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Thema: Schrittmotoren & Ansteuerung

  1. #1
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Schrittmotoren & Ansteuerung

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    Halli Hallo Com .
    Ich bin neu hier im Forum, also habt Nachsicht, wenn es bereits ein Thema gibt was meine Frage(n) beantwortet. Die Suche habe ich bereits benutzt, habe jedoch nichts gefunden was mir >wirklich< weiterhilft.

    Also vorerst etwas Allgemeines zu meinem Vorhaben:
    Ich habe vor einen Roboter zu bauen, welcher über 2 vordere Motoren gelenkt, bzw. "gefahren" wird. Am Heck ist ein 3. Rad befestigt welches sich um 360° drehen kann. Als Microcontroller benutzte ich einen Arduino UNO, welcher momentan noch nicht wirklich gefordert wird, da ich ja nur gerade aus, links, rechts fahren möchte.

    Nun zu meiner eigentlichen Frage/Fragen:
    Soweit ich mich hier im Forum durchgelesen habe wird als Antrieb ein Schrittmotor empfohlen (bzw. 2). Da es wie bereits gesagt ein Antrieb werden soll denke ich da momentan in Richtung Bipolaren Schrittmotor, da dieser einen höheren Drehmoment hat. Unter anderem soll der Roboter später Glasflaschen tragen können.
    -Liege ich also mit meiner Vermutung richtig das der Bipolare Schrittmotor sich am besten für meinen Antrieb eignet? Wenn nein, was würde dann in Frage kommen?
    -Wenn es dennoch tatsächlich so ist, wie ich vermute: Was muss ich an Motorsteuerung benutzten? Soweit ich es bisher verstanden habe, benötigt man z.b. eine Schaltung aus den IC's L297 und L298. Wobei ich vor dem nächsten Problem stehe. Nach der eben genannten Schaltung gibt es beim L297 einen Pin den man mit dem μC ansteuert um den Motor einen Schritt weiter zu bewegen. Soweit so gut. Doch mit welcher Verzögerung soll ich diesen Pin ansprechen, ich glaube nicht das der Motor mit dem Tempo des μC mithalten kann .
    -Wenn das geklärt ist, würde meine letzte Frage folgende sein: Ich habe gehört, dass es für die IC's(L297, L298 ) schon seit langem IC's gibt, welche die Aufgaben der älteren Schaltung übernehmen. Könnte mir da jemand speziell welche von Conrad oder Reichelt empfehlen? Wenn es denn dort solche gibt, es kommen leider auch nur die beiden in Frage da ich Privat nur bei Reichelt bestelle oder über die Arbeit bei Conrad.

    Ich bedanke mich im Vorraus für eure Hilfe und möchte mich nochmals entschuldigen, sollte es das hundertste Thema seiner Art sein.

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    ... das der Bipolare Schrittmotor sich am besten für meinen Antrieb eignet?
    Ob bipolar oder unipolar macht in der Funktion keinen großen Unterschied. Ich würde nehmen was verfügbar ist. Die Ansteuerung ist allerdings unterschiedlich, man muss sich also vor dem Aufbau der Ansteuerung für eine Motorbauart entscheiden.
    Alternativ werden auch gerne gewöhnliche DC Motoren (praktisch immer mit Getriebe) verwendet. Für kleine Projekte gerne auch gehackte Servos. Diese Alternativen haben den Nachteil, dass man aus der elektrischen Ansteuerung nicht auf die Winkelgeschwindigkeit schließen kann. Wenn man Odometrie machen will, muss man den Drehwinkel also extra messen.

    Doch mit welcher Verzögerung soll ich diesen Pin ansprechen, ich glaube nicht das der Motor mit dem Tempo des μC mithalten kann
    Die Überlegung ist richtig, man muss mit einer geringen Drehzahl starten und darf nicht beliebig schnell beschleunigen, auch die Maximaldrehzahl ist beschränkt. Manchmal findet man in den Datenblättern der Motoren Angaben zur maximalen Startfrequenz, allerdings hängt das auch von der mechanischen Last am Motor ab. So etwas kann man auch durch Fahrversuche herausfinden.

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Geistesblitz
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    Willkommen am Forum,

    Schrittmotoren sind für Roboterantriebe in der Tat zu empfehlen. Direkt an die Räder ist allerdings selten von Vorteil, versuch irgendwie ein Getriebe da ran zu bekommen. Sonst haben die Motoren entweder zu wenig Kraft oder verbrauchen zu viel Strom. Außerdem wird damit auch die Schrittauflösung besser. Bipolare Schrittmotoren sind schon in Ordnung, findet man auch am häufigsten.
    Zur Ansteuerung mit µC brauchst du auf jeden Fall einen Treiber. Ob du dafür etwas aus L297+L298 aufbaust oder etwas Fertiges nimmst, ist dir überlassen. Schrittmotorsteuerplatinen gibt es eigentlich zu hauf zu finden, auch für mehrere Schrittmotoren. Vom µC muss dann ein Taktsignal und ein Richtungssignal kommen, wobei das Taktsignal aus einem kleinen Puls besteht, der immer dann gesendet wird, wenn der Motor einen Schritt machen soll. Für 100 Schritte pro Sekunde müsste der Puls also alle 10ms kommen. Am besten arbeitest du da mit Timerinterrupts.

  4. #4
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Hallöchen
    Wenn es auch schon etwas her ist: Danke erstmal für die Antworten. Hat mir sehr weitergeholfen, stehe aber leider nun vor dem nächsten Problem.
    Die Schrittmotoren, die ich verwende, ziehen 1,7A Strangstrom, heißt den L298 mit seinen 2A kann ich da gerade noch benutzten. Nur wie sieht das mit der Kühlung aus? Ich denke ja mal, dass ich da auf jedenfall einen Kühlkörper anschließen sollte. Momentan habe ich einen mit einem Wärmewiderstand von 10K*m/W. An den Treiber werd ich 12V anlegen, der Motor brauch 6,8V. Soweit ich das mir jetzt ausgerechnet hab ( ) liegt die Betriebstemperatur, auf die heruntergekühlt wird, gerade noch im Bereich des Möglichen. Jedoch habe ich vor den Roboter bis zu einer Stunde am Stück laufen zu lassen. Ich weiß nicht ob das auf Dauer die Optimale Lösung ist, da sich ja auch der Rest des ohnehin schon kompakten Roboters mit erwärmt. Dies hat ja dann auch wieder zur Folge, dass der Kühlkörper weniger leistet.
    Liege ich mit meinen Überlegungen richtig, dass ich da einen größeren Kühlkörper mit vielleicht 2-4 K*m/W verwenden sollte? Oder reichen meine kleinen 10K*m/W doch aus?

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Um den nötigen Kühlkörper abzuschätzen braucht man einige Angaben aus dem Datenblatt.
    Zuerst ist es wichtig zu wissen, wieviel Leistung im L298 als Wärme abfällt. Die Verlustleistung wird in erster Linie in der H-Brücke entstehen (die zusätzliche Logik kann man wohl vernachlässigen). Die Verlustleistung rechnet sich als Produkt der Ströme und der Spannungsabfälle im Baustein.
    Beispiel: Du gibst einen Strom von 2A vor, die abfallende Spannung kann man aus Fig. 1 des Datenblatts für den Highside und Lowside Transistor abschätzen, etwa 2 Volt High und 1,75 V Low, zusammen etwa 3,75V. Das ergibt eine gesamte Verlustleistung im Baustein von: P = 3,75V * 2A * 2 Brücken = 15 Watt.
    Aus dem Datenblatt ebenfalls ersichtlich ist die maximale Betriebstemperatur des Halbleiters (130°C) und der Wärmeübergang Halbleiter-Gehäuse zu 3K/W. Wenn wir den Halbleiter bis zum äußersten ausnutzen (130°C) darf das Gehäuse maximal 130°-(15W*3K/W)=85°C warm werden.
    Die Differenz zwischen 85°C und max. Umgebungstemperatur muss der Kühlkörper aufnehmen, wenn man diese Differenz mit 45°C ansetzt muss der Kühlkörper also wenigstens 45K/15W = 3K/W haben.
    In dieser Abschätzung ist noch keine Sicherheit eingebaut, je nach Wahrscheinlichkeit der maximalen Ausnutzung und der maximalen Umgebungstemperatur müsste man noch einen Sicherheitsfaktor einschließen.

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