Motor/Steuerung um definierte Position zwischen 0°-1080° anzufahren

[5piece]

Halle Leute,

ich brauche für ein Projekt einen möglichst kleinen/leichten Motor, bei dem ich über PWM verschiedene Positionen anfahren kann. Ich möchte mit dem Motor eine Schraube, die als Anschlag für eine federvorgespannte Klappe dient, um maximal 3-4 Umdrehungen rein- bzw. rausdrehen. Zwischendrin möchte ich diverse Positionen ansteuern können, damit die Startposition der Klappe auf eine bestimmte Position begrenzt und dort auch gehalten wird. Der Motor sollte ein Drehmoment um 1 Nm haben und möglichst nicht viel schwerer als 50g sein.

Ich habe leider keinerlei Kenntnis im Bereich Robotertechnik/Modellbau und habe schon einige Zeit gegoogelt, aber konnte noch nicht alle Fragen klären:

1. Ist es bei einem CR-Servo möglich, diverse Positionen anzufahren oder kennen die Dinger nur an/aus?
2. Falls ich verschiedene Positionen anfahren kann, kann ich die durch ein PWM Signal vorgeben?
3. Falls 2. nicht direkt geht, gibt es controller die das PWM Signal in ein für den Servo verständliches Positionssignal umwandeln?


Schon mal vielen Dank für eure Hilfe

[Ceos]

die meisten Servos machen nichts weiter als aus deinem PWM signal durch Glättung eine SPannung zu mache und vergleichen die SPannung mit der Spannung die über einem Poti erzeugt wird, welches von der Drehachse mitgedreht wird!

Du könntest jetzt hingehen, so ein Servo "hacken" und das Poti totlegen und einen Trimmer verwenden!

Du musst halt nur einen TRimmer finden der bei der gewünschten Anzahl an Umdrehungen dieselben Widerstandswerte wie das Poti in der Entsprechenden Stellung hat und die Drehachse mit dem Trimmer verbinden

Nicht jedes Poti eigenet sich, nur die jenigen bei denen man ohne Endanschalg auch eine volle Umdrehung hinbekommt!

[i_make_it]

Ich möchte mit dem Motor eine Schraube, um maximal 3-4 Umdrehungen rein- bzw. rausdrehen.
Zwischendrin möchte ich diverse Positionen ansteuern können,
Der Motor sollte ein Drehmoment um 1 Nm haben und möglichst nicht viel schwerer als 50g sein.

1Nm bei 50g mit einer genauen und reproduzierbaren Positionierung könnte recht sportlich werden.
Vor allem da ja auch noch ein Längen ausgleich stattfinden muß.
Bei einer Schraube M6 ist die Steigung 1mm pro Umdrehung.
Da sind also 3-4 Umdrehungen auch 3-4mm Längenausgleich der stattfinden muß ohne das der Motor dabei seine Winkelstellung verändert (der Motor an sich nicht die Motorwelle).
Bei einem Modellbau Servo ist die Positioniergenauigkeit konstruktionsbedingt nicht besonders hoch da kommren beim Anfahren der selben Zielposition (PWM Wert) aus verschiedenen Richtungen und verschiedenen Startpositionen gerne mal bis zu 10° Abweichung zustande.

https://www.youtube.com/watch?v=yQMcr3PNxV8

[HaWe]

1Nm und das mit einem 50g Servo ist wirklich schon recht stark - zur Not könnte man vlt das Dremoment über ein Getriebe erhöhen, notfalls Schnecke, dann wird es zwar sehr langsam, aber dafür kräftig. Allerdings werden dann entsprechend mehr Umdrehungen nötig.
Die Fixierung ist sicher auch nicht einfach: da hilft evtl eine Druckfederkonstruktion, die den Schraubendreher fest aber dennoch (linear) flexibel auf den Schraubenkopf presst.
Dennoch eine ziemliche Herausforderung, mechanisch als auch Motor-mäßig.

[oberallgeier]

1Nm bei 50g mit einer genauen und reproduzierbaren Positionierung könnte recht sportlich werden ..

Stimmt. Der youtube-verlinkte Servo schafft grad mal 0,36 Nm wobei dem Tester die Spannungsversorgung bis auf 4,38 V einbrach (Video 1:27 bis 1:33) - da wär noch ein bisschen was drin. Es sind weder Marke noch Größe noch Typ des guten Stücks zu erkennen, ich schätze dass er in die hier dargestellte Größenreihe gehört.

Auf die Schnelle finde ich den Pololu item #: 2149 diesen CR mit den Besonderheiten ".. offers easy access to the rest-point adjustment potentiometer .." und ".. is the fastest and strongest continuous rotation servo we carry .." , mit 0,66 Nm bei 6 V. Die boys aus LasVegas haben schon ne sehr breite Auswahl - und immer bis ziemlich weit hinauf.

Der ".. neue extrem kräftigen SB-2290SG Digitalservo .." ist KEIN CR, wird aber als extrem kräftig angepriesen - mit einem halben Newtonmeter bei 7,4V.

Zu i_make_it´s Hinweis auf die Regelabweichung kann ich nur sagen, dass ich bei Billigstservos bis zu 60 ° Regelabweichung bei "Volllast" (Maximalwert laut Datenblatt des Lieferanten) gefunden hatte. Allerdings auch teils deutlich drunter, immer noch bis etwa 5° bei einem teureren Stück. Bei meinen (bezogen auf die Unzahl der angebotenen Typen sehr knapp ausgelegten) eigenen Servotests hatte ich immer wieder festgestellt dass die Angaben der Hersteller und Lieferanten teils äusserst dürftig sind, gelegentlich für den sauber geplanten technischen Einsatz nicht ausreichend und von teils erschreckender Genauigkeit der Zahlenwerte.

Alle Angaben hier beziehen sich auf die gleiche Servogröße von rund 40 mm x 20 mm x 38 mm.

[Klebwax]

Zu i_make_it´s Hinweis auf die Regelabweichung kann ich nur sagen, dass ich bei Billigstservos bis zu 60 ° Regelabweichung bei "Volllast" (Maximalwert laut Datenblatt des Lieferanten) gefunden hatte

Sorry, oberallgeier, den Wert 60° glaub ich dir nicht. Wenn es dein Messaufbau zugelassen hätte, hättest du auch 180° (oder jeden beliebigen anderen Wert, den die Mechanik gerade noch zulässt) gemessen. Du hast nur festgestellt, daß der Vollastwert gelogen ist.

Oder glaubst du als Flieger, daß ein Modellpilot, der ein solches Servo (60° Fehler beim Höhen/Seiten/Querruder) verwendet, jemals sein Modell in einem Stück vom Himmel holt? Und meinst du nicht auch, daß das Geschrei der Hobbypiloten ob solcher Fehler nicht irgendwo zu hören gewesen wäre?

Nochmal zusammengefasst: trau den Vollast Werten nicht! Hast du sie überschritten, funktioniert ein Servo überhaupt nicht mehr.

MfG Klebwax

[oberallgeier]

Klebwax, glaub meine Messwerte oder glaub die nicht. Das mir egal, es steht auch allen andern Menschen frei. Ich mache das ähnlich und glaube wenigen Datenblättern - vor allem dann, wenn ich denen nicht traue und wenn ich die selbst nachmessen kann (oder die Messwerte überhaut irgendwie nachempfinden/verstehen kann). Und meist kritisiere ich Messwerte erst, wenn ich mir selbst andere Werte beschafft habe.

Einmal leiden sehr viele (fast alle?) Servodatenblätter an einer Angabe darüber, welcher Strom bei "Nennlast" gezogen wird. Das macht die Nennlastangabe schon mal zur Kaffeesatzleserei. Die 60° Regelabweichung hatte ich beim Modelcraft RS-2 gemessen, wohl einer der schlechtesten Servos die ich kenne (ich kenne sehr wenige), den vermutlich kein Modellflieger für ernsthafte Zwecke benutzt. Die spezifizierte Nennlast - z.B. im Datenblatt von Conrad - ist mit 0,32 Nm (NEIN mit ≥ 3,2 kg.cm / 49.0 oz/in) bei 4,8 V bzw. bzw. 0,35 Nm bei 6,0 V angegeben.

Die von mir gemessene maximale Stromaufnahme des RS-2 liegt bei einem knappen Ampere. Bereits deutlich unter dieser maximalen Stromaufnahme, etwa 0,75A bis 0,8A ist die Regelabweichung bereits bei den genannten 60°. Größere Abweichung bringt immer noch höhere Stromaufnahme.

Dir stehts natürlich auch frei nicht nur meinen Messungen/Messeinrichtungen/Messergebnissen nicht zu glauben sondern auch meinen Messgeräten, meinen Augen oder was auch immer nicht zu trauen.

Ach ja - ich hätte es besser unterlassen, die deutliche Aussage von i_make_it zu bestätigen, dass 1 Nm bei 50 g Servomasse eine recht sportliche Vorgabe sind.

[Klebwax]

@oberallgeier

Es geht mir nicht darum deinen zahlenmäßigen Messwert, hier 60°, zu kritisieren, sondern die Interpretation. Zur Erläuterung: bei einem Verstellbereich eines Servos von ca. 120° bedeuten 60° daß es eigentlich gar nicht funktioniert. Bei einer Fernsteuerung würde es bedeuten, der Knüppel wird von der Mitte bis zu einem Anschlag bewegt, und das Servo reagiert nicht. Das ist dann ein Positionierfehler von 60°. Hast du die 60° nur in der einen Richtung gemessen, müsstest du eigentlich +-60° schreiben. Ein "Servo" mit dieser Positioniergenauigkeit würde man auch erhalten, wenn man das Ruderhorn in der Mittelstellung festdübelt. Das hätte dann eine Positioniergenauigkeit von +-60°.

Aus deinen Messergebnissen geht etwas anderes hervor: Das Drehmoment, daß du als "Vollast" aus dem Datenblatt entnommen hast, ist gelogen. Für den, der deine Messergebnisse berücksichtigen will, heißt das: er braucht nicht ein genaueres Servo sondern ein stärkeres. Das könnte dann sogar ein größeres Modell nötig machen. Und es macht schon einen Unterschied, ob ich das Servo nach der Genauigkeit oder dem Drehmoment auswähle.

MfG Klebwax

[i_make_it]

Ohne es zu wissen, gehe ich mal davon aus, das oberallgeier die zugesicherten Maximalwerte schon den Werbeversprechen/Datenblättern entnommen hat.
Aber leider ist es heute ja eher die Ausnahme wenn nicht das Blaue vom Himmel versprochen wird.
Meine bis zu 10° stammen aus Erfahrungen mit Steuerflächen an RC-Flugzeugen und Booten. Da habe ich meine Erfahrungen bezüglich Servo Auswahl gesammelt.
Meine Conrad 5€ Servos nutze ich heute meist im untersten Lastbereich, Mit meinen Robbe Servos brauch ich die gar nicht zu vergleichen, die sind nach über 30 Jahren immer noch besser als die anderen neu.
Allerdings erwarte ich da auch nicht wirklich vergleichbare Werte.

NACHTRAG
Hab mir jetzt mal einen Modelcraft RS-2 gegriffen.
34,3Ncm bei 6V
Also knapp 3,4kg bei einem Hebelarm von 1cm oder 340g bei 10cm.
Da weis ich noch nicht mal ob das die Kuststoff Zahnräder mehr als ein paar mal mitmachen.

[i_make_it]

So, jetzt habe ich mir mal einen meiner HJ S3315D genomen.
Der kann bei 7,4V 15kgcm.
Also 1,5kg bei 10cm oder noch 150g bei einem Meter.
Mein Servotester ist derzeit verleihen, sonst könnte ich mal testen bei welcher Kraft welcher Winkelfehler zustande kommt.

oberallgeier kann man höchstens vorwerfen, das er die Werbeaussagen der Datenblätter voll ausgereizt hat.
Also eigentlich eine Kennlinie der Regelgüte bis zur Maximallast ermittelt hat.
Bei der Anforderung von 1Nm bei 50g liegt aber auch mein HJ S3315D mit 1,5Nm bei 60g Gewicht, dürfte was die Regelgüte angeht, da nicht so dolle sein.
Bei einem kleinen Weg (z.B. 1-3°) wird es vermutlich nicht zu einer Bewegung kommen.
Wenn man immer bis zum Anschlag zurückfahren kann und dann die Position anfahren kann dürfte es besser aussehen.

https://www.youtube.com/watch?v=p1PwYa4Fdqc