Ansteuerung von Schrittmotoren

[sonex3]

Also an sich hatten wir vor gehabt, dass beide Motoren starr sind, sodass der Antriebsmotor bei der Drehung für die Lenkung nicht mitgedreht wird. Mit unserem ursprünglichen Konzept wäre das auch möglich gewesen, jedoch baut dies ganz schön in die Höhe und die Lagerung der einzelnen bewegten Teile ist dann doch recht aufwendig und letztlich kostenintensiv. Da wird wohl, wie i_make_it schon angesprochen hat, die Nutzung von Schleifringen die einfachere Methode sein, sodass bei der Lenkung der Antriebsmotor mit gedreht wird.

Vielen Dank hierfür auch für deine Selbstbauanleitung, dein Endergebnis kann sich sehen lassen Allerdings ists dann doch recht viel Aufwand, die ganzen Materialien stehen mir/uns nicht wirklich zur Verfügung, sodass sie auch erstmal alle gekauft werden müssten und mein Basteldrang ist dafür nicht groß genug ^^ Da ists dann doch bequemer die Dinger fertig zu kaufen, auch wenn die recht teuer sind. Habe bisher nur welche für 70-85€ (z.B. bei mv-technik.de) gefunden. Da würden wir aber immernoch günstiger kommen als mit dem ursprünglichen Konzept dass beide Motoren starr befestigt sind, da einige Lager und ein Kegelradsatz eingespart werden und die gesamte Konstruktion einfacher werden müsste.


@i_make_it, ich dachte das mit dem Schrittverlust ist nur ein Problem, wenn das notwendige Drehmoment größer ist, als das, das der Schrittmotor aufbringen kann? Sodass wenn der Schrittmotor ausreichend dimensioniert ist, es diesbezüglich keine Probleme gibt? So hatte ich es zumindest gelesen. Oder ist das falsch?


Gruß, David

[Geistesblitz]

So ist es, allerdings kann es ja immer mal vorkommen, dass unvorhergesehen Betriebszustände auftreten (Rad eckt irgendwo an und lässt sich nicht mehr richtig drehen zB.).
Bei einer solchen Anordnung ist es auch sinnvoll, wenn die Aufstandsfläche der Räder genau mittig auf der Drehachse der Drehgelenke liegt, da dann die Räder sich beim Lenken nicht mitdrehen müssen und auch das Drehmoment für die Lenkung recht klein gehalten werden dürfte. Die Schrittmotoren für den Antrieb könnte man oberhalb der Räder anbringen und dann mittels Zahnriemen ankoppeln, damit die nicht zu sehr im Weg sind. Für die Lenkung könnte ich mir auch Schneckengetriebe vorstellen, da diese selbsthemmend sind, sprich irgendwelche Drehmomente von den Rädern kommen (irgendwas drückt seitlich gegen das Rad zB.) können dann nicht zu Schrittverlusten führen.

Schleifringe soll es einige günstige Varianten bei Ali-Express geben, mehr kann ich dazu aber auch nicht sagen.

[i_make_it]

Das Bild zeigt nicht das Ergebniss eines solchen Selbstbaus sondern eines Schleifrings der als Sonderlösung käuflich zu erwerben ist. Da ist die Herstellung etwas anders.
Es wird ein Messingrohr von innen eingestochen bis über den späteren Außendurchmesser hinaus, dann werden die Kabel angelötet, ein Kern eingesetzt und vergossen.
Danach wird außen überdreht, bis nur noch die Ringe stehen bleiben und diese von Außen eingestochen, damit die Schleifkontakte geführt werden. Da sowas Zugriff auf eine Leit- und Zugspindel Drehmachine und die passenden Halbzeuge erfordert, habe ich mir mal die Baumarkt Methode ausgedacht und ausprobiert.

[sonex3]

So, also ich hab versucht mich ein bisschen in die Thematik einzulesen, aber so richtig warm geworden bin ich damit noch nicht so ganz.
Naja, hier erstmal das was ich zum jetzigen Zeitpunkt sagen kann:

Es sollen 8 Schrittmotoren angesteuert werden. Jeweils zwei werden in ein Fahr-Dreh-Modul eingebaut und kümmern sich um die Drehung bzw. Lenkung der Räder. Nach einigen Berechnungen bzgl. des Drehmomentes, das die Motoren aufbringen müssen, habe ich nun folgende Schrittmotoren ausgewählt:
Fahrmotor: Nanotec ST5918X2008 (zweiter von oben), Datenblatt
Lenkmotor: Nanotec ST3518M1004 (mittlerer), Datenblatt

Da der Fahrmotor sich bei der Lenkung mitdrehen wird, werden seine Zuleitungen durch diesen 12-Pol Schleifring geführt. Bei diesem können jedoch nur 2A pro Leitung übertragen werden, weshalb der Fahrmotor auch nur mit den 1,41A/Wicklung gespeist werden kann (bei diesem Motor wäre laut Hersteller auch 2,12A/Wicklung möglich für mehr Drehmoment in höheren Drehzahlen). Da die Motoren bei paralleler Ansteuerung die doppelte Stromstärke benötigen müsste hier die serielle Ansteuerung erfolgen, sofern ich das dem Datenblatt vom größeren Motor richtig entnehme.
Beide Motoren sollen zudem mit 48V laufen. Der Transportwagen, in dem die Fahr-Dreh-Module später eingebaut werden wird eine 50V Spannungsquelle haben.

Der Fahrmotor muss sich mit bis zu ca. 290 U/min drehen und der Lenkmotor mit maximal 1200U/min.
Der Lenkmotor soll mit dem Encoder WEDL5541-B ausgestattet werden und wird mittels einem inudktiven Näherungsschalter referenziert. Ich hatte dabei an diesen Schalter gedacht. Der Fahrmotor soll zunächst ohne Encoder arbeiten. Das Fahr-Dreh-Modul wird aber für den Anbau eines Encoders für den Fahrmotor vorbereitet sein, sodass er leicht nachzurüsten wäre. Erst wenn sich rausstellt, dass ein Encoder an dieser Stelle wirklich nötig ist, soll er gekauft werden (aus Kostengründen).


Die von Nanotec angebotenen Schrittmotorsteuerungen sind preislich doch etwas heftig in Anbetracht dessen, dass acht von ihnen benötigt werden. Vom Preis her wären diese Leadshine M542 noch machbar (8 Stück für rund 440€). Aber ob die von mir ausgesuchten Motoren mit diesen Steuerungen kompatibel sind weiß ich nicht, da seid ihr gefragt Eigenbau kommt eher nicht in Frage, da fehlen Lötkenntnisse, Ausstattung und Lust xD (einfache Lötarbeiten kriege ich aber grundsätzlich schon hin)
Wären diese Steuerungen für mein Vorhaben geeignet?


Die Bedienung des ganzen soll von einem Computer aus erfolgen. Für erste Testzwecke reicht es, wenn man die Motoren "per Hand" steuert, also z.B. sagt drehe dich mit der Geschwindigkeit so und so viele Umdrehungen oder so ähnlich. Später soll es aber so sein, dass man der gesamten Einheit, also allen vier Fahr-Dreh-Modulen, sagt bewegt euch von der jetzigen Postion aus nach dort und dort oder fahre eine vorgegebene Route entlang. Soll halt recht simpel anfangen und mit der Zeit verfeinert werden für komplexere Bewegungen.

So, dann würde ja nun noch die Verbindung zwischen Computer und den Schrittmotorsteuerungen fehlen, richtig? Womit wäre das am besten zu realisieren? Ein Mikrocontroller? Habe diesbezüglich noch nicht viel in Erfahrung bringen können Das zusätzliche Problem ist zudem, dass die Informationsübertragung zwischen PC und dem Wagen kabellos erfolgen muss, da der Wagen ferngesteuert werden soll. Gibt es da irgendwelche Empfehlungen, Tipps, Ratschläge oder ähnliches?


Ansonsten würde ich mich über allgemeine Anregungen und Tipps freuen


Gruß, David

[Geistesblitz]

Die Leadshine-Steuerungen sehen doch ganz passabel aus. Spannung und Strom scheinen ja zu stimmen, und Microstepping lässt sich auch gut einstellen.

Wegen dem Strom durch den Schleifring: du hast doch eh 12 Adern, da kannst du doch einfach für jede Phase 3 Adern zusammenlegen, dann kannst du bis zu 6A übertragen.

Ansteuerung über Parallelport sollte gut möglich sein, wenn es später über Funk gehen soll wirds aber wahrscheinlich auf (mindestens) einen Mikrocontroller hinauslaufen. Stell dich aber schonmal ein, dass es schwierig werden könnte, 8 Schrittmotoren gleichzeitig drehen zu lassen. Oder gehen auch jeweils nur vier gleichzeitig? (also zB. nur alle Lenkmotoren oder nur alle Fahrmotoren).

[sonex3]

Das mit mehreren Adern zusammenfügen hatte ich mir auch schon überlegt. 3 Adern sind auf jeden Fall für einen eventuellen Encoder reserviert. Bleiben 9 übrig bzw. 15 wenn ich den nächst größeren nehme. Wenn dann jeweils zwei zusammengetan werden sinds ja immernoch bis zu 4A, sollte jedenfalls auch ausreichen.

Also eigentlich müssten alle Schrittmotoren sich gleichzeitig drehen können, zumindest wenn Kurven gefahren werden sollen. Für erste Testzwecke würde es sicherlich ausreichen die Lenk- und Fahrmotoren getrennt anzusteuern, aber auf lange Sicht sollten schon alle zusammen verfahren können. Wieso könnte das ein Problem werden? Zu viele Informationen die gleichzeitig übertragen werden müssten?

[Geistesblitz]

Du musst ja für jeden Motor das Schrittsignal generieren und da das eine ziemlich zeitkritische Sache ist, brauchst du dafür Timer. Ich hab bisher mit Atmegas und Attinys gearbeitet und hatte da jeweils maximal 3 Timer zur Verfügung. Da gäbe es also nur die Möglichkeiten, einen Controller mit vielen Timern zu suchen, mehrere Controller zusammenarbeiten zu lassen oder sich irgendeinen Algorithmus auszudenken, der das alles mit ein(igen) Timer(n) hinbekommt. Ist aber jedenfalls nicht ganz trivial. Vielleicht findest auch schon irgendwo fertigen Sourcecode oder Bibliotheken, woraus du was übernehmen kannst.

Achja, wieso eigentlich Encoder? Macht nur Sinn, wenn du closed loop Endstufen hast, ansonsten kannst höchstens überprüfen, wieviele Schritte verloren wurden, und dann vll. nachstellen. Lies dir mal diesen Artikel durch:
http://www.schrittmotor-blog.de/schr...not-so-closed/