Bau eines 6 Achsen Gelenkroboterarms in Faserverbundbauweise [Bauthread!]

[Joe23]

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

[Faser]

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

[HannoHupmann]

@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).

[Joe23]

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

[Faser]

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

[MisterMou]

Mein Vorschlag wäre es die Software auf die genaue Variante hinzubauen. Und anschließend einen "Übersetzer" für die ungenaue Variante danzuhängen. Erspart später viel Arbeit