Przebieg budowy mojej pierwszej maszyny cnc

dziki-piesiec · Post napisał: **dziki-piesiec** » 21 maja 2008, 13:50

Witam,

Jestem nowy na forum, a ostatnimi czasy zainteresowałem sie ogólnie cnc. Chciałbym w tym wątku opisać przebieg konstrukcji mojej pierwszej maszyny, licząc na podpowiedzi użytkowników. Założenie głowne - ma to być maszyna nisko-budżetowa.

Jakiś czas temu kupiłem trzy aktuatory z ebayu z USA. Miały bardzo atrakcyjną cenę więc się zdecydowałem - miały służyć do budowy maszyny pick&place, ale od pomysłu minęło tyle czasu, że już obsiadły kurzem. Postanowiłem je wykorzystać.

Zaczynam od uruchomienia osi Z.
Aktuator, który do tego wykorzystam jest na zdjęciu. Jak widać jest to śruba kulowa o dużym skoku. Jest on dosyć ciężki. Standardowo miał zamontowany silnik bezszczotkowy AC servo, ale postanowiłem wymienić go na inny - prostszy w sterowaniu zwykły, szczotkowy DC. Silnik DC który wykorzystam do tej osi też załączyłem. Posiada on magnesy trwałe ułożone w gwiazdę - trochę dziwna, chyba nietypowa konstrukcja. Silnik kupiłem na wolumenie od wojskowych.

Do tej pory udało mi się uruchomić sterownik do tego typu silników oparty na IR2184 i mikrokontrolerze AVR wykorzystujący PID. Aktualnie jestem na etapie konstruowania zasilacza - będzie to dosyć "potężna maszyna", gdyż silniki mają po 60W(24V x 3 A) co w szczycie może dać nawet 180 W na silnik. A w dodatku być może trochę je "podkręcę" (pare woltów więcej) gdyż akurat dysponuję takim transformatorem.

Schemat ideowy zasilacza i sterownika załączyłem.

Zamierzam jeszcze dodać ciągły pomiar prądu na mikrokontrolerze(ADC) i wzmacniaczu operacyjnym lub na czujniku halla(zamówiłem 3 sztuki z firmy allegro) - te na hallu raczej będą do następnej konstrukcji.

Będę informował o postępie.
Co o tym myślicie?

Leoo · Post napisał: **Leoo** » 21 maja 2008, 16:17

Bardzo ambitne serwo.
Trzy kanały enkodera, separacja galwaniczna stopnia mocy, brak tylko zabezpieczenia przeciwzwarciowego. Rozumiem, że ta konfiguracja już działa? Czy nie brakuje wydajności procesora, kwarc tylko 16MHz?
Jak Kolega steruje wejściami SD układu IR2184 i jakie wypełnienie PWM udało się uzyskać.

dziki-piesiec · Post napisał: **dziki-piesiec** » 21 maja 2008, 19:42

Konfiguracja działa, a konkretnie używam programu Pana Chana(tzw. smc elm-chan). Chan zrobił kawał dobrej roboty. Dodałem od siebie tylko parę bajerów, a poza tym wszystko to zasługa tego Japończyka.

Szczerze mówiąc jest to projekt wykonywany w celach edukacyjnych, gdyż moim głównym planem jest zbudowanie sterownika na PIC'ach(dspic33fj) oraz IR2130 - do silników trójfazowych bezszczotkowych AC(czyli DC z sinusoidalną BEMF). Chciałem najpierw się przymierzyć do czegoś prostszego, żeby wiedzieć "jak to się je" - stąd też ten projekt.

Osobiście nie mierzyłem wydajności, gdyż nie ustawiłem odpowiednio PIDa(bez obciążenia mija się to z celem), ale "na ławce" układ działał, wprawdzie do zadanej pozycji dochodził z problemami, ale to tylko kwestia konfiguracji PIDa.

Silniki mają 3000 obr/min i zostaną wykorzystane na maxa. PWM działa z częstotliwością niesłyszalną dla człowieka(około 20kHz). Wykorzystanie mocy procesora to jakieś 37%. Równie dobrze można tam wrzucić obsługę jeszcze jednego silnika(brakuje tylko sprzętowych PWM, timerów - dla tego też, nie jest to efektywne skoro nowy procek kosztuje 3 zł).

Ten schemat na kartce papieru to pcb zasilacza - stoję teraz przed wyborem czy go rozłożyć na mniejsze części i chyba tak zrobię, gdyż wprawdzie w skrzynce będzie więcej przewodów, ale za to w przypadku awarii będzie można łatwo wymienić moduł(również zmiana transformatora na wyższe napięcie będzie prostsza, gdyż stabilizatory na +15V mogą obniżyć napięcie z maksimum 40V i gdy zastosuję trafo które po wyprostowaniu da więcej niż 40V - stabilizatory się spalą). Są to problemy chyba czysto techniczne, niby drobnostki, ale w przyszłości mogą bardzo uprzykrzyć życie. Lepiej trochę pomyśleć zanim się coś wykona.

Wejścia SD wiszą w powietrzu. Nie używam ich do niczego i raczej nie będę ich używał. Uważam, że w przypadku awarii lepiej zastosować układ odłączający zasilanie całego systemu. Tak sobie pomyślałem, że jeśli np. zablokują się dwa mosfety i układ będzie dalej jechał w jedną stronę i nie daj boże nie zadziała krańcówka

to wszystko wyleci w powietrze

. I dlatego zrobię zabezpieczenie prądowe(prąd 10 A przez sekundę = odłączanie zasilania silnika i włączenie hamulca na osi Z).
Samo zabezpieczenie prądowe zrobię na osobnym mikrokontrolerze i jego wewnętrznym ADC zgodnie z notami aplikacyjnymi z microchipa: AN984. Jest tam bardzo proste eleganckie rozwiązanie z rezystorem tzw. bocznikiem. Bocznik mam zamiar wykonać z blaszki jakiejś i zmierzyć wartość omomierzem na jakieś 0,05 Oma(straty będą wtedy naprawdę niskie - przeliczyłem to).

Kolejne kroki to:
1. Zasilacz
2. Zamocowanie silnika do śruby
3. Układ zabezpieczenia prądowego
4. Ustawienie PIDa(wprawdzie jestem po Automatyce i Robotyce, ale wbrew pozorom jest to dosyć trudne zadanie)

Może coś z tego wyjdzie.

Może mi ktoś coś powiedzieć na temat ułożenia tych magnesów w silniku? Czy to jest normalne ułożenie?

Leoo · Post napisał: **Leoo** » 22 maja 2008, 19:35

Obawiam się, że kłopot z osiąganiem pozycji to nie przypadek:
https://www.cnc.info.pl/topics12/982.htm?start=30
Jeśli projekt porównywalny byłby z serwem UHU, to nikt nie zawracał by sobie głowy kupowaniem procesorów Ulego, wszyscy wzięli by darmowy elm-chan.

dziki-piesiec · Post napisał: **dziki-piesiec** » 23 maja 2008, 10:40

Owszem być może były problemy, z całym szacunkiem, ale zobacz kiedy te posty były napisane 07-2005, a wersja smc3 jest od 10-2005 więc jeśli były jakieś problemy Chan je zapewne poprawił. Poza tym na innym forum czytałem, że gość zbudował na tym maszynę i działała bezbłędnie - tak więc - nie pozostaje nic innego jak spróbować to uruchomić. Jeśli nie będzie działać to napisze własny kod, ale jak na razie staram się unikać wynajdywania koła. Będę informował na bieżąco.

To UHU działa na jakim kwarcu? Przecież to ta sama rodzina mikrokontrolerów. Równie dobrze ten kod mogę wrzucić na atmegę88, którą można taktować 20Mhz, ale dużego kopa to nie da. Zresztą do 3000 obrotów powinno być ok - wszelkie wyliczenia są na stronie Chana. Nie podoba mi się ta cała maskarada wokół UHU, projekt albo jest za darmo albo nie

Teraz skończyłem projekt zasilacza(3 x PCB) i projekt pcb do sterownika. Mam już też schemat ideowy płytki komparatora z bocznikiem i pomiarem prądu(podziękowania dla Mateusza, który ten schemacik mi na szybko skleił). Dziś zajmę się uruchomieniem tego komparatora i wyświetlaniem prądu na lcd - żeby sprawdzić czy działa jak trzeba, a potem PCB do tego... zakup części i trawienie.
Schematy umieszczę w miarę możliwości czasowych.

Krzysztof

Leoo · Post napisał: **Leoo** » 23 maja 2008, 13:39

Pozwolę sobie przeprowadzić testy serwa smc elm-chan w nowej wersji.

dziki-piesiec · Post napisał: **dziki-piesiec** » 23 maja 2008, 20:27

Dzisiaj udało mi się sprzęgnąć silnik z jedną śrubą - jak dla mnie było to wyjątkowe wyzwanie - podłączyłem całość pod smc3 i coś się przesuwa - trochę pokombinowałem z PIDem i po prostu muszę stwierdzić, że to działa bardzo fajnie. Regulator PID ustawiałem metodą prób i błędów.

Wprawdzie zadając powyżej 20000 kroków zapalała się dioda informująca o błędzie servo, ale wydaje mi się, że jest to kwestia skonfigurowania. Nie będę teraz tego robił bo najpierw potrzebuję konkretny zasilacz(na razie zasilam silnik zasilaczem o regulowanym napięciu, na marginesie - od laptopa mojej Żony).

Na zdjęciu widać cały aktuator podpięty do sterownika. Musiałem wykombinować taką blaszkę, żeby zamocować silnik, ale udało się. Bez tokarki i pomocy się nie obyło.
Wydrukowałem schematy pcb, gdyż chciałem zobaczyć jak to wyjdzie przestrzennie oraz musiałem rozplanować wejścia i wyjścia, aby w przyszłości była jak najmniejsza plątanina przewodów.

Kompletne schematy załączę po sprawdzeniu czy to działa. Ogólnie jakiś postęp jest.

pukury · Post napisał: **pukury** » 23 maja 2008, 22:07

witam !
bardzi interesują mnie efekty Twoich działań .
potrzebuję COŚ co będzie sterowało silnikiem z zapewnieniem stałych obrotów - a ten projekt może się nadać .
jeden Kol. z forum ( nie pamiętam nicka ) podesłał mi fotki płytek do tego ( prawie ) układu .
pisał że działa .
z procków jestem cieniutki i jakoś tak " zeszło " .
ozdrawiam !

Leoo · Post napisał: **Leoo** » 23 maja 2008, 22:27

pukury pisze:z procków jestem cieniutki i jakoś tak " zeszło " .

Najwyższy czas wziąć się za robotę;)

pukury · Post napisał: **pukury** » 23 maja 2008, 23:12

witam !
coś w tym jest - wziąć się za robotę

.
tylko kiedy ? - jak tak szybko lutuję że nie ma kiedy włączyć lutownicy .
jak w tym kawale z taczkami - tak szybko robota leci że nie ma kiedy taczek załadować .
jak się wygrzebię z tego co teraz robię - aparaty cyfrowe ( przeróbka na wyzwalanie , zasilanie zewnętrzne ) muszę się zabrać za procki - nie ucieknę od tego problemu .
pozdrawiam !

Przebieg budowy mojej pierwszej maszyny cnc