Stepper Motor Control for 4th axis cnc

The project tries in the first instance to solve the rotation of a plate (it could be the 4th axis of CNC) coupled to a transmission of the type worm and crown, from a position of reference Home to a desired fixed position of the same, starting from the Control of a stepper motor.

El proyecto intenta en primera instancia resolver la rotación de un plato (podría ser el 4° eje de CNC) acoplado a una transmisión del tipo sinfín y corona, a partir de una posición de referencia Home hasta una posición fija deseada del mismo, partiendo del control de un motor paso a paso. La velocidad de transición podría modificarse dentro de ciertos límites establecidos por las masas puestas en juego como así también el motor utilizado, pero no es una variable que se modifica en tiempos de ejecución del programa.

Las masas a mover fueron elegidas relativamente pequeñas en relación al torque del motor y la velocidad de giro acotada para evitar la pérdida de pasos de este último.

El problema desde el punto de vista de sistema de control se resuelve a “lazo cerrado”

 

Elementos del sistema:

1)     Actuador: Motor paso a paso acoplado a una transmisión del tipo sinfín y corona

2)     Sensores:

  1. Microswitch (detecta una posición de referencia en circunferencia de corona)
  2. Sensor óptico tipo ranura (detecta una posición de referencia en circunferencia de eje motor)

3)     Unidad de Control:

                   Plaqueta chipkit uno32 de Digilent (arduino uno compatible- factor de forma uno a uno) vinculado mediante cable USB a     Computadora Personal con emulador de terminal.

4)     Interface entre unidad de control y actuador:

Driver de motor integrado A4988 de Allegro montado como “Breakout board”

5)     Fuente de alimentación del conjunto driver-motor.

1)     Interruptores táctiles (tact switch), resistencias de 10 [k] y 330 [Ω], capacitores cerámicos de 10 [nF], capacitores electrolíticos de 10 y 100 [μF]/50 [V], cables de conexión y plaqueta de prueba (breadboard o protoboard).

 

Proceso de construcción del sistema:

Contó con diversas etapas que resumimos a continuación:

1)     Armado de maqueta compuesta por una pequeña caja de transmisión “sinfi” y “corona” (sistema de desplazamiento de cassette VHS de videocasetera) con una relación de transmisión  i=1/122(122 vueltas del sinfín para una vuelta de la corona), acoplado a un motor “paso a paso” (stepper motor) bipolar con un paso angular de 3,75° (96 pasos por vuelta de eje “sinfín”). Para una vuelta de la corona, el motor debe recibir 122x96=11712 pulsos de energía en forma de onda cuadrada de tensión.

2)     Instalación de driver en plaqueta de prueba y cableado a motor y plaqueta chipkit.

3)     Programa que cargado en chipkit, reciba señales en pines de entrada proveniente de pulsadores y sensores de posición angular, y por puerto serie comandos de control vía programa emulador de Terminal, con la siguiente finalidad:

  1.  desplazarse la corona un ángulo de terminado cuya resolución depende del producto del número de dientes de la corona por los pasos del motor para que gire una vuelta completa (para nuestro caso 1/11712= 1/(122x96))
  2. Volver la corona a posición de referencia Home.

4)     Prueba y reformulación de proyecto.

 

Operación del sistema de control:

La plaqueta chipkit posee 4 entradas que se comunican con 4 tap switch ( Reset, Select, Up y Enable) y tiene cargado en su memoria un programa que actuará sobre el sistema arriba mencionado. Además se alimenta y comunica con la computadora mediante el cable USB. Al efectuarse esta conexión se produce un Reset que inicializa el programa mencionado ejecutando el procesador una rutina que comanda el movimiento del motor en la dirección horaria para poner las referencias de la corona y el disco ranurado en “Home”. Luego envía un mensaje al emulador pidiendo al usuario que seleccione las unidades de mil, función que este cumple presionando secuencialmente el boton Up (se visualizan los valores 1000, 2000, etc. hasta cargar el valor deseado). Luego presionando Select aparece el mensaje de que se elija las centenas y se procede de la misma manera con Up. Se continúa así con las otras unidades hasta elegir un número igual o inferior a 11712. Presionando Select una vez más aparece un mensaje diciendo que para disparar el motor se presione Enable. Acción mediante, el motor recibe los pulsos seleccionados para que la corona gire en el sentido antihorario hasta alcanzar la posición deseada. Si volvemos a presionar Enable, la corona se desplaza un ángulo igual a continuación de la recorrida anteriormente y así sucesivamente.

Para volver a Home, se presiona Reset. 

Más detalles ver Body.doxc

Video en link adjunto con nombre "Axis control"