Kraft Sensoren für Hexapod Beine

[WarChild]

Hallo!

Nachdem ich gesehen habe, was fertige Hexapod Modelle kosten, habe mich daran gemacht einen eigenen Hexapod zu designen und herzustellen.

Jetzt stellt sich mir jedoch die Frage, wie ich am besten die Belastung jedes einzelnen Beines messen kann.

Ich dachte schon daran an jedem letzten Beinglied einen Hebel anzufügen, der als neuer Fuß fungiert, und dann messe ich mit einem zwischen Beinglied und Hebel geklemmten Druckabhängigen Widerstand die Belastung, aber ich habe bisher noch keinen gefunden, der 1. linear ist und 2. sich gut verbauen ließe.

Vielleicht habt ihr ja ideen zu Lösung des Problems.
zur info: der Hexapod wird ungefähr 3-4 kg wiegen wenn er fertig ist und die Länge jedes Beingliedes ist von Drehachse bis Dreachse exakt 10cm.

mfg WarChild

[Besserwessi]

Die Lehrbuchlösung wären Dehnungsmesssstreifen. Allerdings sind die relativ teuer und das Verkleben ist auch relativ aufwendig.

Als Alternative gäbe es noch die magnetische kraftmessung. Die ist nicht ganz so linear und mehr was experimentelles, kann dafür aber leichter selbst gebaut werden. Eine Voraussetzung wäre das die Kraft durch ein eher dünnes Ferromagnetische Teil geleitet wird. Durch die Kraft verändert die Permeabinität und damit die Induktivität oder der weg eines Magnetfeldes. Sehr empfindlich messen läßt sich das Kopllungsverhalten zwischen 2 Spulen. Für eine Ausführiche Beschreibung ist es aber schon etwas spät.

[Murdoc_mm]

Hi,

schau dir mal das an: https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?t=37927&highlight=

Du müsstest zwar noch etwas "forschen" ob und wie du die Belastung so bekommst aber grundsätzlich sollte das gehen und da du die Servos sowieso verbaust brauchst du auch gar keine weiteren Bauteile.

Hier noch etwas mehr zu dem Thema (aber mehr für Winkelerfassung): https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=38929

Ansonsten kannst du auch mit einem Shunt den Servostrom messen und so ne Aussage über die grade aufgebrachte Kraft machen.

Gruß

[HannoHupmann]

@WarChild Das Konzept deines Hexabots ist für 3-4kg eher ungeeignet.
Wozu brauchst du Kraftsensoren, alle Kräfte die wirken lassen sich erst mal ausrechnen (für die Wahl der Servos). Im Betrieb sind Kraftsensoren nicht notwendig. Falls es darum geht trotzdem welche zu haben, ist nur die Kraft auf den Fuss interessant.

[WarChild]

Nein es geht mir darum, dass das Gewicht auf allen Beinen gleichmäßig verteilt ist. z.B. auf unebenem Untergrund.

Ich dachte auch schon daran an den enden mit einem Hebel kleine geferderte füßchen anzubauen, und an der Drehachse kommt ein einfaches Poti befastigt, dass den Winkel misst. Bei baugleichen federn und Potis sollte sich da eine Gleichmäßigkeit messen lassen.

Warum ist mein Hexapod Konzept ungeeignet?
Ich wollte keinen Kreisförmigen Hexapoden...

mfg WarChild

[WarChild]

@HannoHupmann

Ich habe gerade mal auf deiner HP deinen Phoenix angesehen, und habe da an den Füßen auch etwas entdeckt. Sind das Schalter? Um Bodenkontakt zu "erfühlen"?

Grundsätzlich reicht so etwas ja auch aus, da man dann weißt wo der Boden ist und dem entsprechend die bewegung anpassen kann. Wobei mir die Idee mit der Kraftmessung doch noch etwas besser gefällt, weil es dynamischer ist.

mfg WarChild

P.S. nette Sammlung von Robotern hast du da...

[HannoHupmann]

@Warchild, Kreisförmig oder gerade spielt keine Rolle, das kann jeder machen wie er mag. Hat unterm Strich kaum Vor- und Nachteile. Daran liegt also nicht. Meine Erfahrung mit 3 Hexas hat gezeigt, dass man seine Beine so konstruieren sollte, dass sie möglichs Verwindungssteif sind. D.h. bei Modelbauservos mit Plastikhorn (HS-475HB z.B.) entsteht ziemlich viel Spiel. Besser sieht es aus bei Servos mit Metallhorn (leider aber auch teurer). Dieses Spiel muss für einen sauberen Betrieb kompensiert werden. Eine Standartlösung ist es ein Gegenlager auf die Rückseite der Servos zu machen (siehe auch Phoenix²). Was oft aber noch nicht vollständig ausreicht. Bei dir (was mir ganz gut gefällt) ist das Servohorn auf der anderen Seite nochmal gelagert, die Idee ist gut, aber die Oberschenkel sind sehr dünn und daher werden die sich einfach verbiegen.
Wenn ich deine Zeichnung richtig interpretiere wirst du Blech biegen für die Teile. Leider ist Blech nicht wirklich verwindungssteif (bei 2-3mm) und daher wird das Material ebenfalls etwas nachgeben. Je stabiler die Konstruktion ist, desto einfacher wird die Steuerung später.

Richtig mein Phoenix hatte Taster an den Füssen, die sind aber nie zum Einsatz gekommen und daher bei der neuen Version wieder weggefallen. Mit den Kraftsensoren ist es so eine Sache, bisher hab ich nicht mal bei den Profis ne vernünftige Lösung gesehen. Für meine Roboter hab ich es bisher nicht als nötig erachtet welche vorzusehen. Die Roboter bewegen sich nur im Zimmer und der Boden ist nahezu eben.

Achja schon ausgerechnet was für Servos du bei 3-4kg verwenden willst? (Meiner und die meisten Hexas die ich kenne sind mit Elektronik und Akkus nicht schwerer als 2-3kg)

PS: Danke ich mach das auch schon ne Weile. Dabei fehlt noch mein letzter Neuzuwachs und das aktuelle Projekt (neben den 2 anderen an denen ich arbeite)

[MeckPommER]

Hallo Warchild,

aus den Erfahrungen mit meinem Bot würde ich in erster Linie versuchen, den zentralen Korpus des Hexapod so kompakt wie möglich zu machen.
Je mehr sich das Gewicht an einer Stelle konzentriert, desto ruhiger und sicherer ist nachher der Gang.

Der Kollege machts vor: http://www.oldskoolman.de/thumbs/lrg-392-langbein-weberknecht-spinne.jpg

Auch würde ich die Beine nicht nur seitlich abspreizen, sondern auch nach vorne und hinten, das gibt eine größere Standfläche.

@HannoHupmann

Mein Bot hat vor einigen Wochen die 4Kg überschritten, und da wird es wirklich zunehmend schwieriger was die Punkte Stabilität, Eleganz, Servopower, Akkupower, etc. angeht.
Ich werde wohl nicht darum herumkommen, meinem Marvin einen neuen Body zu spendieren der erheblich steifer (und vielleicht ja auch diesmal hübscher *g*) wird. Es soll nämlich noch ein drehbarer Sensorkopf hinzukommen, der sich auf einem zentralen Servoarm befindet und dann bin ich bei 5kg *grumpf*

[HannoHupmann]

hehe kenn das Problem, aber nen Neuen Korpus hast mein Phoenix auch schon bekommen (Dibond), der ist wesentlich Stabiler als der Alte. Leider fehlt mir noch ein Knochen zu meinen Oberschenkeln um die ebenfalls komplett zu machen, ich hoffe CNC-Eltner schickt mir den bald zu.
Je steifer die Beine sind, desto besser beim laufen.

Meiner wiegt gute 2kg mit Greifer und Sensorkopf (inkl Akkus).
Mit dem neuen Material hab ichs aber noch nicht gewogen.

[WarChild]

Ich habe jetzt die ersten Teile des Korpus ausgeschnitten und muss daher meine Gewichtskalkuation herabsenken. Der Rahmen wiegt 600g+150g senkrechtverstrebungen+400g "Beinknochen"+ ~500g elektronik...
Am Ende wird er jedoch die 2kg nicht erreichen.
Ich habe schon die ersten Tests mit den Oberschenkeln gemacht. Das Blech ist zwar nur 1.5 mm stark, aber weil es an beiden Seiten gefalzt ist und nur 10cm lang ist ist es unheimlich stabil. Ich kann es nicht ohne Hilfsmittel verbiegen, also sollten es die Servos auch nicht schaffen. Zumal ich erstmal nur die 3€ Teile mit 32 Ncm vom großen C nehme.

Wo du allerding vollkommen recht hast, sind die Plastikhörner. Ich fürchte ich muss wirklich von vornherein metallhörner kaufen, weil die sonst zerbrechen.

Der Roboter soll erstal nur Grundlage zum Einstiegt in die Beinroboter- Welt sein. Und ausbaufähig ist mein Konzept allemal, denke ich zumindest.
Und am besten lernt man immernoch aus den eigenen Fehlern. :-)

mfg WarChild

[Klingon77]

hi,

mal laienhaft gefragt:

könnte man nicht die Kraft, mit welcher ein einzelnes Bein aufsetzt über eine Messung des Strom´s am Servo ermitteln?

Im Prinzip benötigt man nicht die genaue Kraft, welche ein einzelnes Bein aufwendet.

Es reicht, wenn alle am Boden befindlichen Beine am entsprechenden Servomotor den "gleichen" Strom aufweisen.
Dann ist die Kraft gleichmäßig verteilt.

liebe Grüße,

Klingon77

[Gock]

Du könntest die Ströme auf die Servos messen und daraus die Kraft berechnen. Das ist relativ genau und rein elektronisch, sodass keine mech. Bauteile notig wären, die Platz brauchen und meist mehr Gewicht erzeugen.
Gruß

...jaja, Klingon hats schon erwähnt...

[WarChild]

Meine Erfahrung im bereich Servos liegt ungefähr bei ...0.
Wieviel Leistung verbraucht ein Servo eigentlich so ungefähr???

Außerdem ist die Kraft, die ein servo aufwendet (Strom) nicht proportional zum Gewicht, das auf dem Bein lastet, denn das hängt vom Hebel des beines ab. Diese Messung ginge nur wenn alle beine in der Gleichen, oder ähnlichen Stellung wären, bzw. es wäre entsprechend viel rechenaufwand daraus ein vergleichbaren Messwert zu machen.

@ Hannohupmann
Was für Fußplaten hat(te) dein Crawler? unter diese könnte man problemlos einen Druckabhängigen Widerstand kleben. (Kennlinie hängt an)
Der sensor fällt nähmlich bereits bei leichtem kontakt von 2MOhm auf 3kOhm, wie ein Schalter, und dann sinkt der Widerstandswert logarithmisch² zum aufliegenden Druck bis 10kg. Das wäre die einfachste Lösung. Den Wiederstandstwert über einen Spannungsteiler am ADC mit 10 Bit eingelesen und schon hat man einen verwendbaren Wert.
Natürlich muss man den Messbereich so einstellen, dass man auch verwendbare Erbebnisse bekommt. Also ungefähr zwischen 1 und 10kOhm messen. Das wären 10Ohm Schritte und eine ausreichende Genauigkeit um ein Gewicht zwischen 100g und 4kg zu messen.

Das Doppelt logarithmische ist jedoch etwas tricky...
der Schritt von 250g auf 500g sind ungefähr 1kOhm
der Schritt von 500g auf 1kg sind ungefähr 1kOhm
der Schritt von 1kg auf 2kg sind ungefähr 1kOhm

Alles entscheidende regelt sich innerhalb ein paar kOhm. Im 250g bis 500g bereich misst man auf 2.5g genau, aber selbst im 1 bis 2 kg bereich misst man noch auf 10g genau.
(es kann sein, dass ich mich beim ablesen der Werte aus der Skala vertan habe, aber letztendlich muss man das eh mit einem Poti einstellen.)

Ich hoffe jedoch, dass das prinzip klar ist.

mfg WarChild

[Gock]

Außerdem ist die Kraft, die ein servo aufwendet (Strom) nicht proportional zum Gewicht, das auf dem Bein lastet, denn das hängt vom Hebel des beines ab. Diese Messung ginge nur wenn alle beine in der Gleichen, oder ähnlichen Stellung wären, bzw. es wäre entsprechend viel rechenaufwand daraus ein vergleichbaren Messwert zu machen.

... oder wenn man einen Winkel zuordnen kann.
Ist ganz sicher nicht einfach, aber alles hat seine Vor- und Nachteile. Du wolltest Ideen...
Gruß

[HannoHupmann]

Stimmt die Kraft hängt vom Hebelarm ab. Man rechnet die Servokraft für für die Maximalstellung aus und daraus ermittelt sich dann was man für Servos braucht.

Bei meinen 2kg reichen mir 59Ncm für deine 3-4kg würde ich deutlich mehr als 60Ncm nehmen. Da wird ein Servo wohl 20€ kosten. Also sinds 12x20€ für die Hüft reichen wohl welche für 16€. Bei dem Gewicht würde ich nicht damit rechnen billigere Servos zu bekommen.

Ich hab meine Akkus auf 20A Spitzenleistung ausgelegt damit müsste er etwa 45min durchhalten, aber mit dem neuen Roboter bin ich noch nicht an die Leistungsgrenze gegangen.

Die hab ich mir selber gebastelt ich glaub die liegen noch bei mir rum.

[WarChild]

...dejavue???... :-)
was sind denn das für Akkus? Wieviel Ah?
P.S. Mein Hexapod wird wohl nur 2kg wiegen.

mfg WarChild

[HannoHupmann]

@WarChild das sind 7,4V LiPo Akkus mit 2800mAh glaub ich. Achja die 45mins bezogen sich auf den Phoenix in der ersten Version, da hatte ich aber noch nicht durchgängig HS-475HB und einen Akku mit 1800mAh verbaut.