Kraft/ Drehmoment eines SERVO-Motors kontrollieren / Griffkraftregelung

[lscheef]

Hallo Zusammen!

Ich würde gerne die Kraft (mit der ein Servo zieht) kontrollieren. Nach meinem einfachen Verständnis müsste sich dies über einen variablen Strom erreichen lassen.
Übersehe ich hier etwas? Wenn nicht, weiss jemand, wie sich das elektrotechnisch umsetzen lässt?

Zum Hintergrund: Ich möchte mit einem Motor an einem statischen Objekt mit wohl definierten Kraftprofilen ziehen und würde dies gerne mit einem Servo realisieren.
Es ist vergleichbar, mit einer Roboterhand, die mit unterschiedlichen Kräften ein Ei halten soll = Griffkraft-Regelung

[TobiKa]

So würde mein Ansatz aussehen, wenn es nur um einen Servo geht.
- Nen Servo nehmen und die Elektronik raus nehmen.
- Nen eigenen µC der das Steuersignal auswertet, die Position über das Poti errechnet, und die Stellung anpasst.
- Ne eigene H-Brücke mit Sense Ausgang zur Strommessung, bzw. Kraftmessung.

Bei einer Roboterhand könnte man noch anders vorgehen. z.B. leicht flexible Finger mit Biegesonsor, so könnte man den Fingern eine gewisse Vorspannung geben.

[PICture]

Hallo!

@ ischeef

Mein hoffentlich einfachster Vorschlag wäre: ein Anschluss des Servomotors ablöten und dazwischen einen durch PWM geregelten Transistorschalter einschleifen. ;)

[lscheef]

Hallo TobiKa!

Das Problem ist nicht die Kraftmessung oder die Position. Die Kraftmessung wird über eine DMS-Brücke erreicht. Die Position ändert sich nicht, da der Servo quasi gegen eine unendliche Masse zieht. Ich möchte die Kraft mit der er zieht regeln. Der servo soll ein vorgegebenes Kraftprofil replizieren...

Any ideas?

[lscheef]

Hallo PICture!

Könntest Du das näher ausführen? Würde diese den Strom begrenzen?

[ranke]

Das Servo hat (auch in Kombination mit der mechanischen Elastizität des eingebauten und angeschlossenen Getriebes) einen gewissen Bereich in dem der Winkelfehler und die Stellkraft etwa proportional sind. Es sollte also möglich sein, durch Änderung der Zustellung (Sollwinkel) des Servos die Stellkraft zu regeln. Möglicherweise ist der Proportionalitätsbereich recht klein, dann kann man ihn durch ein zusätzliches elastisches Glied vergrößern.

[lscheef]

@ranke
Du meinst, wenn die Differenz zwischen Soll und Ist groß ist wird die Kraft erhöht? D.h., die Modulation der Kraft erfolgt, indem ich variable Winkel vorgebe... oder?

[ranke]

Du meinst, wenn die Differenz zwischen Soll und Ist groß ist wird die Kraft erhöht?

Genau so. Man kann zusätzlich ein elastisches Glied (Feder) einbauen um einen größeren Regelbereich zu bekommen. Manchmal genügen auch die bereits vorhandenen Elastizitäten.

[PICture]

Hallo!


Könntest Du das näher ausführen?

Nein, da PWM müsste bekannt sein.


Würde diese den Strom begrenzen?

Nein, wenn PWM bis 100% geht.

[lscheef]

Hi PICture!

PWM ist bekannt. Nutze ich aber "konventionell" zur Feinsteuerung von Geschwindigkeit und Positionierung via Messkarte. Bin kein e-techniker, weshalb ich leider mit der Info

dazwischen einen durch PWM geregelten Transistorschalter wenig anfangen kann. :( Schade ...

[PICture]

Hallo!

Ich habe dir den Prinzip im Code skizziert, kenne ich aber Schaltplan deiner Schaltung nicht um mehr konkretes Vorzuschlagen. Ich würde aber gerne alle deine konkrete Fragen, so weit ich könnte, beantworten. :)




VCC PWM
+
| V
+----------+ |
| | |
| .-------.
| | S _/ |
| +-|-o/ o-|--+
.----------. | '-------' |
>--|Servo- |-+ | / \
| | === ( M )
>--|elektronik|-+ GND \ /
'----------' | |
| +------------+
===
GND

S = Tansistorschalter (bidirektional)

M = Servomotor

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[lscheef]

Vielen Dank, das hilft meinem Verständnis schon weiter. Gem. Skizze wird die Servo-Elektronik vollständig umgangen und der "Servo" als DC-Motor direkt über die Transistorschaltung mittels PWM gesteuert - richtig?
Aktuell erzeuge ich PWM-Signale mit einer NI-USB-Multifunktionskarte (Programmierung in LabVIEW). Die Kräfte am Ende der Strecke messe ich mit Hilfe einer DMS-Brücke. Doch zurück zum Thema. Kannst Du mir bei dem bidirektionalen Transistorschalter helfen? Wie sieht die / eine Schaltung aus? Und was für einen Transistor sollte man nehmen?

[PICture]

Gem. Skizze wird die Servo-Elektronik vollständig umgangen und der "Servo" als DC-Motor direkt über die Transistorschaltung mittels PWM gesteuert - richtig?
Richtig ! :D

Meine Vorstellung eines einfachsten bidirektionalen Schalters habe ich im Code skizziert. Um den Spannungsabfall auf dem "Schalter" zu verringern wäre Brückengleichrichter (BG) aus entsprechenden Schottky Dioden optimal.

Als Schalttransistor könnte man, wegen Steuerung per Optokoppler (OK), am besten als T einen Darlington-Transistor (z.B. TIP120 bis 5A) nehmen, der benötigten Spannung und Schaltstrom aushält. ;)


D
+->|-+---------+
| | |
| | | .-.
V | | | |Rc Rv
A | | | | ___
| .-----. | | '-' OK +-|___|-< PWM
+-|~ +|-+----|----+ .|------|-.
| BG | | | | \| | |
+-|~ -|-+ | | | | <- V |
| '-----' | | | | <| - |
V | | \| '|------|-'
A | | T |--+ ===
| | | <| | GND
| | | .-.
| |+ | | |Re
| C === | | |
| /-\ | '-'
| | | |
+----+----+----+


BG = Brückengleichrichter

T = Schalttransistor

OK = Optokoppler

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[lscheef]

Hallo PICture!

... Thanks a lot... ! Das sieht machbar aus. Könntest Du mir eine Empfehlung für einen Optokoppler und einen Brückengleichrichter geben?

Herzlichen Dank!

[PICture]

Der OK kann eigentlich biliebig sein, weil die Rv, Rc und Re werden dafür und für T angepasst (dimensioniert). Die Parameter von BG hängen von bisher unbekannten Schaltparameter ab (Spannung/Strom). ;)

Übrigens, dieser einfachster bidirektionaler Schalter kann nicht permanent mit 100% PWM arbeiten, weil dafür ist galvanisch getrennte Versorgungspannung nötig.

[lscheef]

... I know... Ich habe die Beschaltung noch nicht angegeben. Richtet sich nach dem Servo, den ich noch raussuchen muss... Melde mich, wenn ich etwas passendes gefunden habe... Muss halt schnell sein und die Kraft auf 50N gedeckelt sein, da sonst meine DMS-Brücke die Biege macht....
Überlege gerade noch, ob ich direkt mit dem Servo ziehen soll oder mit dem Servo eine Gewindestange antreibe und dann über einen Schlitten ziehe... Letzteres hätte den Vorteil, dass ich zum Halten nicht einen Dauer-PWM-Modus schalten müsste. ES nimmt mir aber sicher Dynamik aus dem System.


MFG, LS