Getriebemotor zu Servo umbauen

Hallo zusammen,

ausgehen von diesem Thread: https://www.roboternetz.de/community...nen-herstellen

möchten Slowy und ich einen beliebigen Getriebemotor (6V-12V und ca. 5A) zum Servomotor umbauen. D.h. er lässt sich genauso wie ein Modellbauservo über ein PWM Signal ansteuern und fährt eine vorgegebene Position an. Zur Positionsrückgabe soll - analog zum Modellbauservo - ein Potentiometer eingesetzt werden.

Bisheriger Ansatz war der Fahrtregler vom Conrad:
http://www.produktinfo.conrad.com/da...ahrtregler.pdf

Der auf dieser Webseite leicht modifiziert wird:
http://www.mikromodellbauwelt.de/htm...hrtregler.html

Basis ist jeweils das IC: M51660L und so schaut der Schaltplan jetzt aus:
Anhang 27419

Jetzt zur Frage:
1) Mit dem Poti feedback schwingt der Motor um den Sollpunkt, hat der erste Aufbau von Slowy ergeben.
2)Gibt es vielleicht sogar schon eine fertige, funktionsfähige Schaltung dieser Art und wir machen uns gerade die ganze Entwicklungsarbeit umsonst?

Jemand eine Idee zu den Fragen?


PS: Wenn die Platine irgendwann fertig ist werden wir diese fertigen lassen und wer möchte, kann gerne mit bestellen. Vorher muss sie aber 1A funktionieren! :)

Sehr interessantes und unterstützenswertes Projekt, sowas wird ja von vielen mal gesucht :)
Ich könnte mich für sowas interessieren, würde sowas aber auch gerne mal entwerfen wollen, um nicht auf Potis angewiesen zu sein (hab noch Magnetencoder rumliegen). Wird dann trotzdem interessant, euren Entwicklungsprozess zu beobachten ;)

Das Schwingen um die Sollage kommt vermutlich durch Getriebespiel. Besteht eine Winkeldifferenz, so möchte der Regler diese beseitigen, indem er den Motor in die Richtung fahren lässt. Durch das Getriebespiel dauert das eine kleine Weile, in der der Motor ein wenig beschleunigt, dann erreicht die Abtriebswelle die Sollposition, aber der Motor muss dann erstmal noch abbremsen, wodurch er übers Ziel hinausschießt. Dann fährt er wieder in die andere Richtung, wo dann wieder das Spiel auftritt und das wiederholt sich dann ständig, es führt also zu einer Schwingung um die Solllage. Wie man dies in der Regelung berücksichtigen kann, ist allerdings en schwieriges Unterfangen, da je nach Belastungsart sich das Getriebespiel anders verhält.

@Geistesblitz klingt nach einer logischen Erklärung insbesondere, wenn es sich um einen Test ohne Belastung handelt; sprich Getriebewelle und Poti sind direkt ohne Belastung verbunden. Im Belastungsfall dürfte das Getriebespiel nicht auftreten bzw. würde durch die Last gedämpft, damit sollte der Motor die Position genau anfahren können.

ne ne. Das ist kein Problem mit dem Spiel.
@HannoHupmann
Ich habe es mit einem Escap Motor probiert von denen Du auch welche hast.
Mehr dazu später.

Wie gesagt, hängt von der Belastung ab. Wenn diese aus einer Masse besteht, ohne großartige Dämpfung, wirds sicher auch eklig. Bei einer einseitigen Last sollte das keine Probleme machen. Wenns aber wirklich nicht am Getriebespiel liegen sollte, müsste es wohl an den Reglerparametern liegen. Wie habt ihr die Regelung eigentlich aufgebaut? Was lässt sich da einstellen?

Zitat:

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Zitat von Geistesblitz

Sehr interessantes und unterstützenswertes Projekt ...

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Was ist uNterschied zu open servo?

Wahrscheinlich, dass es auch für größere Leistungen gedacht ist als für normale Standardservos. Wenn man auf einem höheren Level bauen möchte, denk ich mal schon, dass man da ungern auf normale Servos zurückgreift, eben weil diese so abgeschlossene Systeme sind. Nagut, bei Openservo bekommt man auch endlich mal Werte zurück, allerdings sind diese für die typische Bauform gedacht.
Dennoch wird wohl der größte Sinn des Ganzen wohl sein, sowas mal selber gemacht zu haben und somit solche Systeme auch besser zu verstehen.

Beim Servoschwingen tippe ich auf einen zu kleinen Totbereich.
Im DB zum M51660 ist eine Darstellung zur Wirkung des Widerstandes an Pin 9 auf den Totbereich zu sehen.

KK

@muell-er dass Open Servo mit i2c arbeitet und nicht mit dem ursprünglichen PWM Signal. Außerdem ist open Servo für Servos und nicht für Getriebemotoren 12V oder so.

Zitat:

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Zitat von Kabelkasper

Beim Servoschwingen tippe ich auf einen zu kleinen Totbereich.
Im DB zum M51660 ist eine Darstellung zur Wirkung des Widerstandes an Pin 9 auf den Totbereich zu sehen.

KK

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Das sieht so aus. Eine Originalservoplatine mit 1K an Pin 9 funktioniert besser als der Nachbau mit 2K7.

Also modifiziere ich:
R7 von 2,7k auf 1k (Pin 9) würde es nicht vielleicht sogar Sinn machen auf 820R zu gehen?

Im DB steht der Kondensator C3 an Pin 3 mit 0,03µF in der Conrad Schaltung mit 0,01µF. Auch der Kondensator C4, 0,22µF hat im DB einen anderen Wert von 0,1µF
Was mich auch noch wundert ist der Widerstand mit 560k zwischen Pin 2 und Pin 6 der taucht in der C-Schaltung gar nicht auf.


Vermutlich macht es auch noch Sinn in den Servosupply einen Kondensator mit 10µF zu hängen, einfach um die Versorgungsspannung ein wenig zu glätten.

R7 lötie ich nachher erstmal um. C3 und C4 mache ich erstmal steckbar damit ich herumtesten kann.
Wäre es ein großer Aufwand für Dich erstmal eine Testplatine mit konventionellen Bauteilen zu layouten?
Die Platine könnte ich erstmal gravieren, damit sich ein paar interessierte auch eine Testumgebung basteln können.
Ich würde Dir dann durchgeben was für Teile und Jumper draufkommen müssten.
Könntest Du auch den Schaltplan etwas umzeichnen, damit es etwas übersichtlicher ist? Es wäre einfacher die Übersicht zu behalten wenn man die originale Schaltung und deine nebeneinander hält.
Der 560K Widerstand soll ermitteln was der Motor gerade macht. Mit oder ohne hat es jedoch hier keinen unterschied gemacht.
Hier noch eine Beschreibung eines Bastlers aus USA. http://webpages.charter.net/mullenmj...eSchematic.htm
Ich habe mit Mark gemailt und er sagt nur: Vergesst die Idee den m51660l einzusetzen.
"The M51660L chip is horrible." :-)

Wenn ich Zeit habe kann ich eigentlich fast alles machen :-P Aber mit der sieht es im Moment äußerst schlecht aus.
Den Schaltplan umzustellen ist kein Problem, das geht recht fix, schwieriger wird es beim Layout, das ist in der Regel ein ziemliches gefummel und man muss erst alle Bauteile nach ihrem Package auswählen was immer recht viel Zeit beim Suchen braucht.

Mit Originalschaltung meinst du jetzt die vom C?

Als Alternative zum M51660L fällt mir jetzt spontan nur ein richtiger Motortreiber, ein Poti, ein µC + AD Eingang und PWM Eingang ein. Aber dann wird es schon recht umständlich.

Interessantes Projekt.
Die Schaltung vom "blauen Claus" weicht von der MELCO-Originalschaltung ab.
In der Anlage mal eine Schaltung die alles aus dem M51660 rauskitzelt.Anhang 27445

@Hessibaby, das ist genau der Schaltplan vom Conrad ohne Modifkation darüber sprechen wir die ganze Zeit und diese Schaltung holt bei leibe nicht alles raus, sondern ist er ziemlich mies :-( Wir diskutieren hier schon einige Verbesserungen für genau diese Grundschaltung.

Frage ist mehr, was meinst du mit der MELCO Schaltung?

MELCO = Mitsubishi Electric Corporation.
Das ist nicht die Grundschaltung vom Claus, schau Dir das Jpeg mal genau an.
Die habe ich schon mehrfach - ohne Probleme - gebaut und eingesetzt.
Mit dem Trimmer zwischen 11-13 kannst Du die Drehzahl einstellen.
Womit steuerst Du an? Wenn Du den Impulseingang (Pin5) offenlässt oder an Masse legst darf da nichts zappeln

Zitat:

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Zitat von HannoHupmann

Als Alternative zum M51660L fällt mir jetzt spontan nur ein richtiger Motortreiber, ein Poti, ein µC + AD Eingang und PWM Eingang ein. Aber dann wird es schon recht umständlich.

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Ja, das wär schon klasse und ist auch möglich. Meiner Erfahrung nach ist es aber schwer die Spezialisten unter einen Hut zu bekommen. Software, Elektronik, Mechanik, CAD. u.s.w.
Ich will erstmal diesen "horrible" blöden M51660L in den Griff bekommen.

@Hessibaby 1: dann bin ich blind, aber ich habe jeden Widerstand, Kondensator und Co überprüft und keinen Unterschied gefunden, die Werte sind überall die Gleichen wie der vom Conrad Minatur-Fahrtregler! Bitte markiere auf deinem Bild die Bauteile die anders sind gegenüber der Schaltung vom Conrad (nicht Claus).
@Hessibaby 2: Jetzt hast du den Begriff erklärt aber die Schaltung die du meinst sehe ich leider immer noch nicht.

Das Bild ist genau der Fahrtregler und den wollen wir anpassen weil wir damit nicht zufrieden sind, wir also noch mehr rauskitzeln wollen, daher auch andere Transistoren (SMD) und andere Dioden (auch SMD)!

Anbei der umgezeichnete Schaltplan für den Slowly :-D
Der Widerstand R7 wurde auch gleich auf 1k Ohm geändert und mein 10µF in die Servostromversorgung eingebaut.

Anhang 27447

Weitere Verbesserungen die vorgeschlagen werden?

Zitat:

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Zitat von Slowly

Ja, das wär schon klasse und ist auch möglich. Meiner Erfahrung nach ist es aber schwer die Spezialisten unter einen Hut zu bekommen. Software, Elektronik, Mechanik, CAD. u.s.w.
Ich will erstmal diesen "horrible" blöden M51660L in den Griff bekommen.

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Warum gibts du dich denn mit dem M51660 ab, wenn er nicht so will, wie er eigentlich soll?

Ein tiny44 oder mega88* zum Beispiel, wäre kleiner, bräuchte in etwa genausoviel kleinkram zum laufen und wäre letztenende sogar flexibler, was Schnittstellen und Regelung angeht. Eine Stromregelung mit überlastungs Schutz wäre auch noch denkbar.

Mechanik und CAD interessiert den Controller ersteinmal nicht (außer vllt. für Reglerparameter).
Das Programm sollte eigentlich auch nicht länger als einene Tag dauern (ohne optimieren) Wäre ja nur PWM auswerten und den Motor dann in Abhängigkeit des PWMs und des ADCs (Poti) drehen lassen. Unter Umständen noch eine kleine Hysterese für den Poti einprogrammiert und fertig. Zur Regelung dann ein PI-Regler oder einfach nur auf größer kleiner reagieren.

Der M51660 ist, dafür das er so unflexibel scheint, ein recht teurer Chip (5€).
Aus interesse, wie sieht es da eigentlich mit dem PWM-refresh aus? Braucht er zwingend die 20ms Pause oder kann er auch schneller reagieren?

*Alternativ könnte man auch einen Cortex M0 nehmen (ZB. http://at.mouser.com/ProductDetail/S...02tVhJ92aI6g==) klingt erst mal übertrieben, aber für einen Nachbau wäre der (Original) Programmer hier günstiger [8€ STM Discovery F0]. Rechenleistung bieten die kleinen AVRs schon mehr als genug.

@Hanno - Schäm, Du hast Recht, das ist das Bild der nicht modifizierten Version. Der C4 für den Totbereich (Pin11) ist zu groß 0,1µF sollten es sein, und R7 (Pin9) 1k5.
zusätzlich würde ich die Basisansteuerung der jeweiligen Endstufe mit 4k7 nach GND legen (Pulldown)

Und ich hatte schon ernsthaft an meinem Verstand gezweifelt gestern :-D.

C4 = 0,47µF --> sollte also 0,1µF sein, macht Sinn
R7 = 1k Ohm --> sollte 1,5k sein, laut Datenblatt M51660L wird der Totbereich kleiner je kleiner der Widerstand ist, also würde 1k Sinn machen, aber 1,5k ist sicher auch noch ok. Wieviel unterschied die 0,5k machen lässt sich vermutlich nur ausprobieren.

Sprich am Basiseingang der Transistoren T2 und T4 ein Widerstand 4k7 zum GND?

Sorry, aber ich glaube Dein Verstand hat nicht gelitten :)
Leider habe ich keinen M51660 mehr da, sonst würde ich parallel mit testen.
Für R7 vielleicht zum testen erstmal eine Reihenschaltung 470R fest und 2k2 Trimmer ?
Jups von Basis T2 und T4 ein Pulldown von 4k7, das sollte dann ein evtl. Aufschwingen verhindern da die nicht angesteuerte Basis auf einem definiertem Pegel liegt.
Mehr fällt mir im Moment dazu nicht ein.

Ich habe mal einige Änderungen gemäß den letzten Postings gemacht. Jetzt pendelt
es noch mehr um die Sollstellung... Da ich genug von der herumlöterei von Widerständen
habe, bau ich mir erstmal eine Potiplatine, mit der ich die Werte mit einem Schraubendreher
einstellen kann. Die Kondenatoren mache ich steckbar. Aus lauter Verzweifelung habe ich
mir heute erstmal einen Prüfstand gebastelt.
Anhang 27455
Ein oder zwei würde ich noch bauen für jemanden der sich ernsthaft damit auseinandersetzen möchte.
Das wäre also die Mechanik mit Getriebemotor , eine gehackte Servoplatine mit einem M51660L und
die Bauteile für die H-Brücke. Die Wellenkupplung zum Poti, den Servotester und einen
Miniaturfahrtreglerbausatz gibt es zur Not beim großen C.

Mach den C4 mal größer 1µF - 2,2µF - 3,3µF - 4,7µF dann wird das Ansprechverhalten wahrscheinlich träger.
Momentan vermute ich dass das Basetiming - also dieser 20ms Tick - zwischen Servoelektronik und -tester differiert, kannst Du das mit einem Scope messen?
Wenn der Servotester z.B. mit 19ms Base läuft und die Servoelektronik mit 20ms dann ist u.U. das Zeitfenster noch nicht auf wenn der Servopuls kommt und dann wird aus dem Nullpunkt der ja bei 1,5ms liegen sollte einer mit 1,4ms . der Puls wird dadurch mal kürzer und dann wieder länger. Dass ist das alte Problem der analog Servos.

Und nun mit variablen Widerständen und steckbaren Kondensatoren.
Anhang 27464
Die Abstimmung ist wirklich sehr schwierig aber für diesen Motor funktioniert
es im Moment recht gut. Der Servotester ist tatsächlich recht ungenau Hessibaby.
In einer Richtung reisst es mir immer den Poti aus der Halterung.
Der Oszi bästätigt das. Am Servotester muß ich also noch ein paar Änderungen machen.

Zitat:

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... mit variablen Widerständen ... Kondensatoren ... also noch ein paar Änderungen machen.

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So viel Arbeit. Und ERfolg ? Wenn ich denke das Servo komplet ist ungefähr PT2-Glied, mit PIDregelung gibt mehr als ein hand voll Freiheiten. Lösung mit raten und probieren ohne das man weis welche Wirkung von welche Änderung kommt - hübshces Spiel.

Viel Arbeit. ja. Der Erfolg liegt darin das der Motor jetzt dem Sollwert folgt.
Eine Prozessorlösung wäre mit Sicherheit besser. Wer macht es?
Mit Raten hat es nicht viel zu tun, eher mit Abstimmung. Die Datenblätter und
die Erfahrungen von diversen M51660L Bastlern geben Hinweise wie man
bei der Abstimmung vorgehen kann.
Es ist tatsächlich ein Spiel und macht dazu noch Spaß. :p

@muell-er: Jetzt bin ich neugierig, hast du denn einen Vorschlag wie man es anders machen könnte? Klar ist es nicht einfach den Regelkreis bei dieser Schaltung exakt einzustellen. Vermutlich muss man das tatsächlich für jeden Motor individuell, aber wir wollen auch nicht die mathematisch perfekte Genauigkeit erreichen, sondern eine brauchbare für den Modellbau.

@Slowly: beeindruckender "Prüfstand"! Wegen des Spass machen wir hier alle diese lustigen Roboterprojekte, nicht weil sie besonders sinnvoll sind. Ich fürchte im ganzen Forum gibt es nur eine Handvoll sinnvolle Roboter.

Vermutlich ist der M51660L nicht die Beste Lösung, darüber will ich gar nicht streiten, aber es ist eine Lösung und bisweilen muss man sich mit dem zufrieden geben was man bekommt. Viel zu viele Entwickler such zu lange nach der "perfekten Lösung" und kommen so gar nicht zu einem vernünftigen Ergebnis.

Die µC Lösung finde ich persönlich auch nicht wirklich "perfekt", denn: es braucht deutlich mehr Bauteile um sie zu realisieren, es braucht auch noch ein Programm, welches einfach klingt aber auch wieder einen PID Regler enthalten sollte (!) usw.

Zitat:

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Zitat von HannoHupmann

....denn: es braucht deutlich mehr Bauteile um sie zu realisieren, es braucht auch noch ein Programm, welches einfach klingt aber auch wieder einen PID Regler enthalten sollte (!) usw.

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Wieso mehr Bauteile: Atiny, H-Bruecke, Abblockkondensatoren, Poti.
Die Software ist auch nicht sonderlich schwierig.

KR

Die Frage musste kommen und ich habe sie auch schon erwartet, aber allein für den Atiny braucht man noch einen Programmieranschluss und einen entsprechenden Programmieradapter. Nicht jeder hat sowas zuhause rumliegen.

Ehrlich gesagt finde ich PID Regler (!) zu programmieren durchaus recht schwierig. Insbesondere die Werte für P, I und D zu ermitteln ist eine Kunst für sich. Daher ist die Aussage. nicht sonderlich schwierig, sehr relativ zu sehen. Nämlich in Relation zum eigenen Programmierkönnen ;-). Hinzu kommt noch, dass man einen Zähler so programmieren muss, dass er aus dem 20ms die High / Low Abschnitte ausliest und damit die Sollposition extrapoliert. Klingt für mich ehrlich gesagt nicht so trivial, daher scheue ich bisher vor so einer Lösung zurück.


Zudem braucht es einen Atiny mit AD-Wander-Eingang, also vermutlich sowas wie Atiny5

Der M51660L tut genau das und braucht nur ein paar Bauteile drum herum, einzig der Regler wird gerade noch ein bisschen optimiert bei uns.

Zitat:

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Zitat von HannoHupmann

.... es braucht auch noch ein Programm, welches einfach klingt aber auch wieder einen PID Regler enthalten sollte (!) usw.

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Ein PID Regler wird in dem Chip nicht drin sein und ist den ebensoalten Kollegen auch nicht drin. Wenn man ihn als Regler auffasst, ist es ein einfacher P-Regler mit einer Totzone. Hier ein Blockschaltbild:
Anhang 27470
Aus der Application kann man sehen, daß vom Motor noch ein kleiner D-Anteil hinzugenommen wird
Anhang 27471
Eine tolle Regelung ist das aber nicht. Wenn man jetzt den Motor mit einer größeren Spannung als den Chip betreibt, muß man sich das mit dem Rückkoplungswiderstand vom Motor noch mal gut ansehen. Wenn das nicht passt, ist auch noch der D-Anteil weg. Die externe Brücke, so wie sie weiter oben gezeigt wird, kann den Motor auch nicht bremsen. Sie ist für eine echte Reglung denkbar ungeeignet.

Eigentlich ist heutzutage ein "digitales" Servo einfacher als ein analoges. Wenn man sich mal die Steuerplatinen von vergleichbaren "analogen" und "digitalen" Servos anschaut, sieht man das auch. Ein kleiner µC und ein paar Transistoren, keine Probleme mit ungenauen Kondensatoren, die Werte der Widerstände sind auch ziemlich egal. Es ist sicher auch billiger zu bauen, nur SMD und automatisch bestückbar. Und nur so ist ein PID Regler ist auch machbar.

MfG Klebwax

Hier geht es auch um den Spaß an der Sache - in diesem Fall eben die besondere Herausforderung diese vorgegebene Elektronik möglichst sauber ans fliegen zu bringen.
Sicher geht das auch anders, man könnte auch eine S7 dafür nehmen, aber das ist nicht die Aufgabe.
Aber wir sind ja offensichtlich auf dem richtigen Weg :)

Och ich fand den Beitrag eigentlich ganz informativ, auch wenns nicht zum Projekt beiträgt. Mir würde jedenfalls die Variante mit Mikrocontroller und Busansteuerung besser gefallen, würde eigentlich auch gerne versuchen, einen kaskadiertern Regelkreis zu implementieren, aber dafür muss ich auch erstmal einen Prüfstand fertig bekommen.

Zitat:

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Zitat von Geistesblitz

Och ich fand den Beitrag eigentlich ganz informativ, auch wenns nicht zum Projekt beiträgt. Mir würde jedenfalls die Variante mit Mikrocontroller und Busansteuerung besser gefallen, würde eigentlich auch gerne versuchen, einen kaskadiertern Regelkreis zu implementieren, aber dafür muss ich auch erstmal einen Prüfstand fertig bekommen.

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Wenn Du daran gehen möchtest, kannst Du einen von mir haben.
Hatte ich ja angeboten.

Hmm, ok...
Was ist da denn alles bei? Ich bin ja schon gerade dabei, einen eigenen zu planen, wobei ich aber auch ganz gerne Magnetencoder für die Anwendung austesten würde.

Im vorherigen "Angebotsbeitrag" habe ich einige Teile aufgezählt.
Wenn Du noch mehr benötigst schaue ich in meinen Fundus Paletten nach.

Ich weiß noch nicht so recht, eigentlich hab ich momentan noch genug andere Sachen zu tun (Prüfungsphase fängt beispielsweise gerade an), da warte ich lieber noch ein wenig, bis ich mich da mit einklinke.

Irgendwie sind die Bilder nicht richtig angekommen:

hier das Blockschaltbild
Anhang 27473

und die Application Note

Anhang 27472

MfG Klebwax

Nur kurz zum Thema, ein Mikrocontroller bräuchte mehr Bauteile:

Anhang 27478

Ich hab mal schnell was zusammen gebastelt, wurde ein Mega88, weil ich nicht einen passenden Tiny suchen wollte, die H-Brücke ist hier mit Mosfets aufgebaut und braucht deshalb ein paar mehr Bauteile, würde aber auch mit normalen Transistoren gehen. Quarz kann man zur Not auch noch weg lassen.
:!: Werte sind noch nicht berechnet oder der gleichen.

Erweiterbar wäre das ganze dann auch noch nach belieben
- Temperatur messung
- SPI/I2C/...
- beliebige PWM Zeiten (keine fixen 20ms)
- ...

Eigentlich nur Vorteile, bis auf das programmieren, .. wobei, in der Zeit die ihr schon für die Optimierung genutzt habt, wäre da sicher was geschrieben :-b

Da ja eh ein Getriebemotor verwendet wird, ist man ja nicht mehr auf das Format von Servoplatinen angewiesen, daher dürften die wohl auch ruhig ein Stückchen größer sein, denk ich mal.
Wenn man Bock drauf hat, eine H-Brücke so aufzubauen, bitte, aber da würde ich irgendwie lieber was Fertiges nehmen. Ist kleiner, einfacher und bestimmt auch günstiger.
Generell, was ist eigentlich der Vorteil daon, die Elektronik direkt an den Motor ranzubauen? Wärs nicht sinnvoll, Motor und Steuerung getrennt zu lassen?