非常に高い精度で回転を追跡

かなり遅い電動回転アームの角度位置を追跡したいのですが（直接駆​​動。下の図を参照）、0.05°未満の角度精度と同様の解像度が必要です。

@gbulmerがコメントで指摘したように、これは、（2×π×10cm）/（360˚/ 0.05）= 0.08 mmの精度で、腕の先端を円周に沿って位置的に追跡することに相当します。

お金をかけずに回転センシングでこのレベルの精度を達成できる、現在実現可能なセンサーまたは電子的方法はありますか？

これは私がこれまで試したもので、最も単純なものから複雑なものまであります。

• デジタルコンパス/磁力計：私はこれから始めました。しかし、明らかに私が探しているパフォーマンスに近いところはありません。

• ロータリーエンコード：ポテンショメーターベース/ホール効果センサーベースのエンコード：十分な解像度を得ることができず、重大な直線性エラーがあります。

• マシンビジョン：アームの先端に光学マーカーを配置し（先端が最長の円弧をトレースするため）、カメラ（OpenCV）を使用してマーカーの位置を追跡しようとしました：アームの回転スパンを考えると、非常に小さな回転をうまく解決できませんでした10x10 cmのエリア。

• 磁気エンコーダー：現在、センサーの中心をモーターのシャフト位置に配置した、AMSの磁気ロータリーエンコーダーであるAS5048の使用を調査しています。このようなもの：

あなたがしていることは可能ですが、あなたがそれを安くするつもりはありません。

.05度（3分の弧）は、7200カウント/回転の解像度、または13ビット（8192）に相当する解像度を意味します。さらに悪いことに、位置ループを作成しようとしているので、少なくとも1ビットの解像度、または14ビットシステムが必要になります。問題は、位置ループが1ビット未満のエラーを検出できないため、アームがドリフトし始めた場合、出力が1ビットオフになるまで角度センサーが検出しないという事実にあります。位置ループはアームを逆方向に駆動し、エラーがゼロに下がるとアームの駆動を停止します。しかし、これにより、反対方向のカウントなどが得られるまでアームが反対方向にスイングします。したがって、たとえば、アームのセンサーカウントを100に維持したい場合、システムは100、101、100を生成します。 、99、100など

光学式エンコーダーをお勧めしますが、14ビット（16,384 ppr）エンコーダーは安くはありません。別の可能性としては、2番目の可能性としてRDCまたはSDC（レゾルバ/デジタルコンバータまたはシンクロ/デジタルコンバータ）を備えたレゾルバまたはシンクロがありますが、これにはさらにコストがかかります。シンクロ/レゾルバには2つの欠点があります。まず、一般的に光学式エンコーダーに取って代わられているため、市場で見つけることができるのはほとんどが余剰ユニットです。第二に、通常、精度は十分ではありません。サイズ23のリゾルバは、通常、約5〜10分のアークで評価されるため、高精度のユニットが必要であり、それを見つけるには幸運が必要です。

Inductosynsは、並外れた解像度と精度を提供しますが、光学式エンコーダーよりもさらにコストがかかります。基本的に、出力を読み取るには高速RDCが必要です。

光学式エンコーダの精度に関する懸念は、特定のメーカーの論文に基づいていますが、それは本質的に恐ろしいことです。エラーの可能性はすべての製造業者で同じであり、リンクされた製造業者は他の製造業者よりも何らかの形で優れているわけではありません。一般的に、精密エンコーダの場合、精度は解像度と同じです。

パラレル出力を備えた光学式エンコーダーを入手することは可能ですが、インクリメンタルエンコーダーを使用して独自のアップ/ダウンカウンターを回転させる方がよいでしょう。このルートを使用する場合、システムの電源を入れるたびに「ホーム」信号を使用して位置カウンターをリセットします。

OPが提案することは、まったく悪い考えではないと思います。彼が使用したいのは既製のリングです：http : //ams.com/eng/Products/Position-Sensors/Magnets/AS5000-MR10-128、128極= 64極ペア。解像度は16ビット= 65536、最大305 rpmです。
高解像度の光学式エンコーダーを分解すると、特別なツールを使用せずに検出器を位置合わせすることはほとんど不可能であることがわかります。実際、この新しい方法を使用すると非常に簡単になります。
リングに適切にフィットするためにターニングマシンが必要になり、センサーを近距離に配置します。特別な位置合わせは必要ありません。センサー自体は、ブレイクアウトボードに既にはんだ付けされているキットバージョンで提供されます。必要なのは、追加のリファレンスセンサー-光検出器とのギャップです。その後、インデックス出力+ ext refセンサーの組み合わせで1極ペア内のエンコーダーを参照できます。

それはブレーンストーミングの質問であり、WhatRoughBeastは私が検討するすべてのものをすでに述べているので、高調波ドライブをリストに追加してみませんか？理論的には（経験的な推定や最初の計算では確認していません）、バックラッシュなしで簡単に20：1のギア比を得ることができ（100：1が一般的です）、必要なステップ数を720 / revに減らします。見てみる価値があるかもしれません。ハーモニックドライブは安価ではありませんが、特にこのギア比では、高解像度センサーよりもはるかに安価です。

13ビットに対応する出力シャフトの解像度が必要な場合は、さらに多くのビットが必要です。閉ループ制御には少なくとも1ビットが必要です。次の問題は、メーカーが解決を広告するが、精度を広告しないということです。正確さを求め続ける必要があります。エラーが繰り返し発生する場合は、ソフトウェア修正を使用して改善できます。

頑丈な屋外ソリューションが必要な場合の別の問題。はいの場合、磁気エンコーダーがオプションです。ただし、磁気エンコーダーには、反復可能な重大な周期的誤差がある場合があります。これは、別の光学式エンコーダーを使用したキャリブレーションプロセスで排除する必要があります。ただし、幅をさらに高精度にしたジグが必要です。

（光学または磁気の）Sin / cos補間は解像度を向上させますが、ランダムエラーも追加します。

希望する精度、特に同心度で製造できる必要があります。また、帯域幅を考慮する必要があります。解像度を上げると、動きが速くなり、許容帯域幅（直交出力の周波数など）を超える可能性があります。それどころか、超スローモーションコントロールは、未発表の興味深い問題を見つけることができる分野です。

（トラック位置だけでなく）コントロールアームの回転が必要な場合は、ダイレクトドライブとトルクの分解能が問題になります。デュアルループは制御に役立ちますが、モーター（ギアボックスの場合はエンコーダー、ステッパーの場合は歩数のカウント）とシャフト位置の検出が必要です。

増分エンコーダーと絶対エンコーダーも基本的な決定事項です。

一般的なアドバイスは、プロジェクトを終了する場合は、高価なプロのコンポーネント（レニショーATOM光学式エンコーダーなど）を使用することです。楽しみのためにプレイしていて、時間が重要でない場合は、問題の再発明（cul-de-sac）、グーグル不可解な問題の発見などを楽しむことができます。必要な精度で装置を製造できるかどうかを再確認してください。

通常、正確な距離を測定するために使用されるデジタルキャリパーに最適なようです。

電子ノギスはどのように機能しますか？

これらは静電容量式エンコーダー（http://www.digikey.com/en/articles/techzone/2012/apr/a-designers-guide-to-encodersで既に見たもの）に似ています。

リニアデジタルキャリパーの電子部品はおそらく再利用できるので、正しいパターンのクォーターディスクを作成するだけで済みます。

PS：精度により、既製のリニアなものでも作業できます。

ここに私の新しいアイデアがありますが、別のステップモーターストーリー:-)

アニメーション画像をクリックして、ディザリングされていないフル解像度を確認します。ここでは、ステップモーターを移動定規として使用します。メインハンドの先端に磁石があります。赤い線は、予想される磁束の方向を示しています。ステップモーターはウィキペディアにあるようなものだと仮定しています。3.6度の完全な1ステップがあります。フィールドの推定線形部分については、3.6 / 0.05 = 72の7ビットの組み合わせが必要です。つまり、通常のMCUの10ビットADCは、より大きな非線形範囲に対して非常にうまく機能します。メカニズムを実行したら、近似パターンを分析し、最も線形の部分を選択します。いくつかのソフトウェアマッピングで線形化し、特定のセットアップのルーラー境界を選択します。

ステップモーターは完璧ではありません。ウィキペディアによると、彼らは歯の間で最大5％のばらつきがあるかもしれません。エラーを測定するには、ルーラーのプライマリ境界線をセカンダリ境界線で拡張します。これは、前の隣接境界線の分析の勾配パターンに従う必要があるだけです。

また、セットアップスケールに影響する可能性のある+/-加速を避けるために、ステップモーターをマイクロステッピングで駆動することをお勧めします。少なくともハーフステッピングを行う必要があると思います。

メカニックを扱うには、まずメカニックから始めます。

大きな（R2）ギアをある角度だけ回転させると、小さなギア（R1）はR2 / R1倍の角度だけ回転します。

したがって、指定された半径（R）で非常に極端な角度精度を扱う場合、n倍の半径（つまりR / n）でn倍の粗い角度精度を扱うことができます。

あなたのケースでは、アームの軸に大きなギアを取り付け、それに小さなギアを取り付けてから、粗いセンサーを小さなギアに接続することができます。

他の多くのギアリング方法が知られていて便利です。wikiから始めてください。

cd-romドライバーの光学システムに見られるような線形メカニズムによって中心のステップを分割するために、手の端に2番目のメカニズムを作成する必要があります。このように、中央にステップモーターを使用してシステム全体をオープンループとして実装し、非常に大きな加速度を避けるためにマイクロステップで駆動することは、簡単で十分かもしれません。

可動アームの周囲の空間の物理的な制限により、このソリューションが除外される可能性がありますが、ここでは別の安価なマシンビジョンアプローチです。精度は、レンズの倍率を変更することで調整できます。

あなたが幸運だと思っていることはわかりませんが、http：//www.inductosyn.com/を検討したいと思うかもしれません

もう1つの非常に興味深いオプションは、腕が定期的に初期（静止）位置にある場合、光学（ゲーミング）マウス、またはより具体的にはそのセンシングシステムを使用することです。

センサーを腕の先端に取り付け、スライドするのに適した（細かい粒子、反射しない）背景を提供します。標準のUSBマウスインターフェースを介してデータを読み出します。

初期位置を調整するには、簡単なセンサーが必要です。これが十分に機能するかどうかを確認するために実験する必要があります。それはほこりに関係なくほとんど動作するはずであり、維持するのは簡単です。

おそらく、ピボットアームの端でリニア光学エンコーダーを使用することを検討し、1インチあたり最大2000行のこのような柔軟なコードストリップを使用することができます。超安価にしたい場合は、このようなリニアエンコーダを使用できますが、1インチあたり最大150ラインしか使用できないため、解像度は40ミクロン（直交エンコーダであるため）です。ドライブシステムのジッターに敏感でない場合は、これをそのまま使用できます。それ以外の場合は、アプリケーションの下に腕を伸ばし、コードをさらに外に出すことができます。DPIが1000以上のプリンターを使用している場合は、独自のコードストリップを印刷することもできます。

幸運を！