Low Cost CNC.

Estou, neste momento, envolvido num projeto cujo objetivo é contruir uma CNC utilizando motores DC com encoder e um arduino Mega. Neste projeto deverá ser implementado o controlo de velocidade e posição recorrendo a algoritmos PID/PI. Brevemente será publicado um tutorial extenso com informação detalhada, quer teórica quer prática, relativa a todos os dominios a considerar no âmbito da construção de uma CNC. Para já, apresentam-se alguns videos não editados, que ilustram algumas das fases relativas ao projeto:

Protótipo

1- Neste video, apresenta-se o primeiro protótipo desenvolvido. Os eixos moviam-se  através de rolamentos sobre perfil de alumínio e não existiam guias. Pelo facto de não existirem guias e a extremidade do eixo oposta ao acoplamento estar livre, por vezes, era bastante visível um movimento oscilatório (por isso numa parte do vídeo é visivel que tento segurar o eixo com a mão). 

 

Controlo via JoyStick

2- Uma das primeiras funcionalidades que testei foi o controlo através de joystick

Low Cost CNC with DC Motors - joystick control from AKA NERD on Vimeo.

 

Sintonização dos parâmetros PID

3- Este vídeo mostra a aplicação em processing, utilizada para ajustar os parametros PID e visualizar a resposta do Sistema a uma dada variação da entrada. A linha verde representa o SETPOINT, a linha vermelha é o input a azul o OUTPUT. É evidente o overshoot que existe em alguns movimentos, com a linha vermelha a ultrapassar apreciavelmente a linha verde. Os parâmetros foram mais tarde optimizados.

 

4- Alteração à cadeia cinemática, movendo-se os eixos agora através de guias para gavetas com esferas recirculantes. No vídeo, quando pareço estar a acariciar os componentes da máquina, estou na verdade a tentar mostrar que não existem grandes folgas e tem muita mais estabilidade que a versão anterior, perdendo importância o facto de uma extremidade do eixo estar solta/livre.  

 

5- Comportamento do controlador PID já com a nova cadeia cinemática. Verifica-se que é muito mais lento a atingir o SETPOINT e o overshoot é virtualmente nulo.

 

6 - Reacção do controlador PID às perturbações provocadas no sistema. No video percebe-se que o controlador reage no sentido de se opor a essas perturbações. É necessário aplicar uma força apreciável para mover o "eixo" e uma vez que tal é conseguido, o controlador PID reage (tanto mais agressivamente quanto maior o afastamento em relação ao valor de Setpoint) por forma a atingir o Setpoint novamente.

Low cost CNC from AKA NERD on Vimeo.

 

Interpolação 

7 - Interpolação Linear - No video apresenta-se uma primeira tentativa de efectuar interoplação linear. Depois de pesquisar muitos algoritmos e métodos de implementação da mesma, acabei por me inspirar no controlo diferencial da direcção de um automóvel. Codifiquei aquela que seria uma simplificação do mesmo e surpreendentemente ou não, os resultados não são assim tão maus. Após alguns resultados iniciais francamente maus, com pequenos ajustamentos, têm-se obtido aproximações sucessivas do resultado expectável.

 

akanerd

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