如何通过电机实现非常精确/精细的旋转

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我正在做一个实验，我需要旋转一个轻质的刻度盘（<5克，所以扭矩要求非常低，而且相当缓慢），但是需要做非常精确的0.03度的精细步调。

这样的事情（在这里显示为直接驱动器，但是我可以接受其他选项，如下所述）：

对于我的目标，以下哪种电机设置/方法最有可能成功？

一个典型的步进电机（例如1.8度步进）并使用128微步进？但是，本文指出，微步进只能实现分辨率，而不能达到精度。
像本例那样的带有行星齿轮箱（比率为51：1）的步进器，还是会遭受过多的反冲？
无刷直流电动机和磁性旋转编码器（如AS5048（14位分辨率））一起编写自己的PID回路以达到所需位置？
步进器与磁性旋转编码器相结合以跟踪真实方向，因此将其用作反馈，以纠正齿轮箱（方法2）中的反冲或微步进情况（方法1）中的遗漏步伐？
还是其他方法？

注：我已阅读存在着工业级伺服系统可轻松实现0.03度的目标，但这些方式我的预算，所以我希望在调整和学习成本较便宜的解决方案。

— 木板咬
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每个问题2.阅读您提供的链接。该特定电动机的反冲在1度范围内。

— WhatRoughBeast 2015年

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由于您只需要很小的扭矩，简单的弹簧式防反冲装置应可让您使用任何蜗杆或齿轮箱，而不必担心反冲。选择电动机/齿轮箱布置的其他属性。

— Brian Drummond 2015年

如果您不需要拨盘完全旋转，则可以使用

— 振镜

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我会给您一些建议，但是您需要做的第一件事是意识到您正在尝试的事情可能超出您的能力范围。.03度（1/2弧度或2分钟弧度）需要非常小心，并且可能需要进入良好的机加工车间。

为了：

1）保持对微步进的警惕是正确的。它根本不会给您所需的精度。这篇文章很正确。

2）带有某种变速箱的步进器可以很好地工作。但是您需要一个高精度齿轮箱，而且价格也不便宜。很难找到兼顾您的低扭矩，低速，高精度需求的变速箱。您尚未指定确切的用途，但请记住，如果在操作过程中不需要反向运动，则对齿隙的要求几乎会消失。正如wini_i回答的那样，蜗轮蜗杆减速机可以很好地工作，但是请注意，安装齿轮需要相当高的精度。

3）可以使用带编码器的电动机，但是存在一些问题。最大的问题是您需要一个分辨率至少为系统要求两倍的编码器。数字编码器的困难在于，如果轴由于电动机转矩而开始漂移，则直到编码器迈出一步，您才知道它。然后，它可能会以另一种方式漂移，直到产生反向步等。结果，使用这样的编码器来稳定定位系统非常具有挑战性，而简单的PID控制器就不够用了。此外，尝试从诸如AS5048之类的设备上滚动自己的编码器还存在很多网站未提及的问题。其中最主要的是需要相对于轴的中心精确地定位感测区域的中心。分辨率越高，

4）带编码器的步进器听起来不错，但不能补偿某些机械误差。具体来说，它无法解决齿隙问题。这种系统最可能的结果是，它会在两个机械轴位置之间不断摆动。可以补偿微步进误差（可能），但轴承摩擦和静摩擦可能会像齿轮间隙那样产生明显的结果。

5）其他？也许。也许您的系统不需要实际执行。如果它转得很慢且精确呢？在这种情况下，您不需要位置环，而需要速度环，其速度来自增量编码器（远比并行编码器便宜）。原则上，您可以使用直接安装在电机轴上的拨盘，但要制成相当大的拨盘，其惯性可以补偿轴承不规则或电机故障等干扰。

但是，让我们坚持使用齿轮式步进器。我倾向于丹尼尔（Daniel）的观点，即最好的选择是同步带/正时齿轮装置。有一些注意事项。您将需要尽可能精细的同步带齿轮节距，最好是MXL系列。您的.03度分辨率每转可提供12,000步，这意味着您需要使用1.8度步进器将比例降低60：1。这是个问题。如果电机皮带轮有10个齿，则表盘需要600个齿带轮，您将找不到其中之一。您需要尝试两种方法之一。要么使用两步缩小，要么尝试x8微步，然后再进行7.5：1缩小。一个x8的微步使电机的步进（名义上）为正常值的12.5％，如果电机的精度为5％，则应该没问题。您' 此外，还需要尽力保持皮带张力恒定，以减少系统中的间隙。您需要为电动机和转盘进行牢固的固定，这是一个好的机械加工厂所在的地方。根据转盘所连接的部件，使转盘在轴上居中居中也很重要。您的负载扭矩非常低的事实将有很大帮助。

— 什么野兽
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多么奇妙的分析-肯定是我在SE中遇到的最有用的答案之一！

— 2015年

关于＃2：是的，假设我的实验在表盘存在期间仅以一种方式旋转是可以的-即，我可以通过像时钟一样移动达到目标方向（例如，仅顺时针方向）来实现。在这种情况下，无论我在单向旋转时是否在加速和减速，我都可以完全忽略反向间隙的问题吗？

— 2015年

@boardbite-如果沿一个方向运行转盘，则可以消除大多数反冲问题。但是，除非您以恒定的速度和负载（包括摩擦力）运行，否则仍然会有一些影响。如果迈出脚步，则当表盘停止转动时，它可能会略微反弹（就像停下来的汽车一样），这会降低您的准确性。究竟要获得多少效果，是需要通过实验找到的。添加有意的摩擦负载会有所帮助，并且大的减速比会产生很大的扭矩，因此这不一定是问题。但是高精度很难。

— WhatRoughBeast 2015年

您在＃2中提到了齿轮式步进电机，并在最后......您对使用这种带有齿轮减速装置的电机有什么看法，该电机声称每步0.0072度，这是现实的吗？

— 2015年

@boardbite我怀疑这个单位会做你所需要的。当然，您必须获得5相步进驱动器。但是，我无法快速找到电动机的数据表，因此如果没有实际的性能规格，我将无法保证。

— WhatRoughBeast

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蜗轮驱动器可以满足您的需求。通过选择齿轮的尺寸，您可以控制分辨率，并且通过控制齿轮的啮合度，可以保证精度。直接驱动蠕虫以获得最佳效果，并添加可以提供所需分辨率的编码器。

— vini_i
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如果我采用这种配置（即，我的拨盘连接到蜗轮上），并且可以通过选择适当的蜗杆组合规格来保证准确性，那么编码器的作用是什么？

— 2015年

电动机将被固定在蜗轮上。您不能以其他方式驾驶它。如果您使用步进器，则可能不需要编码器。

— 丹尼尔（Daniel）

@vini_i：在哪里可以得到这些轮/蜗杆/轴的组合？Thingiverse拥有一堆3D可打印的蠕虫+轮组合可编程大小的设计，我猜这可能有用吗？

— 2015年

对于此类应用，您需要合适的机加工蜗轮-可能是黄铜。机械零件供应商很多，值得一提的是（具有国际影响力的）Misumi。您可能需要对接合进行一些调整，以免产生反冲。

— 克里斯·H

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记住要润滑得好！蜗轮传动装置涉及很多摩擦。

— 2015年

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谐波驱动器通常被认为具有零背隙。

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

— 马尔科·布尔希奇（MarkoBuršič）
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对于OP的问题，这是一个非常好的解决方案。唯一的问题可能是预算，这样的减速器可能很昂贵。您可以购买带有集成电机和编码器的产品，例如谐波驱动器.net / products / actuators / sha，它们对于高精度检测应用等非常有用。

— Doug McClean 2015年

@DougMcClean：啊，旧的“太贵了，他们的网站没有列出价格”！你认为像3D打印解决方案这一否则这可能会奏效合理的，或者是谐波传动性能严重依赖于零件的质量？

— 2015年

@DougMcClean：我发现了一些东西！将像这种电机这项工作做得很好？它声称内置了谐波齿轮减速器，并且图像状态为0.0072度/步。

— 2015年

@boardbite它具有5相步进器，很难找到合适的驱动器。 ebay.com/itm/... ebay.com/itm/...

— 马尔科Buršič

@boardbite是的，那些是非常好的电机，我已经看到它们在类似的应用程序中使用过。马可是正确的，因为很难找到一个驱动程序，但是东方汽车公司用这些电机来出售它们。

— 道格·麦克林

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最简单的方法是使用带皮带传动装置的步进机。皮带会有一些弹簧，但是反弹很少（没有？）。

像这样编辑：

— 丹尼尔
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您能提供您的意思的图片吗？您是说在皮带轮上使用同步皮带，在步进轴上使用小皮带轮，在其他地方使用大皮带轮/圆盘吗？

— 2015年

在电动机上放一个小齿轮，在表盘上放一个大齿轮，并在它们之间放一个齿形皮带。答案已编辑。

— 丹尼尔（Daniel）

得到它了; 谢谢您-这似乎是最便宜，最快的实现方式。这里的第二马达无关紧要，对吧？即使在我的应用程序之外，我也不明白为什么需要通过这样的皮带系统将两个电机配对。

— 2015年

那只是我发现的照片。这是一个“主轴转换套件”，用于通过改造后的步进电机驱动主轴。我不知道它的用途是什么。

— 丹尼尔（Daniel）