Hexapod: Die ersten Probleme treten auf =(

[masterchief]

Hy
Ich bin in Mechanik nicht so der Experte...darum weiß ich leider auch nicht wirklich wie ich mir ausrechnen kann, wie viel Kg Stellkraft das Servo haben muss, damit es meinen Hexa tragen kann...
Technische Daten:
Länge der Oberschenkel: 10cm
Länge der Unterschenkel: 10cm
Gesamtgewicht (maximal, eher weniger...kommt aber auch darauf an wieviel die Servos wiegen usw.): 2 Kg
Gewünschte Gangart: 3:3 Schrittfolge

Ps: Ich hab etwas im Forum gefunden...aber ich kann nur Teile davon berechnen...bei meinen jetzigen Berechnungen bin ich auf eine Stellkraft von 20 ncm gekommen...mir kommt das aber ein bisschen wenig vor...

Würde mich freuen wenn mir jemand erklären könnte, wie man alles berechnen kann!

Danke schon mal im voraus!!

Lg masterchief

[Chaosmann]

Ist etwas eng bemessen, ja.
http://rn-wissen.de/index.php/Spinnenbeine_%28Hexapods%29

Für a müsstest du den Extremfall betrachten um Reserven zu haben.
a = 20 cm
G = 2 kg => 19,62 N

19,62 / 3 * 20 = ~ 130 Ncm

Für normalen Gang kann man denke 10 cm ansetzen womit sich dann 65 Ncm ergeben würden.
Jetzt kommt es halt darauf an, was der Hexa können soll.

[masterchief]

Danke für die schnelle Antwort!!
Wegen dem extrem Fall: Der Hexa kann die Beine gar nicht so weit bewegen, da die Servos nicht so viel Spielraum im Ausschlag haben...würde mal sagen ein Servo hat nach links 45 Grad und nach rechts auch...bei meinen Berechnungen hat man viel mehr Berechnen müssen und man hat viel mehr Variablen gebraucht:
Hier ein Auszug daraus:
1)Summe der Kräfte in x-Richtung = 0: F_(A,x)+F_(Körper,x) +F_(B,x)=0


(2)Summe der Kräfte in y-Richtung = 0: F_(A,y)+F_(Körper,y) +F_(B, y) - F_G = 0


(3)Summe der Momente im Punkt A= 0: M_Körper - F_(B,x) * 0,075m + F_(B,y) * 0,05m


Nun sehen wir, dass wir zu viele Unbekannte haben, um die Gleichungen auflösen zu können. Das bedeutet: Zusätzliche Informationen sammeln bzw. zusätzliche Gleichungen aufstellen.

In jedem einzelnen Fall müssen wir die Kräfte und Momente im Körper bestimmen. Diese sind abhängig von:

- der Anzahl der Beine, die den Boden berühren (Kräftegleichungen)

- der Position am Körper der Beine, die den Boden berühren

Die Kräfte F_Bein,x und F_Bein,y können wir als Funktion von Anstellwinkel und F_Bein ausdrücken:

(5) F_B,y = F_B * sin(alpha)

(6) F_B,x = F_B * cos(alpha)

alpha ist der Winkel zwischen: der Geraden zwischen Auflagepunkt des Beinendes und Punkt A und der Ebene "Boden". Der Kraftvektor F_Bein zeigt entlang dieser Geraden.

Stillstand:

Wir machen noch eine zusätzliche Annahme: In x-Richtung können die Füße des Bots keine Kräfte an den Boden übertragen, es gilt:

(7)F_B,x=0

Man kann sich das so vorstellen: Selbst wenn der Bot auf einer glatten Oberfläche (Eis) steht, darf er keine "Grätsche" machen. Für das Moment gilt (7) in (3).

Noch eine Frage zu den 65 Ncm...mit dem Sicherheitsfaktor von 1,5...würde ich dann ein Servo mit einer Stellkraft von ca. 10Kg benötigen, oder?

Ps: der Hexa soll nur laufen können und keine Gewichte heben.

[Chaosmann]

Das sind die falschen Formeln.
Die brauchst du zur Berechnung der Statik.
Du willst aber im Moment nur die benötigten Drehmomente der Servos.

Gruß
Daniel

[masterchief]

Achso...Danke für deine Hilfe!!!

Lg masterchief

[Chaosmann]

Aso, eins noch wegen den +/- 45 ° bei deinen Servos:
Hast du da eine Konstruktionsbedingte limitierung?
Modellbauservos haben normal einen Aktionsradius von 180 °.
Nur werden die im Modellbau meist nicht komplett genutzt. Wenn du aber die Servos mit einem Kontroller ansteuerst, hast du die vollen 180 ° zur Verfügung.

[masterchief]

Echt?...Ich weiß nicht genau ob das Servo so einen großen Ausschlag hat...ich würde laut den jetzigen Daten wohl ein Mg995 verwenden...da man es schon um 10 - 15 Euro (!!!!!) kriegt und es eine Stellkraft von 10 - 15 Kg hat!! Da es sich um ein Digitalservo handelt würde ich schon meinen, dass es einen recht großen Ausschlag hat...

Eins wollte ich noch fragen:
Da bei dieser Gangart die ich verwende auf einer Seite immer nur 1 Bein auf dem Boden steht, auf der anderen aber 2...muss da das Servo wo nur 1 Bein auf dem Boden steht nicht mehr Ncm haben??

[Lync]

Gab es da nicht mal Kritik das die Mg995 um die "Zielstellung" zuerst herumschschwanken bis sie die exakte "Endstellung" halten?
Oder irre ich mich da?

[masterchief]

Ja da hast du recht...leider...
Die Spitzenströme sollen bei diesen Servos sogar bis zu 2 Ampere gehen!!
Dafür sind sie halt sehr billig und haben eine enorme Stellkraft...
Ist das Mg996 da etwas besser oder ist das komplett baugleich?

Welche Bauform ist eigentlich für die Servos des Hexas entlastender?
Soll ich ihn eher rund bauen oder eckig?

[Chaosmann]

Das Problem ist, dass die Achsen in den HongKong Servos nicht richtig gelagert sind. Ich habe sogar schon Bilder gesehen, auf denen die Achsen im puren Plastik gesteckt haben.
Bei kleinen Modellen mag das ja noch in Ordnung sein, Jedoch bei Hexabots geht die gesammte mechanische Last auf diese Achsen.

Gruß
Daniel

[Bammel]

die mg995 sind kugelgelagert... das mit den spitzenströmen kan ich nur bestätigen...
udn ja bei schnellen verfahren jagt das servo erstem über den gewünschten punkt hinaus und pendelt sich dann sozusagen ein. dann fangen die dinger unter last auhc gerne an zu zittern.

[Lync]

Das mit den "über den gewünschten Punkt hinaussteuern", sollte aber in den Griff bekommen zu sein, denke ich zumindest.
Kannst dir ja mal ein paar von denen bestelllen und testen....

[Chaosmann]

die mg995 sind kugelgelagert... das mit den spitzenströmen kan ich nur bestätigen...
udn ja bei schnellen verfahren jagt das servo erstem über den gewünschten punkt hinaus und pendelt sich dann sozusagen ein. dann fangen die dinger unter last auhc gerne an zu zittern.

Die Hauptachse ist gelagert, ja. Das bringt mir aber nix, wenn die beiden anderen Achsen nur ins Plastik gehen.

http://bt2007.braintrust.at/ds/rc/mg995.jpg

[Bammel]

ist das net standart? vllt die high-end servos sind da gelager aber die kann man ja auch nimmer bezahlen...

[masterchief]

Also...
Ich hab jetzt noch vier andere Servos gefunden:
1. ECO PLUS STANDARD POWER SERVO
Das Problem: Kein mir bekanntes Geschäft hat dieses Servo!! Ob Lindinger oder sonst wer...keiner hat es mehr!!
Kennt ihr vielleicht irgendein Geschäft wo man die Teile herbekommt?
Beim Lindinger haben sie nur 6,50€ gekostet, hatten aber eine Stellkraft von 6,5 kg!!!!
2. ECO PLUS STANDARD TORQUE DIGITAL SERVO M
Wäre auch nicht schlecht...hat 5kg Stellkraft und ist digital...
3. Cirrus 601 BB 6.5kg Standard Servo
Dieses Servo klingt auch nicht schlecht von den technischen Daten...
4. J.R.591 Ballraced Servo

Am liebsten wäre mir das Eco Plus Standard Power Servo...weiß irgendjemand wo man das Servo herbekommt ohne es von irgendwoher zu importieren und massenhaft Porto und Zoll zahlen zu müssen??

Hab alles noch mal nachgerechnet und würde bei meiner jetzigen Konstruktion auf ca. 1kg mit Servos die je 40 Gramm haben...ich hab aber nur mit 12 Servos gerechnet und nicht mit den vollen 18 denn wie schon vorher erwähnt müssen die Beinservos die Knieservos nicht mehr tragen...ansonsten ist alles mit-einberechnet (Akku, Platinen,...)
Soll ich mal ein paar Fotos von der jetzigen Konstruktion meines Lowcost-Hexas reinstellen?

Ps: Ich bin heute zu meinem Bastelladen gegangen =)
Ich hab ihn gefraget ob er mich da ein wenig mit den Servoströmen beraten kann, da hat er gesagt, dass die Stellkraft der Servos (angenommen 5kg Stellkraft) nur kurzzeitig erreicht werden kann, und dass ich, wenn ich die 5kg Stellkraft dauernd haben will mindestens ein Servo mit 20kg Stellkraft brauche :-k
Stimmt das??
Brauch ich wirklich ein so starkes Servo um die 5kg Stellkraft hinzukriegen??

Lg masterchief

[masterchief]

Also...
Ich hab jetzt noch vier andere Servos gefunden:
1. ECO PLUS STANDARD POWER SERVO
Das Problem: Kein mir bekanntes Geschäft hat dieses Servo!! Ob Lindinger oder sonst wer...keiner hat es mehr!!
Kennt ihr vielleicht irgendein Geschäft wo man die Teile herbekommt?
Beim Lindinger haben sie nur 6,50€ gekostet, hatten aber eine Stellkraft von 6,5 kg!!!!
2. ECO PLUS STANDARD TORQUE DIGITAL SERVO M
Wäre auch nicht schlecht...hat 5kg Stellkraft und ist digital...
3. Cirrus 601 BB 6.5kg Standard Servo
Dieses Servo klingt auch nicht schlecht von den technischen Daten...
4. J.R.591 Ballraced Servo

Am liebsten wäre mir das Eco Plus Standard Power Servo...weiß irgendjemand wo man das Servo herbekommt ohne es von irgendwoher zu importieren und massenhaft Porto und Zoll zahlen zu müssen??

Hab alles noch mal nachgerechnet und würde bei meiner jetzigen Konstruktion auf ca. 1kg mit Servos die je 40 Gramm haben...ich hab aber nur mit 12 Servos gerechnet und nicht mit den vollen 18 denn wie schon vorher erwähnt müssen die Beinservos die Knieservos nicht mehr tragen...ansonsten ist alles mit-einberechnet (Akku, Platinen,...)
Soll ich mal ein paar Fotos von der jetzigen Konstruktion meines Lowcost-Hexas reinstellen?

Ps: Ich bin heute zu meinem Bastelladen gegangen =)
Ich hab ihn gefraget ob er mich da ein wenig mit den Servoströmen beraten kann, da hat er gesagt, dass die Stellkraft der Servos (angenommen 5kg Stellkraft) nur kurzzeitig erreicht werden kann, und dass ich, wenn ich die 5kg Stellkraft dauernd haben will mindestens ein Servo mit 20kg Stellkraft brauche :-k
Stimmt das??
Brauch ich wirklich ein so starkes Servo um die 5kg Stellkraft hinzukriegen??

So: und nun zum Schluss: noch ne Frage :-k
Ich möchte meine Hexa mit zwei verschiedenen Akkus versorgen: einen für die Elektronik und den anderen für die Servos.
Habt ihr zufällig einen Schaltplan wie ich mit dem Akku der Elektronik die Steuerimpulse für die Servos und mit dem Akku der Servos die Stromversorgung für die Servos zusammenschließen muss??

Danke schon mal im voraus!!

Lg masterchief

[Bammel]

ich glaube einfach die masse zusammen legen... udn dnan halt den jeweiligen pluspol da anschleißen wo er hin soll

[masterchief]

Ok danke
Ich werds in der nächsten Zeit mal versuchen und dann berichten ob ich was abgefackelt hab oder net =)

[KingTobi]

Wenn du wirklich nur die Servos damit versorgen willst, dann sollte es reichen die Masse zusammen zu legen. Verbinde aber nicht einfach die Pluspole von verschiedenen Akkus.

Und zusätzliche Sicherungen wären auch anzuraten (sind immer anzuraten) dann fackelt dir auch nichts ab..

[masterchief]

Ok danke...aber noch was:
1. Welche Sicherungen würdest du in einen Hexa einbauen?
2. Ist es egal ob die zwei Akkus unterschiedliche Spannungen haben oder müssen die absolut gleich sein?

[KingTobi]

Welche Spannungen die in dem Fall haben ist egal, jedenfalls wenn ich das was du vor hast richtig verstanden habe, nur dürfen/sollten sie nicht parallel geschaltet werden. Selbst 2 absolut gleiche Akkus sollte man nicht parallel Schalten.

Ja sicherungen kommt drauf an mit welchem maximalen Strom du rechnest, ob auch mal kurzzeitig höhere Ströme auftreten können, also flinke oder träge oder... Könntest einfache Schmelzsicherungen nehmen, automaten, selbstheilende...

[masterchief]

Wenn ich sie hintereinander schalte und der Akku für die Servos wird leer, funktioniert dann die Elektronik trotzdem noch? Gleichen sich nicht auch die Volt auf eine Durchschnittsspannung an?
Ich hab immer geglaubt das geht nur bei parallel Schaltungen...
Wegen den maximalen Strömen:
Das ist davon abhängig welche Servos ich nehme, das wiederrum hängt davon ab welchen ich Akku ich nehme, das hängt davon wiederrum ab welche Schaltung (Parallel oder hintereinander) ich verwende...=)
Ich würde mal sagen:
12 * Mg995: je 2 Ampere...ca. 24 Ampere maximal Strom
6* Zebra ZS-135: je bis zu 300 ma...ca. 1,8 Ampere maximal Strom
Elektronik: maximal 1 Ampere
Würde zusammen so auf die 27 Ampere maximaler Dauerstrom kommen.

Lg masterchief

[Bammel]

du schaltet nur die masse zusammen... dann kommt an vcc der servos z.b. der 7,2 volt akku und an die elektronik der 5 oder 12 volt akku

[KingTobi]

Genau, das selbe Problem hab ich bei meinem nämlich auch.
Die Servos werden mit etwa 5v laufen und der Xmega mit 1,8V - 3V.

[Bammel]

ja dann den vcc der servos an die 5v spannung und die von dr elektronik an die 3v...

ist doch net schwer... nur die masse der beiden spannungsquellen müssen zusammen liegen da sonst der servo nicht funktioniert

[KingTobi]

Das war nicht so gemeint das es eine schwierigkeit wär, wie man das macht hab ich doch oben schon beschrieben.

[masterchief]

Danke!
Zur Info: die Elektronik wird ab 8 Volt Versorgungsspannung betrieben (wahrscheinlich 11,1 Volt von einem Lipo Akku), da ich ein Atmel Evaluationsboard benütze.
Die Servos laufen mit der selben Spannung (wird bei beiden Fällen mit einem Spannungsregler auf 5V gebracht).
So jetzt muss ich mir nur noch eine Schaltung zur Überwachung der Versorgungsspannung überlegen und die Elektronik ist fertig!!

Ps: Soll ich mal ein paar Fotos hochladen?

lg masterchief

[Bammel]

klar immer fotos her!!!

genau vor der fragestellung stehe ich demnächst auhc bekomme nen 11,1 lipo der natürlich auch überwacht werden will...

[KingTobi]

Hi

bei 11,1Volt hast du aber ordentlich Verluste.
Die Überwachnung sollte sich mit einem µC relativ einfach realisieren lassen.

[Bammel]

das stimmt da sollte er evtl zwei akkus nehmen einen 7,4 akku für die servos nehmen das sollten diese aushalten. ist ja im RC modelsport auch so

[masterchief]

Halten die Mg995 das aus oder sind die empfindlich was die Überspannung angeht?
Wie lässt sich eigentlich so eine Akkuüberwachung von einem Atmega32 realisieren? Habt ihr Links, Codes oder sonst was darüber?

Ps: Die Fotos lad ich morgen hoch (wenns geht =D).

lg masterchief

[KingTobi]

Hab grad gelesen das sie 7,2V vertragen. Ich denke wenn sie kurzzeitig etwas mehr bekommen werden sie nicht sofort kaputt gehen, aber ich würde auchjedenfall versuchen es zu vermeiden!

Am 0815 Akku könntest du einfach die Spannung überwachen, singt sie im Betrieb unter eine bestimmte Grenze, bringt er die nötige Leistung nciht mehr und muss geladen werden. So eine Spannungsmessung lässt sich mit einem µC + Spannungsteiler sehr leicht realisieren.

[masterchief]

Danke!
Dann nehm ich lieber nen 11,1 Volt Akku und mach draus 5 Volt mit nem Spannungswandler...
Hast du irgendwo einen Link wie der Programmcode aussieht und wie ich den Akku mit dem Atmega verbinden muss?

mfg masterchief

[KingTobi]

Wenn du 11,1Volt nach 5Volt umwandelst werden 6,1Volt * Strom = Watt in Wärme umgewandelt, das ist völliger Unsinn!
Dann benutz einen Schaltregler und keinen "einfachen" Spannungsregler.

[Chaosmann]

Was man auch unbedingt bedenken muss ist, dass ein 7,4 V LiPo in vollem Zustand bei 8,5 V liegen kann.

[Stippen]

Denk auch mal über die A123 LiFePo4 akkus nach. Zwei in Reihe hast du 6,6v und 2300mAh, die akkus können 25C also 57,5A sollte reichen. Gibt auch noch kleinere Akkus mit 1100mAh. Wieviel die liefern weiss ich aber nicht. Für mehr zeit können die akkus ohne grosse probleme parallel geschaltet werden. Wenn es eilig ist kann man die akkus auch mit 20A laden.. ;-)

[masterchief]

Ok danke!!
Dann kauf ich für die Akkus nen 7,4 Volt Lipo Akku...den für die Stromversorgung hab ich schon...
Hab mir solche Schaltregler mal angeschaut...da steht aber auch was von einer "GAP Zeit" wo der Stromfluss kurzzeitig unterbrochen ist...ist das sehr schlimm wenn kurzzeitig der Strom unterbrochen ist? Wenn von euch schon mal einer nen Hexa gebaut hat, was habt ihr da für die Stromversorgung für Wandler benützt??

mfg masterchief

[Chaosmann]

Ich benutze im Moment diesen:
https://www.mhm-modellbau.de/part-MAXBEC2.php

Er kann zwei Akkus verwalten und die Spannung bleibt auch unter Last stabil.

[masterchief]

Danke!
Sieht ganz gut aus, aber das Problem:
1. Er ist nicht gerade billig
2. Er kann Spitzenströme von nur 20 Ampere liefern, wenn ich aber komplexe Bewegungen mit meinem Hexa mache, braucht er mehr Strom...
Oder irre ich mich da?

mfg masterchief

[masterchief]

Hier einmal ein Foto von meinem Hexa:
http://lh6.ggpht.com/_09pi_xGkOvE/StBchl4H4LI/AAAAAAAAAC8/mAGGPTBQqek/s640/Foto0474.jpg

Was noch geplant ist:

Elektronik:

Momentan hat er nur einen Atmega32 (auf der unteren Hauptplatine). Wenn er fertig ist, hat er drei Atmega32, einen Hauptprozessor und zwei Nebenprozessoren. Die anderen zwei Atmega sind für jeweils drei Beine zuständig (also insgesamt 9 Servos). Der Hauptprozessor schreibt dem jeweiligen neben Prozessor die x,y und z Koordinate des Fußes vor, die eingegebenen Daten wandelt der Nebenprozessor um und gibt das Steuersignal an das Servo.


Mechanik:

Wie jeder sehen kann hat mein Hexa noch keine Füße =D. Die kommen aber bald noch. Der Unter - sowie der Oberschenkel werden ca. 8 * 3 Zentimeter lang. Angetrieben werden die Schenkel mit 12 Mg995, die Hüften über 6 ZS-F135.
Außerdem wird mein Hexa noch mit einem Gegenlager ausgestattet.

Stromversorgung:

Mein Hexa bekommt (wahrscheinlich) eine Hauptstromversorgung, an der sowohl die Elektronik als auch die Servos dranhengen.
Über ein Modul (es wird entweder über die Hauptstromversorgung oder über eine eigene Stromversorgung mit Strom versorgt) wird alles überwacht.


Bewegung:

Die Bewegung der einzelnen Füße wird über die Nebenprozessoren gesteurt, die wiederrum die Koordinaten der Füße über den Hauptprozessor bekommen.


Sensoren:

Für den Anfang müssen wohl 6 Taster an den Fußenden (pro Fuß ein Taster) reichen.


mfg masterchief