モーターで非常に正確/微細な回転を実現する方法

軽量のダイヤル（5グラム未満、非常に低いトルク要件、そしてかなり遅い）を回転させる必要がある実験を実行していますが、0.03度の非常に正確で細かいステップを実行する必要があります。

このようなもの（ここではダイレクトドライブとして示されていますが、以下でさらに説明するように他のオプションを開いています）：

次のモーターの設定/アプローチのうち、私の目標を達成する可能性が最も高いのはどれですか？

1. 典型的なステッピングモーター（たとえば、1.8度のステップ）で、128マイクロステッピングを使用しますか？ただし、この記事では、マイクロステッピングは精度のみではなく解像度のみを実現すると述べています。

2. この例のような遊星ギアボックス（51：1比率）のステッパーですか、それとも過度のバックラッシュに悩まされますか？

3. ブラシレスDCモーターとAS5048（14ビット分解能）などの磁気ロータリーエンコーダーを組み合わせて、希望の位置を実現するために独自のPIDループを記述しますか？

4. ステッパーを磁気ロータリーエンコーダーと組み合わせて、正しい方向を追跡し、これをフィードバックとして使用して、ギア付きの場合のバックラッシュ（アプローチ＃2）、またはマイクロステップの場合の欠落したステップ（アプローチ＃1）を修正しますか？

5. または他のアプローチ？

注：私はそこに快適に0.03度の目標を達成することができ、工業グレードのサーボを存在するが、これらは読んでいる途中、私は微調整と学習のコストで安価なソリューションを期待していたので、私の予算のうち。

いくつかアドバイスをしますが、最初に行う必要があるのは、自分の能力を超えている可能性があることを試みていることを認識しておくことです。.03度（1/2ミリラジアンまたは2分の弧）は、かなりの注意が必要であり、おそらく良い機械工場へのアクセスが必要です。

順番に：

1）あなたはマイクロステッピングが嫌いです。それは単にあなたが望む正確さをあなたに与えないでしょう。記事はかなり正しいです。

2）何らかのギアボックスを備えたステッパーがうまく機能します。しかし、高精度のギアボックスが必要で、安くはありません。低トルク、低速、高精度のニーズを考慮して作られたギアボックスを見つけるのは難しいでしょう。正確な使用法は指定していませんが、動作中にモーションの反転が必要ない場合、バックラッシュの要件はほとんどなくなることに留意してください。wini_iが答えたように、ウォームギアはうまく機能しますが、ギアの取り付けにはかなりの精度が必要であることに注意してください。

3）エンコーダ付きのモータも可能ですが、いくつか問題があります。最大のものは、システム要件の少なくとも2倍の解像度を持つエンコーダーが必要なことです。デジタルエンコーダーの難点は、モータートルクが原因でシャフトがドリフトし始めた場合、エンコーダーが一歩踏み出すまでシャフトがドリフトしないことです。その後、逆のステップになるまで逆方向にドリフトする可能性があります。その結果、そのようなエンコーダーを使用して安定した位置決めシステムを作成することは非常に困難であり、単純なPIDコントローラーでは不十分です。さらに、AS5048などのデバイスから独自のエンコーダーをロールしようとすると、Webサイトには記載されていない多くの問題があります。これらの中で最も重要なのは、シャフトの中心に対して感知領域の中心を正確に配置する必要性です。解像度が高いほど

4）エンコーダー付きのステッパーは良さそうに聞こえますが、一部の機械的エラーを補正できません。具体的には、バックラッシュの問題には役立ちません。このようなシステムの最も可能性の高い結果は、2つの機械的なシャフト位置の間で常にハントすることです。マイクロステッピングエラーを補正することは可能ですが（おそらく、多分）、ベアリングの摩擦とスティクションは、ギアのバックラッシュのように著しく結果をもたらす可能性があります。

5）その他？まあ、多分。おそらく、システムが実際にステップする必要はありません。非常にゆっくりと正確に回転する場合はどうでしょうか？この場合、位置ループは必要ありませんが、インクリメンタルエンコーダーから派生した速度を持つ速度ループ（パラレルエンコーダーよりもはるかに安価）が必要です。原則として、モーターシャフトに直接取り付けられたダイアルを使用できますが、慣性によりベアリングの不規則性やモーターの不具合などの外乱を補償するかなり大きなダイアルを作成できます。

しかし、ギア付きステッパーに固執しましょう。私はダニエルに同意する傾向があります。あなたの最善の策はタイミングベルト/タイミングギアのセットアップです。いくつか注意が必要です。タイミングベルトのギアピッチをできるだけ細かくしたい場合は、MXLシリーズをお勧めします。.03度の分解能では、1回転あたり12,000ステップが得られます。これは、1.8度のステッパーで60：1の減速が必要であることを示しています。これは問題です。モータープーリーの歯数が10の場合、ダイアルには600歯のプーリーが必要であり、そのうちの1つを見つけることはできません。2つの方法のいずれかを試す必要があります。2ステップの削減を使用するか、x8マイクロステップに続いて7.5：1の削減のようなものを試してください。x8マイクロステップは、（公称）通常の12.5％のモーターステップを提供します。モーターの精度が5％であれば、大丈夫です。君は' また、システムの遊びを減らすためにベルトの張力を一定に保つために苦労する必要があります。モーターとダイヤルをしっかりと固定する必要があります。これは、優れたマシンショップの出番です。ダイヤルに取り付けられているものによっては、ダイヤルをシャフトの中心に完全に配置することも重要です。負荷トルクが非常に低いという事実は、非常に役立ちます。

ウォームギアドライブは、探しているものを処理できます。歯車のサイズを選択することで解像度を制御でき、歯車のかみ合いを制御することで精度を保証できます。最良の結果を得るためにワームを直接駆動し、必要な解像度を提供するエンコーダを追加します。

ハーモニックドライブは、バックラッシュがゼロであるとよく言われます。

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

最も簡単なことは、ベルトドライブと連動したステッパーを使用することです。ベルトには多少のばねがありますが、バックラッシュはほとんどありません（？）。

次のように編集します。