基本的PCB拾取和放置该设计如何？

我对任何严肃的机械设计都没有零经验，但是出于必要性和好奇心，我正在尝试构建一个拾放机（用于我的爱好项目以及小批量PCB生产），但是这是一个非常基本的版本它，针对我自己的典型应用进行了定制。

规格：我正在尝试使用以下方法构建系统：

• 成本<100美元（不包括真空拾取器，显微镜等）
• 面板/面板面积：约 一平方英尺（不重要）
• 在5秒内拾取并放置大约1个零件的速度（不重要）。
• “探针”（参见下图）旨在用作真空拾音器（以及连接的微型USB数字显微镜）
• 分辨率/步长为0.3毫米或更小（我最小的脚印是1206电阻和3毫米QFN）。
• 准确性和可重复性不太重要，因为我可以通过USB显微镜对过程进行直观/放大的监控。

我的第一个初稿是非常准系统的结构，到目前为止包括3个步进器，3个螺纹杆，一个USB显微镜和一个真空吸盘：

操作方式：

• 在我的PC上，对于要放置的每个零件，我都存储其对应的卷带盘的（X，Y）坐标以及PCB上目标位置的坐标。
• Y轴电机/杆/拾取器移动到卷带盘并拾取零件，然后沿Y轴移动到PCB上目标位置的Y坐标。
• X轴电机/杆/ PCB沿X轴移动，以便也允许X坐标对齐。
• Z轴电机/杆/零件下降到PCB放置零件，然后上升。
• 重复直到完成。
• 我通过在PC监视器上查看的数字显微镜来监督任何未对准或零件遗漏等情况。
• 如果在此期间需要进行任何调整，我可以使用计算机手动暂停并调整位置/动作。

这是我的问题：

1. 上面绘制的机械装置是否太简单而无法完成机芯？根据我对一些文献的阅读并观看了一些拾取和放置的视频，这些系统在构建形式上看起来更加复杂，并且只有PCB或真空拾音器移动，不能同时移动-而在我看来，我有一个移动沿X轴，另一个沿Y轴（以简化阶段/构建）。

2. 您会想到哪些关键因素将使0.25毫米或更佳的分辨率成为可能？我认为步进/电动机（例如，步进/旋转）是一个很好的选择。

3. 我看到一个可笑的主要缺陷：三个杆中的任何一个旋转都会导致PCB或真空拾取器或拾取的零件分别与杆一起旋转！有任何简单的修改可以解决此问题吗？

许多自制的拾放机与CNC铣床非常相似，这是您应从中汲取灵感的地方。

机器由三个线性轴组成，每个线性轴包括：

• 某种线性轴承或导轨，以使轴自由滑动。
• 某种马达来驱动机芯。

这两个部分可能会占您机器成本的大部分。您的预算非常紧张；您每根轴的价格不到20美元！我很想说这是不可能的，但是我讨厌反对者，而且我喜欢挑战。

正如您已经指出的那样，您的设计存在缺陷，因为没有什么可以真正阻止螺杆上零件的旋转。它还缺少重要的旋转轴，该轴需要在放置之前将零件旋转到正确的方向。有些设计通过以下方式来解决此问题：放置一些零件，然后要求操作员将PCB旋转90º，然后放置更多零件，等等。您可能希望采用此选项。

真正的问题是预算，您将不得不非常努力地自己制造许多零件（可以制造的零件），或者以某种方式廉价地找到那些零件（也许是从损坏的机器中找到）。您所看到的地方之一是旧打印机。它们包含相当不错的线性导轨，您可以挽救它们，包括快速电动机和编码器条。

马达：您可以选择两种马达：

• 伺服电机。您基本上将自己动手做这些。它们由直流电动机，驱动电动机的电子设备，用于测量电动机位置的传感器以及控制器组成，该控制器计算向电动机施加多少功率以使其快速准确地到达正确位置。
• 步进电机。这种类型的马达不能自由旋转，而是可以命令一次移动一步。您不需要位置传感器，但确实需要跟踪您在每个方向上已经执行了多少步才能确切知道您的位置，以及走多远才能到达下一个位置。

我建议使用步进电机方法。大多数小型CNC机器都使用这些。您还应该尝试找到支持微步进的驱动程序。这不仅可以提高分辨率，而且还可以克服某些速度下的共振。如果要快速运动，则需要加速。如果您正在加速，则很可能会达到电动机的共振速度而错过步距。

分辨率：高分辨率并不难实现。例如，如果您使用每转200步的步进电机，驱动M8螺杆（螺距为1.25mm），则可以期望每步产生1.25mm / 200 = 0.00625mm的运动。但是，这并不意味着您的机器精度为0.00625mm。螺纹的非线性，间隙，步距漂移和其他因素会共同增加您的误差。

软件：为这种机器编写软件并不困难，但是这需要花费时间。为什么不签出The Open PNP Project。他们的软件已经充满了功能。

复杂：不幸的是，与所有机器人技术项目一样，您一开始就拥有宏伟的简单目标。您通常可以使简单的事情快速运行，但是最终发现您确实需要很多复杂性才能使事情长期可靠，良好地运行。PCB在一个轴上移动，而磁头在另一轴上移动没有特别的问题。有人可能认为移动中的PCB会摇晃元件，但这不太可能成为问题。组件通常非常轻（除非您要放置大型连接器或非常大的IC），并且它们被粘在焊膏中。我经常笨拙地将PCB装到回流焊炉中，但我从未见过有零件滑出位置。但是，如果您要放置很多零件，那么您要移动相当大的桌子，并且

拾取：这将是另一个昂贵的零件，除非您想用吸管来拾取每个零件。真空泵可能会非常昂贵（如果您的预算仅为100美元），并且您还需要一个阀门。您可能还需要制作一个可拆卸的抓头，以便可以拾取不同尺寸的零件。小零件（显然）需要一个小管，但大零件则需要一个较大的管，因为它们较重，并且需要更大的表面积才能运行真空。

让我惊讶的第一件事是您的陈述，即您基本上没有机械设计经验。您实际上只能从中学到一些东西。建立东西！

我们的设计基本上可以正常工作，但是我相信即使有一点经验，您也会想到改进。因此，请购买一些便宜的丝杠和螺母，耦合器或同步带，并构建一个可以简单地以所需精度来回转换的单级。如果您总是将齿隙推出，则甚至可以使用五金件商店的螺杆和螺母。实际上，您肯定需要学习处理一个术语：反弹。

我是认真的：在您对此进行深入思考之前，请使用抽屉滑轨，螺杆和步进电机来构建简单的东西。成本将低于20美元，您将学到很多吨。

我处理移动精密机械的代码，令人惊讶的是，有很多机会出错。