Und schon wieder ein Servotester, aber ein erweiterter

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Ich möchte einen Servotester bauen, der die Stellgeschwindigkeit eines Servos messen kann. Denkbar sind Erweiterungen wie Strommessungen und Ansprechgeschwindigkeit; veränderbare Versorgungsspannung für Servo. Brauch ich jedoch (noch) nicht und es soll bei der Stellgeschwindigkeit bleiben.

Auf die Idee kam ich schon vor längerer Zeit, als ich an einem Modelcraft Top Line Mini Servo ES-05 festzustellen glaubte, daß die Auslenkung von der Mittenstellung nach links länger dauerte als von der Mitte nach rechts (kann auch umgekehrt gewesen sein).

Vermutlich wird es, wie meistens bei mir, bei einem Prototypen bleiben, der mir jedoch Klarheit verschaffen soll. Außer der Stellgeschwindigkeitsmessung sollen noch die maximalen Auslenkungen festgestellt werden können und die Totzeit abgeschätzt werden können.

Weil ich auch noch gesehen hatte, daß das 50Hz Servosteuersignal in eine PWM mit gleicher Frequenz umgesetzt wird und dann zu Ansteuerung des Motors genutzt wird, soll auch das 50Hz Steuersignal in der Frequenz veränderbar sein. Da gibt es auch Auswirkungen auf die Stellgeschwindigkeit und Stellbereich, zumindest bei dem ES-05.

Realisierung: Das Servo wird auf eine Platte mit Winkelskala geschraubt. Ein paar Zentimeter gegenüber des Servos wird in der Skala von unten eine CNY-70 Reflexlichtschranke angebracht. Aus Pappe wird ein 60° Winkel ausgeschnitten und auf dem Servohorn angebracht. 60° weil die Herstellerangaben der Stellgeschwindigkeiten sich meist auf 60° beziehen. Jeder andere Winkel ist schnell hergestellt. Zur Stellgeschwindigkeitsmessung wird das Servo in Mittelstellung gebracht (1,5ms Pulse) und der Pappwinkel auf dem Servohorn per Hand so verdreht, daß er mit einem Schenkel gerade über dem CNY-70 steht. Eine Kontroll LED zeigt den Schaltzustand des CNY an. Nun kann die Messung per Knopfdruck gestartet werden. Servo dreht und die Zeit, bis der andere Schenkel des Winkels den CNY erreicht, genommen. Ausgabe der Meß/Einstellwerte auf LCD oder über UART zum PC.

Maximale Auslenkungen werden einfach auf der Skala abgelesen. Zur Totzeitabschätzung soll es einen Feineinstellungsregler geben, der die Servopulse in 1µs Schritten ändern kann und man horchen muß, ob sich schon was rührt.

µC: ATtiny44A mit Bascom programmiert

Hauptbedienelemente:
Ein Poti zu Änderung der Servosignalpulsfolge von 5ms bis 50ms (Standard sind 20ms)
Ein Poti zum Grobeinstellen der Pulsweite von 500µs bis 2500µs in 10µs Schritten.
Ein Feineinstellungsregler zum Ändern der Pulsweite in 1µs Schritten.
Mindestens zwei Tasten für Messung nach links und Messung nach rechts.

Mehr wird sich wahrscheinlich bei der Programmierung ergeben.

Hier ein Photo der Platte noch ohne Skala aber mit eingebautem CNY-70, Servo und Papp/Papierwinkel.


Gruß
Searcher

[Zameer]

Ich würde da eventuell noch etwas bezüglich der (Rück-)stellgenauigkeit einbauen.

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Ah, gute Idee Zameer! Danke. Dabei fällt mir auch noch ein, daß bei Erwärmung durch Dauerbetrieb sich auch noch Eigenschaften ändern könnten.

[Manf]

Für eine Drehung von 180° hat man wohl allgemein eine Änderung der Impulsdauer von 1000µs.
Bei 1µs hat man so eine Winkeländerung von 0,18°.

180° sind "Pi" x Radíus, also etwa 3,14 x 100mm. Ein Tausendstel davon entsprechen dann 0,314mm, mal sehen was bei der Messung herauskommt.

[Zameer]

Gibt bei den Servos nämlich auch bei den Markenherstellern einige Krücken bezüglich der Rückstellgenauigkeit.
Interessant wäre auch vor allem die Stellgeschwindigkeit unter Last.
Meist sind die Angaben der Stellgeschwindigkeit ohne Last - mit kann das gerne mal deutlich weniger sein und ein Servo was kräftiger ist aber auf dem Papier langsamer ist unter Last trotzdem schneller.
Je, nachdem was für einen Aufwand du machen möchtest könnte man noch die Stromaufnahme bei z.B. 6V und 0-50-100% Last hernehmen.

[oberallgeier]

Gibt bei den Servos nämlich auch bei den Markenherstellern einige Krücken ...

Krücken? Lücken - vermute ich, das sieht man ja schon an den Datenblättern. Und dann muss man selbst Zeit opfern. Aber mit etwas Aufwand sind die Ergebnisse dann doch recht interessant - aber teilweise auch furchterregend (klick mal).

Leider habe ich bisher noch nie in Markenservos investiert. Vielleicht sind die besser ? ? ?

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Hallo,

@Manf: Ich habe keine Erfahrung mit verschiedenen Servos und die einzigen, die ich zur Zeit besitze, sind die ES-05. Die drehen in dem Standardpulslängenbereich von 1000µs bis 2000µs um ca. 90°. Das scheint mir auch der Standard zu sein. Aber auch dabei ist bei einer Änderung der Pulsweite um 1µs eine Lupe sicher hilfreich beim Beobachten. Wie der CNY-70 und die folgende Schaltung (wird zunächst nach dem RN-Wissen Artikel zum CNY-70 beschaltet) reagiert weis ich noch nicht. Als Zeitmeßauflösung sind die 1µs angedacht. Die Öffnung des Sensors nach oben ist sicher auch risikoreich für die Aufnahme von Fremdlicht.

Die Winkelschenkel auf dem Foto sind vom Servohornmittelpunkt aus ca. 7cm lang, bis zur CNY-70 Mitte nur etwa 5,5cm. Ich hatte mir den Weg vorher nicht durchgerechnet und bin von der Herstellerangabe für die Stellzeit von 0,17 Sekunden für den Winkel von 60° bei 4,8V ausgegangen und geschätzt, daß ich Unterschiede zwischen Rechts- und Linkslauf rausmessen können müßte.

Allerdings ist es bestimmt besser, die Form des Winkels so zu wählen, daß die gleiche Flanke des CNY zur Starteinstellung und Stopmessung hergenommen werden kann. Dabei würde eine Hell-Dunkelphase bzw. Dunkel-Hellphase durchlaufen, die man SW-mäßig ausblenden müßte. Außerdem könnte sich der Aufbau nach grober manueller Einstellung des Winkels vor der Messung noch selbst kalibrieren um möglichst genau den Schaltpunkt des CNY zu erwischen. Die absolute Genauigkeit, die ich aber erstmal nicht so sehr ausreizen will, hängt auch noch von der Exaktheit des Winkels und dessen Montage ab ...

EDIT: Manf, ich glaub ich weis nicht wirklich, was Du mir mit der Rechnung sagen möchtest. Zu große Fehlermöglichkeit beim Messen?

Haaach, es stehen noch einige Versuche an und es wird wie immer wieder komplizierter als gedacht.

@Zameer,@oberallgeier: Lastmessung. *stöhn* Intressiert mich auch und hatte ich absichtlich nicht erwähnt, da es eigentlich ein einfacher Aufbau werden sollte. Das erste, das mir zur Realisierung dazu einfällt, und das hab ich vermutlich irgendwo aus dem Roboternetz, ist eine Umlenkrolle, die einen Faden mit einem angehängten definierten Gewicht über die Tischkante leitet. Das andere Ende des Fadens wickelt sich auf eine Rolle mit definiertem Durchmesser auf dem Servohorn.

Anders wüßte ich jetzt nicht, wie ich eine praktikabele, gleichmäßig definierte und zum allgemeinen Aufbau des Servotesters passende Belastung des Servos hinbekomme.? Etwaige kaufbare Bremsen mit Drehmomenteinstellung würden den Rahmen des Projektes sprengen.

Strommessung erstmal nicht "automatisiert", vielleicht zwischendurch mit Oszi an einem Shunt.

Danke für die Vorschläge und Anmerkungen
Gruß
Searcher

[oberallgeier]

... Lastmessung. *stöhn* ... Umlenkrolle ... Faden ... Gewicht über die Tischkante leitet ...

Diese Methode nach Ramses III. ist prima - hab ich andernorts schon erfolgreich gegen high sophisticated-nonwörking (Klugsch...er-) Methoden praktiziert. Beim Servo gehts p..ieinfach: Servo "flachlegen" - auf die Seite, auf ner festen, höhengenauen Unterlage. Servo wird mit ner Schraubzwinge oder so zusammen mit der in der Höhe genau abgemessenen Unterlage - siehe ">anderen< Ende" - am Tisch befestigt, Tisch ist Auflage für die Waage, siehe unten. Abtriebsachse steht horizontal, das Servohorn steht etwa auf Mitte Schwenkbereich, fast horizontal, leicht abwärts geneigt. Länge Hebelarm so im Bereich um die zehn bis zwanzig ZENTImeter - durch ne Verlängerung die am Servohorn stabil befestigt ist. Der Hebelarm hat am >andern< Ende ne feste, stabile Kante - notfalls irgendeine Blechkante. Damit liegt er auf ner kleinen, modernen Küchenwaage auf - Wägebereich (bei mir) 5000g/1g. Das ist in meinem Link so beschrieben. Diese Waage hat kaum Weg beim Wägen, damit ist die Auflagekraft des Servos praktisch immer am gleichen Hebelarm; sie variiert nur aufgrund der Ansteuerung.

War das verständlich? Der Rest ist gesunder Menschenverstand, das kriegt Searcher bestens hin.

[Searcher]

Hallo,

War das verständlich?

Ich bin vorsichtig und sag mal: ich glaube, ja. Werd ich sehen, wenn ich es versuche aufzubauen

Der Rest ist gesunder Menschenverstand, das kriegt Searcher bestens hin.

Vielen Dank, aber da möchte ich erstmal selbst sehen, was dabei bei mir am Ende wirklich rausgekommen sein wird

Scherz an die Seite. Danke nochmal für die Beschreibung. Denke doch, daß ich das nachvollzogen habe. Ich sollte jetzt aber so langsam anfangen den Aufbau gebrauchsfertig zu machen und die ersten Programmzeilen zu schreiben. Irgendwann kommt bei mir der Punkt, an dem ich ein Ergebnis haben möchte.

Gruß
Searcher

[Klebwax]

Eins der Probleme ist ja, den Servowinkel zu messen. Dazu könnte man theoretisch den Servowinkelsensor a.K.a das Poti im Servo anzapfen. Für einen Tester ist das sicher keine Lösung, man könnte aber ein Poti mit dem Servo koppeln, und dann mit dem ADC den Winkel messen.

MfG Klebwax