6-achsiger Knickarmroboter (Testmodell)

[Geistesblitz]

Wie ich schonmal angekündigt hatte, habe ich vor, einen 6-achsigen Knickarmroboter zu bauen. Dies wird mein erstes richtiges Roboterprojekt. Die Ansprüche halte ich bewusst niedrig, da ich einfach ein Testmodell für die Überprüfung der Berechnung der inversen Kinematik brauche. Auch könnte ich mich schonmal in unterschiedlichen Interpolationsarten versuchen und vielleicht ein paar einfache Befehle zur einfacheren Programmierung einbinden, die dann aus einem txt-File oder so ausgelesen werden können.

Zum Roboter an sich:
Die Hauptkomponenten sind drei Tower Pro MG945R Servos für die Hauptachsen und drei Corona DS939MG Servos für die Nebenachsen. Ein zusätzlicher Corona-Servo liegt für den Endeffektor (Greifer zB.) vor. Alles sind Digitalservos mit Metallgetriebe und Kugellagerung, ich habe sie bereits geöffnet und nach möglichkeiten zur Modifikation gesucht.
Die großen TP-Servos haben einen Anschlag, der allerdings nicht erreicht wird. Die Elektronik schaltet bereits vorher ab, die Welle lässt sich von Hand um etwa 180° drehen, aber mit dem Servosignal nur um 120° stellen, auch wenn man die Pulse außerhalb der Grenzen vergrößert/verkleinert. Über 2ms/unter 1ms Pulsdauer bleibt die Welle einfach auf der jeweiligen Endposition. 120° sollten für die Hauptachsen dennoch ausreichend sein.
Die kleinen Corona-Servos haben auch einen Anschlag, der sich aber leicht entfernen ließ und wonach sich die Welle um ziemlich genau 180° stellen lässt. Vorher war schon knapp davor Schluss. Wird der Bereich überschritten, fängt der Servo an zu spinnen, da sollte man vielleicht etwas aufpassen.

Gesteuert werden die Servos über ein Mini-Maestro-18-Board von Pololu, welches über USB mit meinem Laptop verbunden ist und dort mittels Labview seine Befehle bekommt.

Die Konstruktion selbst werde ich aus 5mm Plexiglas fertigen, da dieses stabil, leicht zu verarbeiten und gut zu kleben ist. Ober- und Unterarm werden 150mm lang (Achsabstände), womit sich ein Arbeitsradius von etwa 300mm ergeben dürfte. Die Teile habe ich bereits in Sketchup zurechtkonstruiert, wenn ich wieder zuhause bin, werde ich Bilder nachliefern.

Update:
So, jetzt kommen mal die Bilder vom Sketchupmodell. Ich hoffe, man kann alles weitestgehend erkennen, wenn nicht, ist es kein Problem, noch Bilder nachzuliefern.

[Geistesblitz]

So, hab jetzt mal die Bilder eingefügt. Wenn jemandem etwas auffällt, dann soll er das bitte kundtun. Besser jetzt, als wenn ich schon mit den Arbeiten angefangen hab. Grundsetzlich steht noch die Frage im Raum, ob es doch sinnvoller wäre, Gegenlager einzubauen. Einerseits sind die Gelenke dann wesentlich steifer und stabiler, andererseits positionieren die Servos sowieso schon relativ grob und ich müsste die ganze Konstruktion neu machen. Außerdem weiß ich nicht genau, wie ich Gegenlager am besten realisieren könnte, auch weil ich etwas befürchte, dass diese nicht direkt mit der Welle fluchten und sich somit verspannen.

[HannoHupmann]

Also ohne Gegenlager wird es schwer werden da alle Kräfte über die Servohörner laufen. Nun kann man natürlich entsprechend teure Servos nehmen und nur ein paar Briefmarken stapeln aber besser wirds wenn der Roboter mit entsprechender Mechanik abgestützt wird. Das mit den Gegenlagern ist eine knifflige Sache aber es gibt genug Hexas im Forum die das Problem gelöst haben.

Ich geh davon aus, dass egal wie gut der Serov in der Achse 1 ist (drehen auf der Grundplatte) nicht die Last am ausgestreckten Arm tragen kann. Hier braucht man allerdings kein Gegenlager sondern schlicht ein Kugellager. Alternativ nimmt man drei Kugellager und lässt den "Tisch" darauf rollen. Zumindest sollte die Servoachse entlastet werden. Dür die Achse 2 könntest du den Servo zwischen zwei Streben nehmen, dann hättest du auch gleich noch den Ellenbogen entsprechend gegengelagert. Bei meinem JA1 siehst du wie das gemeint ist.

[Geistesblitz]

Danke schonmal für die Antwort.

Ja, die Achse 1 macht mir irgendwie auch am meisten Sorgen, wie meinst du das denn mit dem einzelnen Kugellager? Ansonsten kann ich sicher auch ein Gegenlager einbauen, da die Servoachse sich sowieso nicht so sehr weit drehen kann, müsste der Fuß nur ein wenig höher werden.

Für Achse 2 und 3 werd ich wohl um die zweiseitige Bauweise kaum herumkommen. Werd versuchen, die möglichst Kastenprofilfürmig zu konstruieren, da das noch mit am widerstandsfähigsten gegenüber Biegung und Torsion ist. Im Prinzip reicht es mir aber, wenn der Arm sein Eigengewicht halten und bewegen kann, alles darüber ist Bonus.

[Geistesblitz]

Hab mich jetzt ml im Netz umgesehen, wie andere das Problem der Gegenlagerung gelöst haben. Oft wird einfach das Servohorn mit einer selbstgedrehten Schraube befestigt, auf welche dann das Lager kommt, wie hier beispielsweise zu sehen. Was meint ihr, könnte man sowas auch mit einer einfachen Schraube realisieren oder sollte es schon so ein dickes Teil sein? Dann müsst ich mal fragen, ob die mir sowas in meinem Praktikumsbetrieb drehen könnten. Ich wollte jetzt doch keine zweiseitige Bauweise für den Oberarm mehr machen, da auf der Rückseite des Servos von Achse 2 die Befestigungsmöglichkeiten irgendwie nicht so geil sind. Zumindest mag mir da nichts so richtig einfallen, wie sich das realisieren ließe. Hat da jemand eine gute Idee oder hat dafür schonmal eine gute Lösung gesehen?
Ansonsten, wo kann man sich am besten und günstigsten kleine Kugellager bestellen? Bei GHW sind die recht günstig, allerdings lohnt es sich erst, da was zu bestellen, wenn man mehr braucht.

[MisterMou]

Quelle:http://www.nskeurope.de/cps/rde/xchg...ugellager.html[07.01.2012]

Verwende von soeinem Lager einfach den Käfig samt Kugeln (ist flacher) und dremel ne kleine Rille in Deck- und Bodenplatte, fertig.
Der Servo wird dann nur noch auf Zug beansprucht, dies lässt sich natürlich auch noch beheben, wird aber komplexer.
So lässt sich leicht die 1. Achse stützen.

Zu der 2. und 3. lege ich dir eine beidseitige Lagerung ans Herz. Also das Servohorn samt Lager auf einer Seite und auf der anderen Seite ein Lagerblock aus Messing und eine Stahlschraube.
Messing schmiert so, braucht also kein Fett. Als Schraube nimmst ne lange bei der oben kein Gewinde drin ist. Dann auf Maß absägen, Gewinde rein, fertig. Der Durchmesser ist nicht sonderlich wichtig, hauptsache eine glatte Oberfläche.

Das wäre eine einfache und günstige Lösung.

[HannoHupmann]

@MisterMou danke das wars was ich vorgeschlagen hab.

[Geistesblitz]

Hmm, also Servo + Lager auf der Seite des Servoabtriebs + Gegenlager auf der anderen Seite? Dann wäre das Ganze aber schon arg überbestimmt...

Ich hab nochmal überlegt, und bin doch wieder auf die beidseitige Lagerung des Oberarms übergegangen. Das dürfte auf jeden Fall ausreichend stabil werden. Dann bleibt eben nurnoch das Problem mit der Achse 1. Das mit dem einzelnen Kugelkranz hört sich zwar interessant an, aber irgendwie kann ich mir nicht vorstellen, wie man eine saubere kreisförmoge Rille gedremelt bekommen soll. Da wärs ja fast schon einfacher, das Lager selbst einzubauen. Oder eben die Variante mit den Kugellagern, die Hanno weiter oben vorgeschlagen hat.

Hier dann mal ein Bild, wie ich die Aufhängung von Achse 2 und 3 jetzt umgebastelt hab. Zwischen Lager und Befestigung müsste dann ein Stück Rohr als Abstandhalter und die Schraube müsste man auch etwas zurechtfeilen, damit das Kugellager nicht festgeklemmt wird.



Achja, für die Handachsen sollten Gegenlager eigentlich in diesem Fall nicht unbedingt nötig sein, oder? Schließlich wird da die meiste Zeit keine großartige Last dranhängen.

[MisterMou]

Da hab ich mich wohl nicht so doll ausgedrückt Ich meinte genau den Aufbau, den du jetzt hast, also Gegenlager + eigenes Lager vom Servo.
Runde Sachen bekommt man ganz leicht mit einem Dremel hin.
Das Zauberwort lautet Kreisschneider.
Ich bin eh nur für den originalen Dremel. Über Proxxon kann ich nicht urteilen, aber der Rest ist Spielzeug.
Die Löcher sind selbst für Kugellager rund genug. Ich fräse so "Passungen" in Alublöcke, natürlich keine H7

Es kommt auf die Servos an, ob du das Handgelenk noch extra stützen musst.
Man könnte zwischen den Servo und das Horn eine Teflonplatte setzen, auf der das Horn gleitet, das stützt noch besser als ein guter Servo.
Ich würde dir auch überall Aluhörner empfehlen, die sind verwindungssteifer.

[Geistesblitz]

Ja, Aluhörner wären schon nice, aber ich wollte die Kosten nicht höher treiben als es unbedingt sein muss. Ich glaub, der Nutzen wäre die Kosten nicht unbedingt wert. Zur Not kann ich mich da auch später noch drum kümmern, hauptsache es steht erstmal etwas, mit dem ich etwas anfangen kann. Der Kreisschneider sieht zwar interessant aus, allerdings ist die Zulegung für eine einmalige Anwendung wohl ein wenig viel verlangt.