Und schon wieder ein Servotester, aber ein erweiterter

[Searcher]

Kurzes, mit gemischten Gefühlen geschriebenes Update zu meinem Testaufbau:
Zur Zeit größtes "Problem" ist der gebastelte Winkel. Durch das manuelle Verdrehen auf dem Servoabtrieb leiert er aus und bleibt dann nicht mehr zuverlässig in seiner eingestellten Position. Muß mich mal nach anderem Material umsehen, wenigstens für die Verbindung zum Servoabtrieb.

Schnell und "schmutzig" programmiert laufen die Hauptfunktionen.
Servopulseinstellbereich wurde noch erweitert, da das ES-05 noch auf Pulse kürzer 500ms reagiert. Schwenkbereich etwas größer als 180°. Mit schrittweiser Veränderung der Pulslänge um 1µs rührt sich das Servo ca. alle 5µs. Für die Umkehrung der Drehrichtung braucht es ca. 10µs Veränderung. Später genaueres. Nur soviel: Hier könnte eine Strommessung interessant werden, da das Servo dann ungleichmäßige Sprünge macht, so als wenn im Getriebe Reibungen überwunden werden würden.

Servopulsabstand kann von 3ms bis 66ms verändert werden. Stellgeschwindigkeit wird von 20ms bis etwa 10ms Pulsabstand herunter erheblich größer. Darunter praktisch nicht mehr.

Es scheinen wirklich Unterschiede, wenn auch kleine in der Stellgeschwindigkeit zwischen Rechts- und Linkslauf zu bestehen. Genauere Messungen nachdem ich die Winkelmechanik verfeinert habe. Außerdem ergibt sich die Frage nach der Meßmethode. Kommt das Servo in die Nähe der Endposition, wird es langsamer. Läßt man nun den Winkel von 60° mit Fullspeed durchlaufen oder programmiert man einen Stellwinkel von 60°. Im letzteren Fall mißt man eine längere Zeit für den Durchlauf der 60°. Es muß auch eine Anlaufzeit geben, die man eventuell vernachlässigen könnte? Nicht nur hier wär ein Sensor, der die Aufnahme vieler Meßpunkte erlaubt, wie Poti oder Encoder oder...? sehr vorteilhaft.

Versuche beziehen sich alle auf mein analoges Modellcraft ES-05 Servo bei 5V Spannung und ohne Belastung.

Mittlerweile sind 2 Potis (Grobeinstellung Pulsweite, Pulsfrequenz), ein Drehencoder (Feineinstellung Pulsweite), Zwei Tasten, eine LED, das Servo, Serielle Datenausgabe und der CNY-70 am Tiny44 angeschlossen. Mal sehen, wie ich schaffe, da noch einen Quarz anzubringen oder welchen Einfluß auf die Meßergebnisse ein genauer Takt hat, im Vergleich zum internen Oszillator.

Entschuldigt, wenn ich auf weitere interessante Ideen hier im thread nicht eingehen kann; bin noch damit ausgelastet herauszufinden, wie lang die Sackgasse ist und was praktisch in Servoanwendungen relevant ist?

Gruß
Searcher

[Klebwax]

Servopulseinstellbereich wurde noch erweitert, da das ES-05 noch auf Pulse kürzer 500ms reagiert. Schwenkbereich etwas größer als 180°. Mit schrittweiser Veränderung der Pulslänge um 1µs rührt sich das Servo ca. alle 5µs. Für die Umkehrung der Drehrichtung braucht es ca. 10µs Veränderung. Später genaueres. Nur soviel: Hier könnte eine Strommessung interessant werden, da das Servo dann ungleichmäßige Sprünge macht, so als wenn im Getriebe Reibungen überwunden werden würden.

Das sind ja doch schon mal interessante Erkentnisse. In den Datenblättern der verschiedenen Servo-ICs findet man Dead-Band Angaben von 1µs bis 5µs, das passt ja.

Servopulsabstand kann von 3ms bis 66ms verändert werden. Stellgeschwindigkeit wird von 20ms bis etwa 10ms Pulsabstand herunter erheblich größer. Darunter praktisch nicht mehr.

Da laufen dann die Ansteuerpulse für den Motor ineinander, er ist also dauernd an. Schneller gehts nicht.

Mal sehen, wie ich schaffe, da noch einen Quarz anzubringen oder welchen Einfluß auf die Meßergebnisse ein genauer Takt hat, im Vergleich zum internen Oszillator.

Das wird keine neuen Erkenntnisse bringen. Die Zeiten in der Servoelektronik werden nach den Datenblättern mit Kondensatoren erzeugt, zum Teil mit Elektrolyten. Die haben dann schon mal eine Genauigkeit von +-20%. Da ist der interne Oszillator von deinem Tiny, der außerdem noch bei "Labortemperatur" betrieben wird, viel besser. Man könnte höchstens, wenn man viele Servos misst, die Exemplarstreuung ausmessen.

MfG Klebwax

[Manf]

Das sind doch schon einmal ganz schöne Ergebnisse.
Gefühlsmäßig wird die größte Relevanz eine Belastung haben, wobei dann bei der Präzision schon die Aufhängung berücksichtigt werden muss.
Für die Winkelmessung habe ich beim Testen ganz gute Erfahrung mit dem AS5030 gemacht, es ging damit überraschend einfach.

https://www.roboternetz.de/community...l=1#post295855

Alternativ könnte man bei konstanter Ansteuerung des Servos über eine Kurbel und eine Feder eine wechselndes Moment auf die Servoachse aufbringen und die Stromaufnahme des Servos beim Halten der Position messen.

[Searcher]

Super, hier kommen ja immer mehr prima Ideen und Infos zusammen. Man sollte doch mehr in den Tiefen der RN Foren und des RN-Wissens graben.

Mich beschäftigt es noch zu einer halbwegs zuverlässigen Zeitmeßreihe zu kommen. Die im Eröffnungspost angedachte Methode, den vorgefertigten Winkel per Hand und Kontrolle über eine LED auf die Zeitmeßstartposition zu bringen, ist unzuverlässig. Auch Selbstkalibrierung bzw Einstellversuche über den 1µs Regler geht nicht, da man es nicht schafft, den Schaltpunkt des CNY exakt zu treffen, da der Servo einfach nicht so fein einstellbar ist. Mag für viele trivial sein - für mich zeigt es wieder zum x-ten Mal die Diskrepanz zwischen Vorstellung und Realität, die mich immer wieder erwischt.

Zum Befestigen des Winkels auf dem Servoabtrieb nehme ich nun ein kleines Stück 1mm starke Teichfolie. Mit einem Lochdurchmesser minimal kleiner als der Servoabtrieb sitzt das fest genug und leiert nicht gleich aus, wenn man sie gegen den Abtrieb ein paar Mal hin und her verdreht.

Nun soll noch der Winkel so geformt werden, daß in einer Drehrichtung die gleiche Schaltflanke des CNY zur Messung hergenommen werden kann. Die Schenkel werden etwas breiter gemacht.

Zeitmessung beginnt dann einfach über ICP Interrupt bei laufendem Servo, wenn der erste Schenkel den CNY passiert und stoppt, wenn der zweite Schenkel erreicht ist.

Bisher hatte ich auch noch herumgetüfftelt, wann denn die Zeitnahme eigentlich SW-mäßig beginnt. Um da zu halbwegs vergleichbaren Ergebnissen zu kommen, wird der Zeitmessungsstart mit den Servopulsen synchronisiert. Soll heißen: Bei einer bestimmten Ruheposition bekommt das Servo gleichmäßige Pulse bestimmter Länge im Abstand von 20ms. Soll das Servo eine neue Position anfahren, wird die Pulslänge verändert. Exakt mit erstem veränderten Puls wird Zeitnahme gestartet. Wird später eventuell nochmal interessant, falls Ansprechverhalten getestet werden soll.

Gruß
Searcher

[Searcher]

Trotz Wetter habe ich noch ein wenig weiter gemacht und ein paar Meßwerte vom Hyperterminal in angehangene Datei kopiert.
Das (noch nicht ausgereifte) Meßprogramm ist auch angehangen. Falls jemand Lust hat, kann er sich da mal durchwühlen und Feedback geben.

Es läuft folgendermaßen:
Timer1 im Tiny44 wird im Mode15 mit 1Mhz betrieben (fast PWM, OCR1A as TOP, OC1B als PWM Ausgang)
Mit einem Poti und Drehencoder wird OCR1B gesetzt um die Länge des Servopulses zu beeinflussen. Servo ist an OC1B angeschlossen. Mit dem anderen Poti wird OCR1A gesetzt um die PWM Frequenz einzustellen.

Mit einer Taste wird die Zeit des Durchlaufs eines 60° Winkels im Linkslauf gemessen. Mit einer zweiten Taste das Gleiche im Rechstslauf. Dazu ist der Winkel so angebracht, daß im Linkslauf die fallende Flanke der Reflexlichtschranke, die am Input Capture Pin des Tiny angeschlossen ist, als Start- und Stopsignal hergenommen werden kann. Im Rechtslauf die steigende Flanke.

1. Vor Beginn der Messung zB für Linksdrehung, wird eine sinnvolle Pulsweite zB. 1800µs eingestellt. Das Servo dreht entsprechend in seine Stellung.
2. Dann wird der linke Winkelschenkel von Hand über die Lichtschranke gebracht - Ausgang Lichtschranke = LOW. LED auf Breadboard erlischt.
3. Taste für Linksdrehungsmessung drücken.
4. Servo dreht nach rechts bis Ausgang Lichtschranke high ist.
5. Die aktuelle Pulsweite, die nun etwas mehr als 1800µs beträgt wird nochmals um 200µs verlängert - Servo dreht noch weiter nach rechts, quasi als Anlauf für die folgende Linksdrehung.
6. Die aktuelle Pulsweite wird um 1000µs reduziert und dadurch die Linksdrehung begonnen.
7. Passiert die linke Kante des linken Winkelschenkels den CNY-70 beginnt die Zeitnahme.
8. Passiert die linke Kante des rechten Winkelschenkels den CNY-70 stoppt die Zeitnahme, Linksdrehung stoppt und Servo auf die Ausgangsposition (Pulsweite zB. 1800µs) zurückgefahren.
9. Meßwert ausgegeben und noch auf einen Tastendruck gewartet um den Meßmodus zu beenden.

Rechtsdrehungstest funktioniert sinngemäß mit 1200µs und Start mit rechtem Winkelschenkel über dem CNY-70.

Youtubelink: Video zur Verdeutlichung für eine Linksdrehmessung.

Die Zeit wird mit dem Input Capture Feature des Timer1 genommen, indem bei ICP Interrupts das ICR Register gesichert wird und zusammen mit den gezählten Timeroverflows seit Meßstart verrechnet wird.

Im Meßprotokoll wird außer der Laufzeit noch die ungefähre Position des Servos zum Start der Zeitmessung in µs (die festgestellte Pulsweite bei dem die Lichtschranke high wurde, siehe Punkt 4. weiter oben) und der Pulsabstand in ms ausgegeben.

Abgesehen von der Streuung der Meßwerte sehe ich folgendes:
Rechtslauf ist langsamer als Linkslauf
Meßserien zu verschiedenen Zeitpunkten (nach Einschalten der Meßapparatur oder bei warmgelaufenem Servo oder nach Kaffeepause oder...) gestartet bringen nahe beieinander liegende Zeiten, die aber insgesamt von einer anderen Serie größere Abweichungen haben können.

Ein noch nicht sicher erkannter Effekt bei langen Pulszeiten:
Bei der Justierung von Hand des Winkels über der Lichtschranke vor Meßbeginn ist es nicht egal, wie weit die Kante vom Schaltpunkt des CNY entfernt ist. Im Meßprotokoll ist der Abstand erkennbar an den StartPW Werten. Je weiter diese von 1800µs entfernt sind, desto weiter war die Kante des Winkel von dem Zeitmeßstart (Schaltpunkt des CNY) entfernt.
Dann werden die Laufzeiten länger?
Progamm? Methode? Ungenauer Aufbau?
Fremdlicht spielt keine Rolle!
Noch nicht bei kurzen Pulszeiten beobachtet.

Gruß
Searcher

[RoboHolIC]

Hallo Searcher.

Was hältst du davon, bei der anfänglichen Justierung den toten Gang des Getriebes rauszunehmen durch Anfahren der Startposition in der Messrichtung (verzeih, wenn das schon geschieht und ich nicht kapiert haben sollte) und die Lichtschranke zu bewegen anstelle der Verdrehung des Winkels?
Das wäre zumindest eine kleine Verbesserung

[Searcher]

Hallo RoboHolIC,

...verzeih, wenn das schon geschieht...

Kein Problem - doppelt genäht hält besser.

Ein toter Gang sollte während des Meßvorgangs eigentlich nicht vorhanden sein. Wenn eine Messung für Linksdrehung durchgeführt werden soll, wird der Winkel von der händischen Einstellung aus zunächst vom Meßprogramm nach rechts bewegt (bei diesem Servo bedeutet das eine Pulsverlängerung), solange bis am µC Pin, an dem der CNY-70 angeschlossen ist, ein high erkannt wird.

Danach wird der Puls nochmals um 200µs verlängert, also nochmals weiter nach rechts bewegt. Das soll für die folgende Linksdrehung, bei der dann die Zeit genommen wird, einen ungefähr definierten Beschleunigungsweg einstellen. Der ist dann ca. 200µs Pulsweite von dem Zeitnahmestart entfernt.

Von da aus wird dann der Meßlauf nach links gestartet indem die Pulsweite schlagartig um 1000µs verkürzt wird (ca. 90° nach links, 60° würden ca. 600µs Pulsänderung entsprechen). Der Zeitnahmestart und Zeitnahmestopp werden also in einer Drehrichtung und hoffentlich mit höchstmöglicher Geschwindigkeit durchlaufen.

Für Messung im Rechtslauf passiert sinngemäß das Gleiche.

Kann auch sein, daß ich Dich jetzt nicht verstanden habe.

Hier liegt ein Schwachpunkt der Konstruktion. Ich kann nicht sagen, ob die 200µs Beschleunigungsweg ausreichen und ob nahe dem Zeitmeßstopp nicht schon eine Verlangsamung der Drehbewegung einsetzt. Besser wäre, wenn man eine Geschwindigkeitskurve aufnehmen könnte.

Habe ein Servo gleichen Typs genommen und gemessen. Eigenschaften gleich. Interessant war, daß das ungebraucht war und zu Beginn im Schnitt ca. 8ms schneller war. Nach geschätzten 30 Testläufen ist es langsamer geworden und ich kann nun keinen Unterschied zu dem ersten Servo ausmachen. Hätte eher das Gegenteil erwartet.

Wird Zeit, daß ich mir mal ein hochwertiges beschaffe und sehe, was damit los ist. Und im Hintergrund lauert auch immer noch die Aufgabe der Tests unter Last

Gruß
Searcher

[Klebwax]

1. Vor Beginn der Messung zB für Linksdrehung, wird eine sinnvolle Pulsweite zB. 1800µs eingestellt. Das Servo dreht entsprechend in seine Stellung.
2. Dann wird der linke Winkelschenkel von Hand über die Lichtschranke gebracht - Ausgang Lichtschranke = LOW. LED auf Breadboard erlischt.
3. Taste für Linksdrehungsmessung drücken.
4. Servo dreht nach rechts bis Ausgang Lichtschranke high ist.
5. Die aktuelle Pulsweite, die nun etwas mehr als 1800µs beträgt wird nochmals um 200µs verlängert - Servo dreht noch weiter nach rechts, quasi als Anlauf für die folgende Linksdrehung.
6. Die aktuelle Pulsweite wird um 1000µs reduziert und dadurch die Linksdrehung begonnen.
7. Passiert die linke Kante des linken Winkelschenkels den CNY-70 beginnt die Zeitnahme.
8. Passiert die linke Kante des rechten Winkelschenkels den CNY-70 stoppt die Zeitnahme, Linksdrehung stoppt und Servo auf die Ausgangsposition (Pulsweite zB. 1800µs) zurückgefahren.
9. Meßwert ausgegeben und noch auf einen Tastendruck gewartet um den Meßmodus zu beenden.

Wenn ich das jetzt richtig interpretiere, misst du "fliegende 60°", also eigentlich die maximale Drehzahl des Servomotors bei 5V. Das ist für ein Servo schon ein wichtiger Wert, schneller geht's nimmer. Es hat aber mit dem wirklichen Einsatz eines Servos, wo es darauf ankommt, eine bestimmte Position anzufahren und dort auch anzuhalten, wenig gemein.

MfG Klebwax

[oberallgeier]

... die maximale Drehzahl ... bei 5V.... hat mit dem wirklichen Einsatz ... wenig gemein ...

Genau so sehe ich das auch. Allerdings ist das eine gute und schnelle Möglichkeit, Fertigungsstreuungen festzustellen. Dazu zählt natürlich genau die Beschleunigung, die Searcher hier korrekterweise ausblendet; die hat für die Motorzeitkonstante Bedeutung. Wichtige Punkte wären noch die Positioniergenauigkeit/Reproduzierbarkeit sowie die Positionierauflösung (welche Pulsbreitenänderung kann der Servo nachweisbar unterscheiden bzw. getrennt anfahren). Und, für uns Roboterbauer, für den Einsatz als Aktor, ist natürlich die Regelabweichung unter verschiedenen Lasten (Nachgiebigkeit des Reglers) von zentraler Bedeutung - von der spricht kein Hersteller, die kennen nur Dreh-/Haltemomentwerte und so. Die lastabhängige Regelabweichung hat beim billigen RS-2 einen Wert, der eine jämmerliche Güte zeigt, wie ich schon früher festgestellt hatte.

... eine bestimmte Position anzufahren und dort auch anzuhalten, wenig gemein ...

Genau. Allerding ist das für den ursprünglichen Einsatz der Servos als Aktoren, die von Fernsteuerungen (mannbedient, sicht-/ergebniskontrolliert) verstellt werden, ausreichend. Der Mensch am Bedienungshebel der Fernsteuerung "regelt" nämlich "auf Sicht" nach - und kann meist auch das "Übersetzungsverhältnis" an seinem Hebelklavier einstellen.

Ein zentrales Thema das hier sichtbar wird, ist das unterschiedliche Anforderungsprofil der Modellbauer (sichtkontrolliert oder ergebniskontrolliert) und der Roboterbauer (meist autonom - also vorgabeorientiert). Und da kommt der Wunsch nach der Stellungsrückmeldung per Hard- und Software und nach Rampenstellmöglichkeit etc . . . opens.. lässt grüßen.

[Searcher]

Wenn ich das jetzt richtig interpretiere, misst du "fliegende 60°", also eigentlich die maximale Drehzahl des Servomotors bei 5V. Das ist für ein Servo schon ein wichtiger Wert, schneller geht's nimmer. Es hat aber mit dem wirklichen Einsatz eines Servos, wo es darauf ankommt, eine bestimmte Position anzufahren und dort auch anzuhalten, wenig gemein

Hallo Klebwax,
ja, stimmt. Ich bin immer noch auf der Suche nach verläßlichen und vergleichbaren Meßwerten. Das für mich überraschende Verhalten der Servos und das nicht darauf eingerichtete Meßverfahren erschweren mir das.

Um die Positionierungszeit, also Anfahren und dann Stoppen für bestimmte Drehwinkeln zu messen, ist mein Aufbau auch nicht geeignet. Auch wenn ich mich auf die 60° des vorgefertigten Winkels beschränken würde (oder andere Hardwarewinkel), sind die Streuungen innerhalb mehrmaliger Meßläufe ziemlich groß. Liegt, so meine ich, daran, daß ich den Winkel zum Meßstart genau auf den Schaltpunkt der Reflexlichtschranke positionieren müßte. Das krieg ich händisch nicht genau genug hin bzw sind mir die Toleranzen zu groß und das Servo ist auch nicht genau genug steuerbar dafür. Deshalb bin ich zunächst mal auf die Höchstgeschwindigkeitsmessung ausgewichen.

Aber auch hier sieht es so aus, daß die Meßmethode sich nicht wirklich eignet. Mir ist es auch immer noch ein Rätsel, warum ich gegenwärtig mit der Höchstgeschwindigkeitsmethode konstant unterschiedliche Zeiten bekomme, je nachdem wie weit die Winkelkante zu Beginn der Messfahrt vom CNY Schaltpunkt entfernt ist, obwohl danach ja noch 200µs Pulsweitenänderung "Anlauf" genommen wird, wie früher mal beschrieben nur bei langen Pulszeiten. Hab so 'ne Vermutung, die, wenn sie stimmt, das Verhalten nur bei analogen Servos auftritt.

Positioniergeschwindigkeit könnte ein Meßunterprogramm sein, zur Zeit experimentiere ich mit Meßunterprogramm Höchstgeschwindigkeit über 60°. Die beiden können auch noch unter Last durchgeführt werden...

Wenn ich mir meinen eigenen Text jetzt so durchlese, müßte ich eigentlich alles verwerfen und einen Aufbau mit Poti, Winkelmesser oder so etwas suchen, bei dem die Positionierung zu Meßbeginn keine so große Rolle spielt und mit dem es möglich ist auch Geschwindigkeitsverläufe über den Drehwinkel aufzunehmen.

Ganz sicher werde ich aber auch da auf mir noch unbekannte Effekte treffen und gehe nicht davon aus, daß dann alle Probleme gelöst wären. Es werden vermutlich nur andere sein.

Der größte Vorteil meines jetzigen Aufbaus ist, daß er übersichtlich ist und schon was geht, viel mehr wohl nicht . Im Augenblick kann ich mir aber noch nicht vorstellen auf Winkelmessung umzustellen, zum Teil auch, weil Probleme , die eigentlich nicht da sein sollten wie zB. das Kantenpositionierungsrätsel oder Neuservoeinfahrrätsel und die neuen unbekannten Probleme im neuen Aufbau mich davon abhalten.

@oberallgeier: Gerade ist Deine Antwort vor meine gerutscht. Muß ich mir später anschauen.

Einen schönen Tag und
Gruß
Searcher