Cómo lograr una rotación muy precisa / fina con motor

Estoy realizando un experimento en el que necesito rotar un dial liviano (<5 gramos, por lo que se requiere un par muy bajo y bastante lento), pero necesito hacer pasos muy precisos y precisos de 0.03 grados.

Algo como esto (se muestra aquí como unidad directa, pero estoy abierto a otras opciones como se describe más adelante):

¿Cuál de las siguientes configuraciones / enfoques de motor sería más probable que tenga éxito para mi objetivo?

1. ¿Un motor paso a paso típico (digamos con pasos de 1.8 grados) y usa 128 microstepping quizás? Sin embargo, este artículo establece que el microstepping solo logrará resolución pero no precisión.

2. ¿Un paso a paso con caja de cambios planetaria (relación 51: 1) como este ejemplo , o esto sufriría demasiada reacción?

3. ¿Un motor de CC sin escobillas junto con un codificador rotatorio magnético como AS5048 (resolución de 14 bits) y escribir mi propio bucle PID para lograr la posición deseada?

4. ¿Un paso a paso combinado con un codificador rotatorio magnético para realizar un seguimiento de la orientación real y, en consecuencia, utilizar esto como retroalimentación para corregir el contragolpe en el caso de engranaje (enfoque n. ° 2) o los pasos perdidos en el caso de micropasos (enfoque n. ° 1)?

5. ¿O algún otro enfoque?

Nota: He leído existen servos de grado industrial que puede alcanzar cómodamente la meta 0,03 grados pero estos son manera fuera de mi presupuesto, así que estaba esperando para una solución más económica a costa de ajustes y de aprendizaje.

Te daré algunos consejos, pero lo primero que debes hacer es ser consciente de que estás intentando algo que puede estar más allá de tus capacidades. 0.03 grados (1/2 miliradio o 2 minutos de arco) requiere mucho cuidado, y probablemente acceso a un buen taller de máquinas.

En orden:

1) Tienes razón al desconfiar de los microstepping. Simplemente no le dará la precisión que desea. El artículo es bastante correcto.

2) Un paso a paso con algún tipo de caja de cambios funcionará bien. Pero necesitará una caja de cambios de alta precisión, y no son baratas. Será difícil encontrar una caja de cambios que esté hecha teniendo en cuenta sus necesidades de baja torsión, baja velocidad y alta precisión. No ha especificado su uso exacto, pero tenga en cuenta que si no requiere inversión de movimiento durante la operación, sus requisitos de reacción desaparecerán. Como ha respondido wini_i, un engranaje helicoidal funcionará bien, pero tenga en cuenta que el montaje del engranaje requiere una precisión considerable.

3) Es posible un motor con un codificador, pero hay algunos problemas. Lo más importante es que necesita un codificador con al menos el doble de resolución que los requisitos de su sistema. La dificultad con un codificador digital es que si el eje comienza a desplazarse debido al par motor, no lo sabrá hasta que el codificador dé un paso. A continuación, puede derivar hacia el otro lado hasta que dé un paso inverso, etc. Como resultado, crear un sistema de posicionamiento estable con un codificador de este tipo es extremadamente difícil, y un controlador PID simple no será adecuado. Además, intentar rodar su propio codificador desde un dispositivo como el AS5048 tiene una serie de problemas que el sitio web no menciona. La principal de ellas es la necesidad de posicionar con precisión el centro del área de detección con respecto al centro del eje. Cuanto mayor sea la resolución,

4) Un paso a paso con un codificador suena bien, pero no puede compensar algunos errores mecánicos. Específicamente, no puede ayudar con problemas de reacción. El resultado más probable de tal sistema es que caza constantemente entre dos posiciones de eje mecánico. Es posible compensar los errores de microstepping (más o menos), pero la fricción y la fricción de los rodamientos pueden dar resultados notablemente similares a la reacción del engranaje.

5) ¿Otro? Bien quizás. Quizás su sistema no necesite realmente avanzar. ¿Qué tal si gira muy lentamente y con precisión? En este caso, no necesita un bucle de posición, sino un bucle de velocidad con velocidad derivada de un codificador incremental (mucho más barato que un codificador paralelo). En principio, podría usar un dial montado directamente en el eje del motor, pero haga un dial bastante masivo cuya inercia compense las perturbaciones, como las irregularidades de los rodamientos o las fallas del motor.

Pero sigamos con un paso a paso orientado. Me inclino a estar de acuerdo con Daniel en que su mejor opción es una configuración de correa de distribución / equipo de distribución. Con algunas precauciones. Querrá un paso de engranaje de correa de distribución lo más fino posible, preferiblemente una serie MXL. Su resolución de .03 grados proporciona 12,000 pasos por revolución, lo que dice que necesita una reducción de 60: 1 con un paso a paso de 1.8 grados. Esto es un problema. Si la polea del motor tiene 10 dientes, el dial necesita una polea de 600 dientes, y no vas a encontrar uno de esos. Tendrá que probar uno de dos enfoques. Utilice una reducción de dos pasos o pruebe algo como un microstep x8 seguido de una reducción de 7.5: 1. Un microstep x8 proporciona pasos del motor (nominalmente) del 12,5% de lo normal, y si el motor tiene una precisión del 5%, debería estar bien. Usted' También deberá esforzarse por mantener constante la tensión de la correa para reducir el juego en el sistema. Tendrá que hacer un buen montaje rígido para el motor y el dial, que es donde entra un buen taller de máquinas. Dependiendo de lo que esté conectado al dial, también será importante tener el dial perfectamente centrado en el eje. El hecho de que su par de carga sea muy bajo ayudará mucho.

Un engranaje helicoidal puede encargarse de lo que está buscando. Al seleccionar el tamaño de los engranajes, puede controlar la resolución y al controlar la malla de los engranajes se puede garantizar la precisión. Dirija directamente el gusano para obtener mejores resultados y agregue un codificador que proporcione la resolución necesaria.

A menudo se dice que la unidad armónica tiene cero contragolpes.

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

Lo más simple sería utilizar un motor paso a paso, con una transmisión por correa. El cinturón tendrá algo de resorte, pero muy poca (¿no?) Reacción.

Editar, así: