Takt- Richtungssignale erzeugen

[piattu]

Hallo Robin,

Also: es sollen 2 Linearaktuatoren über ein Gelenk A miteinander verbunden werden. Die Beiden (ebenfalls drehbaren) Aufhängungen B und C der Aktuatoren bilden also mit A ein Dreieck. Durch Längenänderung der Linearaktuatoren lässt sich der Punkt A somit beliebig in der Ebene positionieren.
Ich möchte den Punkt A beliebige Bahnen fahren lassen.
Mein Plan war es nun die Kinematik, zu welcher noch ein weiterer Teil gehört (weshalb ich im Eingangspost von 3 Motoren sprach) in Matlab zu implementieren und dort die einzelnen nötigen Schritte für die 3 Stepper zu berechnen. Zusätzlich könnte ich dort dann die auftretenden statischen und dynamischen Kräfte berechnen und somit für die nötigen Beschleunigungs- und Bremsrampen sorgen.
Das ganze wäre für mich eben viel einfacher, da ich in einer bekannten Programmierumgebung bleiben könnte.
Falls es jedoch nicht so geht wie ich mir das vorgestellt habe, könnte ja dein Stichwort "Inverse Kinematik" genau das richtige sein, da jeder Punkt A durch eindeutige Schenkellängen AB und AC gekennzeichnet ist.
Allerdings vermute ich, dass ich in diesem Falle wieder nicht um die MC Programmierung herum komme.
Gemeint sind natürlich Mikrosteps. Ich habe Schrittmotoren für die richtige Wahl gehalten, da ich bei Verwendung von Servus die beiden Linearaktuatoren nicht richtig synchronisiert bekomme und somit meine Bahn nicht stimmt.

[Horstelin]

dafür brauchst du nie im Leben 300 kHz! deine Steuerung kann ja gerade einmal 50 kHz...

Normale Standard Schrittmotoren haben eine Auflösung von 200 Schritten pro Umdrehung, dh du weißt dass sich der Schrittmotor pro Schritt um 1,8° dreht. Mikroschrittendstufen können dies teilen, dass heißt zum Beispiel bei Halbschritt brauchst du 2 Step Signale, damit sich der Motor um 1,8° dreht, bei einem Schritt dreht sich der Motor ungefähr um 0,9°. Wenn man eine CNC Maschine auf Mikroschritt umbaut verbessert sich also keineswegs die Genauigkeit der Maschine, allerdings führt Mikroschritt zu einem saubereren, weniger ruckligen lauf der Motoren.

Mal als Beispiel:

Meine ISEL CNC Fräse hat Standard Schrittmotoren im Halbschrittbetrieb an Kugelumlaufspindeln mit einer Steigung von 5mm. Die maximale Verfahrensgeschwindigkeit beträgt 8m/min =~133 mm/s, in einer Sekunde muss sich die Spindel also ~26,6 mal drehen.

26,6*200(schritte)*(Halbschritt)= 10666 Schritte pro Sekunde, also benötige ich maximal 11kHz. Die Steuerungskarte könnte also mehr, es hängt aber vor allem von der Mechanik ab, welche Verfahrensgeschwindigkeit möglich ist.

MfG Urs

[malthy]

Der Punkt an der hohen zeitlichen Auflösung könnte sein, dass diese das kleinste Geschwindigkeitsinkrement bzw -dekrement bestimmt. Es muss also garnicht darum gehen, Steps mit 300 kHz zu triggern, sondern evnt darum, die Geschwindigkeit fein genug variieren zu können.

Aber das ist natürlich nur mal so spekuliert, dazu müsste sich der TO äußern .

Gruß
Malte

[robin]

Das ganze klingt für mich nach einer art delta roboter nur mit 2 armen.

Schrittmotoren sind nicht schlecht, kann man falls man geschwindigkeit braucht später immernoch durch servomotoren ersetzen.

Da das ganze standalone werden soll, könnte es mit einem Raspberry Pi funktionieren. Darauf läuft linux+matlab drauf (so weit mir bekannt), die frage ist nur, ob es schnell genug für dich ist und ob/wie du die Ein- und Ausgänge ansteuern kannst.
Zur not gibt es ja immernoch USB oder RS485, hier könnten die Treiber probleme machen, aber einfacher wird es für dich kaum möglich sein (vlt. noch mit einem nettop oder netbook), wenn du kein C programmieren willst.

Ich würde das ganze persönlich (ohne das projekt zu kennen) mit einem µController aufbauen der die inverse kinematik berechnet (formeln hast du ja schon in matlab) und eine SD-karte auf der G-Code gespeichert ist. Je nach komplexität kann man dann auch noch ein display anschliesen, mit dem man verschiedene programme wählen kann.
Das ganze sollte für Anfänger/Künstler auch mit einem arduino machbar sein, mit etwas C kenntnissen und einarbeitung, natürlich vorrausgesetzt.

[malthy]

Matlab auf einem Raspberry Pi? Halte ich für ausgeschlossen. Lasse mich aber gerne eines Besseren belehren.

[robin]

Auch möglich, so gut kenne ich mich mit matlab nicht aus. Hab mal ein bischen google bemüht und scheint wohl nur ein I/O device zu sein. Aber auch etwas interesantes gefunden, das es evtl möglich wäre, c-code auf matlab zu erzeugen und diesen dann auf dem Pi auszuführen. Aber wie gesagt, kenne mich damit nicht gut genug aus.

[piattu]

Vielen Dank erstmal für die zahlreichen Antworten und Vorschläge. Die von mir vorgeschlagene Steuerung unterstützt natürlich nur 50kHz - das hatte ich bei meiner Antwort nicht beachtet. Da es sich jedoch nicht um eine zentnerschwere CNC Fräse handelt halte ich es nicht für ganz ausgeschlossen, dass die Schrittmotoren auch mit sehr hohen Frequenzen bewegt werden können. Der Vergleich mit dem zweiarmigen Delta-Roboter trifft es schon ziemlich gut. Der Aktionsradius wird sich allerdings auf wenige mm^2 beschränken und zwecks ruhigerem Lauf hatte ich an Mikrostepping (1/16 Schritte) gedacht. Bei einer Auflösung der Aktuaren von beispielsweise 0.005mm im Vollschritt komme ich also auf 3200 Schritte/mm im 1/16-Schritt. Bei 50kHz könnte ich somit eine Geschwindigkeit von ca. 16mm/sek fahren. Das halte ich bei sehr kleinen bewegten Massen und den dadurch geringen Beschleunigungs- und Trägheitskräften für machbar. Allerdings habe ich da keinerlei Erfahrungswerte auf die ich zurückgreifen kann - berichtigt mich also gern, falls das aus irgendwelchen Gründen eher nicht im Bereich des Möglichen liegen sollte.
Viel wichtiger war mir jedoch die Eigentliche Frage, wie ich die Signale für die Motoren erzeugen kann. Hier scheint mir tatsächlich die beste Lösung der Vorschlag mit dem Mikrocontroller zur Berechnung der inversen Kinematik zu sein. Ich habe mir den Arduino jetzt mal ein bisschen genauer angeschaut. Da gibt es ja durchaus Varianten, welche entsprechend hohe Taktraten haben. Ausserdem scheint es recht einfach zu sein Displays, externe Schalter, evtl. sogar zusätzlichen Speicher sowie eine PC-unabhängige Stromversorgung zwecks stand-alone Betrieb anzuschliessen. Im Internet finden sich dazu reihenweise Tutorials und Beispielcode - es sollte also eigentlich kein Problem sein, sich da einzuarbeiten.
Ich danke euch für die schnelle Hilfe!
Piattu