Bau eines 6 Achsen Gelenkroboterarms in Faserverbundbauweise [Bauthread!]

Zitat:

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Zitat von Joe23

Wenn ihr einen Kompromiss sucht, es gibt eine Reihe von Möglichkeiten die Genauigkeit von "Standart" Servos zu erhöhen:
[...]
3.) Modifikation des Servos "Servohack" damit dieses endlos drehen kann. Das Poti wird von dem Getriebe entfernt und mit der Drehachse direkt verbunden. Dies kann z.B. über eine Getriebe 10:1 passieren. Somit dreht sich bei einer Umdrehung der Drehachse das Potentiometer 10 mal. Anstatt des Standart Potis nehmt ihr ein 10-gang-Potentiometer. Somit könnte die Auflösung auch erhöht werden.

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Gibt es die Moeglichkeit den Servo auf endlos drehen umzubauen und anstatt den poti ganz zu entfernen, diesen einfach an die Achse des Arms zu basteln?
Schaft das die Elektronik eines Servos?
Somit koennte man eine beliebige Uebersetzung erreichen (auf Kosten von Zeit kann man die Kraft beliebig erhoehen)

oder

Wenn man den Servo auf Endlosbetrieb umbaut wie im normalen Servohack und mit irgendwas die Stellung des Arms misst, wie kann man den Haltestrom des Motors einstellen/errechnen damit dieser den Arm an der angegebenen Position haelt - oder geht das rein ueber die Motorbremse??

Bin was das angeht nicht wirklich im Bilde - waere um eine kleine Hilfestellung fuer meine komischen Ideen dankbar.

Viel mehr Kraft kann man raus holen, wenn man mit einem Gegengewicht bzw. einer Augsgleichsfeder arbeitet. Schau dir mal die typischen Vertreter der Gattung an, die haben alle an der Grundplatte einen Zylinder oder ähnliches. In diesem sind in der Regeln Federn oder Druckspeicher die das Eigengewicht des Arms kompensieren.

Problem ist aber doch das man meist >180° Drehen kann. Dann kann man ja nicht mit Gegenfedern (oder Gewicht) arbeiten weil man ja zu weit dreht.

Hallo alle zusammen,

vielen Dank für eure konstruktiven Posts!

Bitte Bilder unten ansehen.

Das Servo Poti ausgebaut und direkt an die Achsen.
Dann das Servo 1:4 untersetzt.

@ TobiKa

Hm ja, richtige Berechnungen habe ich noch nicht angestellt. Ich habe nur den Massenmittelpunkt des kompletten Arms errechnet, um damit dann das notwendige Drehmoment zu berechnen.

Kann man die Bilder hier im Forum in den Text einbinden? Funzt nicht, wenn ich den Anhang in den Text kopiere.

Gruß Philipp

Hallo tbasnoopy,

Zitat:

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Zitat von tbasnoopy

Gibt es die Moeglichkeit den Servo auf endlos drehen umzubauen und anstatt den poti ganz zu entfernen, diesen einfach an die Achse des Arms zu basteln?
Schaft das die Elektronik eines Servos?
Somit koennte man eine beliebige Uebersetzung erreichen (auf Kosten von Zeit kann man die Kraft beliebig erhoehen)

oder

Wenn man den Servo auf Endlosbetrieb umbaut wie im normalen Servohack und mit irgendwas die Stellung des Arms misst, wie kann man den Haltestrom des Motors einstellen/errechnen damit dieser den Arm an der angegebenen Position haelt - oder geht das rein ueber die Motorbremse??

Bin was das angeht nicht wirklich im Bilde - waere um eine kleine Hilfestellung fuer meine komischen Ideen dankbar.

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Punkt 1, ist kein Problem. Prinzipgrafik hat Phillip super dargestellt.

Punkt 2. Hängt davon ab ob dein Antrieb bestromt ist oder nicht. Wenn keine Spannung angelegt ist, hat der Motor prinzipiell nur sein Reibungsmoment und je nach Verschaltung noch eine Bremswirkung durch die induzierte Spannung. Über die Übersetzung erhöht sich diese Kraft, reicht aber meistens nicht aus, um den Arm fest zu heben. Daher wird normalerweise eine zusätzliche Bremse mit Permamentmagneten verwendet. Diese wirkt als Haltekraft im spannungslosen Zustand, wird freigeschalten (öffnet) beim Anlegen von Spannung. Somit kann der Arm dann drehen. Die Öffnung selbst benötigt eine bestimmte Zeit. Daher wird diese normalerweise nur bei längeren Stillstandszeiten sowie stromlosen Zustand verwendet. In allen andern Fälle arbeitet hier ein Positionsregler, der Abweichungen zur Sollposition entsprechend mit den Motoren automatisch ausregelt. Wie dieser Regler auf die Änderungen reagiert (Abweichungen, Dynamik) hängt von den Regelparametern ab.

Gruß

Hallo Phillip,

der Vorschlag von HannoHupmann ist eine gute Möglichkeit das Momentenungleichgewicht z.B. eines gestreckten Arms zu (teil-) kompensieren.

Einfachste Variante ist ein Ausgleichsgewicht an Achse 3 (Achse 1 = Drehachse im Grundgestell, Achse 2 = Arm nach oben, Achse 3 = Arm nach vorne) auf der Gegenseite der Drehachse. Hier kann einiges gemacht werden um die Antriebsleistung von Achse 3 zu minimieren. Nachteil: Durch das Gegengwicht erhöht sich die Massenträgheit, was wiederum bei dynamischen Roboterbewegungen zu einer Erhöhung der erforderlichen Antriebsleistung von Achse 3 führt.

Daher sollte kein zusätzliches Gewicht angebracht werden, sondern eher die Antriebe günstig verteilt werden.

An Achse 2 sollte dann wie von HannoHupman eine Gewichtsausgleich in der Form von einem Druckspeicher oder einer Feder angebracht werden.

Problematisch bei dieser Sache ist die Auslegung des Gewichtsausgleichs. Je nach Schwenkwinkel benötigt der Roboter bestimmte Federkonstanen, die konstruktiv gewährleistet werden müssen. Z.B Achse 2 steht senkrecht nach oben. Derf. = 0. Achse geht gegen die Horinzontale -> Derf. muss mitsteigen. Achse geht nach Hinten Derf. muss ebenfalls steigen. Zudem darf die Konstruktion nicht die gewüschten Schwenkwinkel der Achsen einschränken. Bei dynamischen Roboterbewegungen kommt noch das Thema Schwingungen in den Raum, da eine normale Feder bei Beschleunigung und Abbremsvorgang wechselnde Kräft auf die jeweiligen Achsen erzeugen. D.h. neben der Kraft müssen hier über Dämpfungen die Schwingungen des Systems reduziert werden.

@Phillip

Schöne Zeichnung. Durch die Übersetzung des Servos von 1:4 bekommt dieses nun mehr Kraft, etwas mehr Getriebespiel. Den gleichen Schwenkwinkel kannst du nur über einen Servohack erreichen. Das Poti auf der Drehachse führt zu der gleichen Genauigkeit eines Direktantriebs über das Servo. Wenn ihr das so umsetzen wollt, dann könnt ihr an die andere Drehachse ebenfalls ein Zahnrad befestigen, und das Poti über eine Übersetzung von 1:10 verbinden. Anstatt des Standartservos nehmt ihr ein 10 Gang Potentiometer mit ebenfalls 5 KOhm. Somit erhöht ihr eure Genauigkeit, könnt aber immer noch mit der Standart-Servoelektronik arbeiten.

Gruß

Also, ich denke ich werde den Achsenantrieb jetzt wie in meiner Zeichnung bauen, nur das das Poti durch ein Spindelpoti getauscht wird und ich noch mal, zur Achse hin, ein Getriebe verbaue.

Wie ist das aber jetzt mit dem Programmieren? Brauchen die eine Rückmeldung bei jeder Achse?

Gruß Philipp

@Joe23 danke, ich hatte leider keine Zeit es so ausführlich zu beschreiben, aber genau sowas verwenden die größeren Industrieroboter und ja es ist kompliziert. Wenn es einfach wäre würde es ja "Fußball" heißen :-P. Ein Ausgleichgewicht oder ein Federspeicher ist natürlich nicht zwingen erfordertlich, kann aber helfen. Wie kompliziert man diesen auslegt bleibt jedem selbst überlassen (eine Feder, oder mehrere Federn wie bei den Industrierobotern).

Hallo Phillip,

zeig mal bei Gelegenheit wie du dir deine finale Konstruktion vorstellst....

Wenn ihr nun mit Potis arbeiten wollt, braucht ihr keine zusätzliche Rückmeldung von den Achsen, da über den Schleifenwiderstand nach dem Einschalten der Winkel des Gelenks sofort bekannt ist (mal abgesehen von mechanischen Änderungen -> Achse dreht sich aber das Poti nicht....).

Nur für die Auswertung der Information gibt es drei Möglichkeiten.

A)
Ihr arbeitet mit der Standart Servoelektronik. Dann hab ihr ein Closed-Loop-Regelsystem. D.h. über einen Servocontroller gibt ihr die Sollposition an die Elektronik des Servos, dieses steuert den Wunschwinkel von selbst an. Das ist die einfachste und günstigste Variante, aber durch die Standartelektronik kommt diese Winkelinformation nicht an den eigentlichen Steuerungsrechner (PC oder Mikrocontroller). Somit hab ihr das Problem mit den notwendigen Wartezeiten für die Ausführung der Programmschritte.

B)
Ihr verwendet die Standart-Elektronik, führt das Signal aber zusätzlich noch zum Steuerungsrecher weiter und lest hier nur die Ist-Winkel-Information ein. Somit habt ihr dann eine reale Rückmeldung über den Achswinkel

C)
Ihr verzichtet auf die Standart-Servoelektronik, und baut euch über einen Mikrocontroller eine eigene Elektronik sowie Regler. Somit habt ihr direkt im Steuerungsrecher den Ist-Winkel des Servos, könnt aber auch an den Regelparameter (P;I;D) der Achsen drehen... Da die Mikrocontroller nicht genügend Strom liefer, braucht ihr dafür noch einen H-Brückentreiber.

Wäre mal interessant wie eure geplante Steuerungtopologie (Servoelektronik, Servocontroller, Mikrocontroller oder PC für die Bahnberechnung) aussieht...

Gruß

Hallo alle zusammen,

vielen Dank für euren Input!

ich werde jetzt wohl als erstes einen kleinen Servo-Roboterarm nach Joe23 Version "A" bauen, dadurch können Edding und co. sich schon mal an das Proggen machen.
Wenn das dann alles klappt, werde ich wohl noch einen besseren/genaueren Arm bauen.

Ich stell später mal Bilder von meiner "Dummie" Variante ein.

Gruß Philipp