在二维平面上准确移动对象的方法

电器工程 传感器 发动机 距离 执行器 移动
2022-01-17 20:53:53

这是我之前的问题的相反/补充,它涉及测量物体在短时间内被某人移动/绘制时的精确位置。假设我使用@Rocketmagnet 建议的方法之一(可能使用线性编码器),接下来:

假设我已经跟踪/记录了 XY 位置数据,因为某个对象通过某个模式在某个二维平面上任意移动:

目标:现在我希望对象复制相同的记录运动模式,即,我希望对象通过相同的 XY 位置移动——但这次是自动化的。

换句话说,我希望系统将对象从记录的(X1,Y1)到(X2,Y2)到(X3,Y3)等等。同样,完全受限于 2D 平面/曲面,如下所示:

在此处输入图像描述

约束:

  • 我想要物体的相当受控/准确的运动,误差不超过 0.5 毫米。
  • 对象移动的点域将跨越 30cm X 30cm 的正方形。
  • 点之间的确切持续时间/路径并不重要——因为我将拥有一个相当丰富的点集(因此它已经非常接近连续移动)。

我为此考虑过的一个潜在解决方案(我认为一个易于实施的解决方案)是使用放置在边缘但以某种方式连接到对象的电机。但我不确定如何以同时允许 2 个自由度的方式连接它们,此外,我不确定如何/是否可以使用电机达到所需的运动精度。

所以我的问题是:对于这种精确控制的二维运动,我可以尝试哪些潜在的方法?目前我的设置几乎没有物理限制,所以我愿意玩弄任何复杂程度的(合理的)实现!

一个好消息是:由于我将拥有一个精确的测量/跟踪系统(来自上一个问题),因此可以在运动过程中集成反馈/校准,如果我想确保 0.5,这将是必不可少的mm 最大误差。

编辑:如果对确切的应用感兴趣:该系统是我对动作复制的简化电子艺术演示的尝试,即记录一个人的动作,然后在一段时间后或在复制系统上复制它附近。我最初尝试使用形状记忆合金(特别是镍钛诺),但记录多点形状的 3-D 运动并不容易(远非如此!),因此我将 2 上的“单点”对象简化为-D 平面。

4个回答

您不妨将测量和复制组合到一个系统中。让我从我之前对您的问题的回答开始:想法 4

您已经设置了直线轴承和编码器来测量物体的运动。现在您需要做的就是启动这些轴承。通常,如果您要构建一台 CNC 铣床之类的东西,并且想要驱动线性运动,您会使用滚珠丝杠和步进电机。

滚珠丝杠

这些问题是它们不可反向驱动,因此您将无法自己移动对象。两种选择:

  1. 添加力传感器(使用应变计)。现在系统可以检测到你在物体上的推力,它会驱动电机,制造出根本没有电机的错觉。如果您仔细操作并且电机足够快,这将非常有效。这称为主动合规
  2. 使用直线电机这些在无动力时是完全可反向驱动的。

直线电机


好消息是,如果您负担得起,您可以从AerotechBaldor Motion等公司购买完整的直线电机运动系统。或者,您可以请一家小型机器人工程公司为您构建整个系统。同样,这些系统非常准确。它们用于 0.01mm 精度是常见要求的地方,甚至 0.001mm 精度(但你确实需要一个温度受控的环境)。

根据您的编辑,我认为我的涉及直线电机的解决方案有点过头了。您的应用程序只是一个再现某人绘画的艺术演示。虽然这需要具有良好的控制和分辨率才能进行忠实的复制,但它确实不需要您最初指定的精度。

首先,我们应该澄清一些经常被误解的术语:准确性、分辨率和可重复性。我建议阅读 Wikipedia 文章Accuracy and precision

您需要的是测量部分的良好分辨率,可能是 0.1mm。您可能需要相当好的可重复性,再说一次,比如说 0.1 毫米。但是,您实际上并不需要很高的准确性。例如,如果复制品总是与原件相同,但向左偏移 3 毫米,那么我相信您会很高兴。同样,如果复制太大了 0.5% 怎么办?那真的会有问题吗?

对于测量阶段,我建议使用弦壶。它们很容易设置。

对于复制阶段,您要制作的是绘图仪。

绘图仪

这些并不难自己制作,而且人们一直在制作它们。例如,查看Contractor Plotter或网络上的许多其他示例

在此处输入图像描述 这是我记得看到的最聪明的解决方案之一:“I” = Idler “D” = 驱动 深灰色平台连接到幻灯片 #3,4 浅灰色平台连接到幻灯片 #1,2 固定在深灰色平台

电缆是一条细线,缠绕在“H”形的惰轮和滑轮上

电缆固定在浅灰色平台上(箭头所示)

如果从动皮带轮以相同的速率以相反的方向(CW 和 CCW)驱动。更大的平台在页面上下翻译。

如果从动滑轮以相同的方向运行(都是逆时针方向),则较小的平台在页面左右的大平台上运行。

改变从动滑轮的速率和方向意味着您可以向任何您想要的方向平移。

在“D”皮带轮上使用步进电机。

实现 2D 绘图仪的另一种方法是:

二维绘图仪

它被用来在心灵的Mind Out节上绘制一些大型图纸。

正如您所看到的,它与使用字符串电位器的二维测量非常相似,将电位器替换为电机。