휴식) 위치에 들어가는 경우 매우 흥미로운 또 다른 옵션은 광학 (게임) 마우스 또는보다 구체적으로 감지 시스템을 사용하는 것입니다.

센서를 팔 끝에 장착하고 미끄러질 수있는 좋은 (미세한 비 반사) 배경을 제공하십시오. 표준 USB 마우스 인터페이스를 통해 데이터를 읽습니다.

초기 위치를 교정하려면 간단한 센서가 필요합니다. 이것이 제대로 작동하는지 실험해야합니다. 먼지에 관계없이 대부분 작동하며 유지 관리가 간단합니다.

아마 당신은 당신의 피벗 팔의 끝에서 선형 광학 인코더를 사용하는 것을 고려하고, 같은 유연한 codestrip을 사용할 수 있습니다 이 하나의 인치 당 2,000 회선을 보유하고 있습니다. 당신은 슈퍼 싼 가고 싶은 경우에, 당신은 같은 선형 인코더를 사용할 수있는 이 일 있지만 인치 당 최대 150 줄까지 올라갈 수 있으므로 40 미크론의 해상도 (구형 인코더이므로)입니다. 드라이브 시스템의 일부 지터에 민감하지 않은 경우이를 바로 사용할 수 있습니다. 그렇지 않으면 응용 프로그램 아래에서 팔을 확장하고 코드 스립을 더 멀리 내릴 수 있습니다. DPI가 1000 이상인 프린터가있는 경우 자체 코드 스트립을 인쇄 할 수도 있습니다.

행운을 빕니다!