Métodos para mover con precisión un objeto a través de un plano 2D

Este es el opuesto / complemento de mi pregunta anterior , que se refería a medir la posición precisa de un objeto cuando alguien lo mueve / dibuja durante un período corto. Suponiendo que use uno de los enfoques sugeridos de @ Rocketmagnet (probablemente usando codificadores lineales), a continuación:

Supongamos que he rastreado / registrado los datos de posición XY a medida que alguien mueve arbitrariamente un patrón a través de un plano 2D:

Objetivo: ahora me gustaría que el objeto repita el mismo patrón de movimiento registrado, es decir, me gustaría que el objeto se mueva a través de las mismas posiciones XY, pero esta vez automatizado.

En otras palabras, me gustaría que el sistema transportara / desplazara el objeto de lo grabado (X1, Y1) a (X2, Y2) a (X3, Y3) y así sucesivamente. De nuevo, completamente limitado a un plano / superficie 2D, así:

Restricciones:

• Me gustaría un movimiento bastante controlado / preciso del objeto, con un error no mayor de 0.5 mm.
• El dominio de puntos para que el objeto se mueva se extenderá a través de un cuadrado de 30 cm X 30 cm.
• La duración / ruta exacta entre los puntos NO es crítica, ya que tendré un conjunto de puntos bastante bien poblado (por lo que ya estará bastante cerca del movimiento continuo).

La única solución potencial que he considerado para esto (y creo que es fácil de implementar) es usar motores colocados en los bordes pero conectados de alguna manera al objeto. Pero no estoy seguro de cómo conectarlos de una manera que permita 2 grados de libertad simultáneamente, y además, no estoy seguro de cómo / si es posible lograr la precisión de movimiento deseada usando motores.

Entonces mi pregunta es: ¿Cuáles son los métodos potenciales que puedo probar para este tipo de movimiento bidimensional controlado con precisión? ¡Hay muy pocas limitaciones físicas en mi configuración tal como está actualmente, por lo que estoy dispuesto a jugar con implementaciones (razonables) de cualquier nivel de complejidad!

Una buena noticia es: dado que tendré un sistema preciso de medición / seguimiento (de la pregunta anterior ), sería posible integrar la retroalimentación / calibración durante el movimiento, lo que supongo que será esencial si quiero asegurar el 0.5 mm error máximo.

EDITAR: en caso de que la aplicación exacta sea de interés: el sistema es mi intento de una demostración simplificada de arte-electrónica de replicación de acción, es decir, la acción de una persona se registra y luego se duplica después de un período o en un sistema duplicado cerca. Inicialmente intenté trabajar con aleaciones con memoria de forma (específicamente nitinol), pero registrar un movimiento tridimensional de una forma multipunto no fue fácil (¡LEJOS!), De ahí mi simplificación a un objeto de "punto único" a través de un 2 -D plano.

También podría combinar la medición y la replicación en un solo sistema. Permítanme comenzar con mi respuesta anterior a su pregunta: Idea 4

Ya tiene rodamientos lineales y codificadores configurados para medir el movimiento del objeto. Ahora todo lo que necesita hacer es accionar esos rodamientos. Normalmente, si estuviera construyendo algo así como una fresadora CNC, y quisiera accionar movimientos lineales, usaría un tornillo de bola y un motor paso a paso.

El problema con estos es que no se pueden conducir hacia atrás y, por lo tanto, no podrá mover el objeto usted mismo. Dos opciones:

1. Agregue sensores de fuerza (utilizando medidores de tensión ). Ahora el sistema puede detectar que está presionando el objeto, e impulsará el motor para crear la ilusión de que no hay ningún motor allí. Esto puede funcionar extremadamente bien si lo hace con cuidado y si el motor es lo suficientemente rápido. Esto se conoce como cumplimiento activo .
2. Utiliza motores lineales . Estos son completamente manejables cuando no tienen energía.

La buena noticia es que, si puede permitírselo, puede comprar sistemas completos de movimiento lineal de motores de compañías como Aerotech o Baldor Motion . Alternativamente, puede pedirle a una pequeña empresa de ingeniería robótica que construya todo el sistema. De nuevo, estos sistemas son muy precisos. Se usan donde la precisión de 0.01 mm es un requisito común, e incluso la precisión de 0.001 mm (pero realmente se necesita un entorno con temperatura controlada).

Según su edición, creo que mi solución con motores lineales es un poco exagerada. Su aplicación es simplemente una demostración de arte que reproduce el dibujo de alguien. Si bien esto debe tener un buen control y resolución para hacer una reproducción fiel, realmente no necesita la precisión que especificó originalmente.

Primero debemos aclarar algunos términos a menudo mal entendidos: precisión, resolución y repetibilidad. Sugiero leer el artículo de Wikipedia Exactitud y precisión .

Lo que necesita es una buena resolución en la parte de medición, probablemente 0.1 mm. Probablemente necesite una repetibilidad bastante buena, de nuevo, digamos 0.1 mm. Sin embargo, realmente no necesitas una gran precisión. Por ejemplo, si la reproducción siempre salió idéntica al original, pero con un desplazamiento de 3 mm a la izquierda, entonces estoy seguro de que estará contento. Del mismo modo, ¿qué pasa si la reproducción fue 0.5% demasiado grande? ¿Sería realmente un problema?

Para la fase de medición, recomiendo usar los potes de cuerda. Son fáciles de configurar.

Para la fase de reproducción, lo que quieres hacer es un trazador.

Estos no son difíciles de hacer, y la gente los hace todo el tiempo. Echa un vistazo a Contraptor Plotter, por ejemplo. O los muchos otros ejemplos en la web.

Recuerdo haber visto esta una de las soluciones más inteligentes para esto: "I" = Idler "D" = accionada. La plataforma gris oscuro está unida a las diapositivas # 3,4. La plataforma gris claro está unida a las diapositivas # 1,2 que están ancladas al gris oscuro. plataforma

El cable es una línea delgada que se enrolla alrededor de los rodillos y las poleas en la figura de una "H"

El cable está anclado a la plataforma gris claro (se muestra con una flecha)

Si las poleas accionadas se conducen en direcciones opuestas (CW y CCW) a la misma velocidad. Una plataforma más grande se traduce arriba y abajo de la página.

Si las poleas conducidas corren en la misma dirección (ambas en sentido horario), la plataforma más pequeña corre en la parte superior en la plataforma grande hacia la izquierda y hacia la derecha en la página.

Cambiar las velocidades y las direcciones de las poleas accionadas significa que puede traducir en cualquier dirección que desee.

Use motores paso a paso en las poleas "D".

Una forma más de implementar un trazador 2D es esta:

Se usó para trazar algunos dibujos grandes en el festival Mind Out de la mente.

Como puede ver, es muy similar a la medición 2D que usa macetas de cuerdas, reemplazando las macetas con motores.