Welcher Motor an Schneckengetriebe?

[leuchtpassant]

Hallo zusammen,

mein erster Beitrag hier, scheint ein tolles Forum zu sein:)

Zur Sache: Wir wollen einen Roboterarm bauen, Drehachse am Fuss, zwei Armteile, jeweils kippbar, also (erstmal) 3 Freiheitsgrade in Summe.
Die zwei Arme etwa 400mm lang, Gesamtarm also 800mm gestreckt. Zu Heben sein soll am Ende des Armes eine Masse von 0,2kg. Verfahrgeschwindigkeit kann meinetwegen auch seeeeehr langsam sein, ohne das jetzt genauer beziffern zu können.

Die Motoren sollen über Schneckenstufen treiben und per µC (Atmega) angesteuert werden.

Nun die Frage: Welche Motoren eignen sich hierfür am besten? Wenn ich das richtig sehe, liegt die Entscheidung zwischen Servo und Schrittmotor. Probleme mit übersprungenen Schritten beim Schrittmotor dürften wir durch die selbsthemmenden Schneckentriebe nicht bekommen. Was ist ansonsten ausschlaggebend?

Wo würdet ihr die Motoren kaufen (und die Schneckentriebe)?

Danke schonmal im Vorraus!

Grüße

Sebastian

[Geistesblitz]

Doch, Schrittverlust könnt ihr bei Schrittmotoren trotzdem erleiden. Wenn ein Moment am Ausgang wirkt, kann dieses zwar nicht den Motor zum "Springen" bringen, allerdings verliert der Motor dann Schritte, wenn ihr versucht, ein zu großes Moment anzutreiben. Ihr habt wie immer die Wahl zwischen Servomotor oder Schrittmotor. Beim Servomotor braucht ihr zusätzlich hochauflösende Winkelsensoren (zB. von austriamicrosystems (http://www.ams.com/eng/Products/Magnetic-Position-Sensors/Magnetic-Rotary-Position-Sensors)), wobei man diese bei "spielfreiem" Getriebe auch eine Getriebestufe zurück setzen kann, um höher auflösen zu können. Allerdings sind die wenigsten Getriebe wirklich spielfrei, sodass das eigentlich nicht zu empfehlen ist. Vorteil bei Servomotoren ist die höhere Dynamik (für euch wohl nicht so interessant), Nachteil: ihr braucht noch Leistungsteile, Sensoren und müsst Controller für die Regelung programmieren (wieviel wisst ihr von Regelungstechnik?). Für Servomotoren eignen sich von den Hauptmotorarten DC-Motoren sowie Synchron- und Asynchronmotoren, wobei letztere recht aufwändig zu steuern sind. Schrittmotoren haben den Vorteil, dass man nur eine entsprechende Steuerung braucht, die normalerweise mit einem Richtungs- un einem Taktsignal angesteuert wird (zusätzlich vielleicht auch noch enable, um den Strom abstellen zu können). Dafür hat man keinerlei Garantie, dass erkannt wird, ob Schrittverlust oder Getriebespiel den wirklichen Winkel verfälschen. Der Motor macht starr seine Bewegung und der Rest des Systems reagiert einfach darauf, ohne Rückkopplung. Außerdem verbrauchen Schrittmotoren recht viel Strom, da die meisten Treiber einen Konstantstromregler haben und die Drehzahl nicht von der Differenz aus Antriebs- und Lastmoment resultiert, sondern aus der angelegten Taktfrequenz. Wofür ihr euch entscheidet, ist letztendlich eure Sache, aber informiert euch gut zu den Optionen, damit ihr euch nicht verzettelt.

[mechatronikilm]

also ich bastle gerade selber in der von der Uni freien Zeit einen Roboterarm. Meiner wird allerdings nur 50 cm lang, soll aber so um die 600-700 g heben (mit Sicherheitsfaktor:) theretisch sollte auch 1 kg drin sein, aber es wird sich zeigen). Ich habe mich für einen Scheibenwischermotor im Schulter und http://www.pollin.de/shop/dt/MjI1OTg2OTk-/Motoren/DC_Getriebemotoren/Gleichstrom_Getriebemotor_GMPD_404980_1_12_V_.html in Ellbogen entschieden. Brauchst halt passende H-Brücken. Meine H-Brücken bastle ich selber - so lernt man die Praxis der Elektronik am besten und kann nach einigen Wünschen anpassen. Die Vorteile der oben genannten Motoren, dass sie erstmal stark sind und wenn man die abschaltet drehen sie halt wegen Schneckengetriebe nicht lange weiter, nur wenige Grad. Mit bestimmter Ansteuerung der H-Brücke kann man diese wenige Grad noch mehr verkleinern und mit Poti und richtigem Programm die gewünschte Position präzise anfahren. Mit deinen Angaben würde ich dir den Motor/en von Pollin empfehlen, wie du sie schließlich ansteuerst ist dir überlassen. P.S. anfangs hatte ich vor einen kleineren Roboterarm mit Servomotoren bauen. Aber schaue dich um, was so alles zum Angebot steht - so habe ich mit der "Entdeckung" dieser Motoren meine Dimensionen erhöht. Die angeschafften Servos für 2te und 3te Achse werde ich jetzt für stärkeren Greifer verwenden und die mini-Servos, die anfangs für Greiferarm geplannt waren... na vielleicht bastle ich mit ihnen eine bewegte Kamera an den Arm dran :)

[leuchtpassant]

Hmm, mir scheinen Schrittmotoren einfacher zu steuern zu sein? Aber man braucht vermutlich einen Endlagesensor, den man anfahren kann, um eine absolute Position zu erhalten, oder?

Servomotoren haben häufig nur einen sehr eingeschränkten Drehwinkel, oder? Ist das immer so, oder gibt es auch Servos ohne Endlagen?

Der Scheibenwischermotor ist auch ne gute Idee, vor allem günstiger, als die anderen Motoren, die ich bisher angeschaut habe. Bisher tendiere ich aber zu Schrittmotoren.

Übrigens haben wir ein Budget von 500€ und der Arm soll möglichst leicht werden.

[Geistesblitz]

Schrittmotoren sind tatsächlich recht einfach zu steuern. Müsst ihr euch einfach mal ein wenig einlesen, über Google findet man ja doch schon recht viel dazu. Das mit dem Referenzsensor stimmt auch, da ein Schrittmotor an sich ja nur relativ positioniert. Ein mechanischer Endlagenschalter könnte aber zu ungenau sein, wenn es genau werden soll sind induktive Sensoren besser geeignet (leider auch teurer).

Servomotoren sind für mich alle Arten von geregelten elektrischen Antrieben, wovon Modellbauservos nur einen kleinen Teil ausmachen. Man kann aber auch Modellbauservos so umbauen, dass sie mehrere Umdrehungen machen können, allerdings dann nur ungeregelt oder mit einer selbst zusammengeschusterten Regelung. Die Winkelmessung müsste dann auch anders erfolgen, da das Poti ja den Winkel begrenzt. So ganz ohne ist das nicht, ich schlag mich mit dem Thema auch gerade herum. Aber für eure Anforderungen wäre ein Servo wohl eher zu schwach, bei meinem Roboterarm stottern die ja schon bei 150mm Segmentlänge (bei Gelenk 2 sind es aufsummiert somit schon bis zu 300mm) herum.

Scheibenwischermotoren sind schon recht stark und haben vor allem auch schon ein Schneckengetriebe eingebaut. Die müsste man dann allerdings auch wieder regeln können. Am besten, ihr verwendet auch einen Trick, der bei richtigen Industrierobotern angewandt wird, um die Antriebe klein zu halten: Kompensierung der Massen. Dazu werden häufig Feder-Dämpfer-Elemente so eingebaut, dass sie dem Eigengewicht der Armsegmente entgegenwirken, sodass diese Momente nicht mehr vom Motor getragen werden müssen. Alternativ wird versucht, den Schwerpunkt der Glieder möglichst nah an das Gelenk zu setzen (bei vielen Robotern sind zB. die Motoren für das Handgelenk auf der entgegengesetzten Seite des Unterarms, sieht man hier (http://it-material.de/IT-online5/wp-content/uploads/2009/06/roboter_und_mech_deu-01.jpg) ganz gut).

Wenn ihr doch Schrittmotoren nehmen wollt, müsst ihr auch gucken, wo ihr dann das Getriebe herbekommt. Euer finanzieller Rahmen erscheint mir dafür recht knapp bemessen zu sein. Mit Quellen kann ich nicht wirklich dienen.

[leuchtpassant]

Das erste Kippgelenk, an dem also beide Armelemente hängen, werden wir einigermaßen ausbalancieren. Den zweiten Arm werden wir nicht lokal antreiben, sondern über einen Zahnriementrieb, der durch den ersten Arm geht, vor dem dann der Motor hängt.

So die grobe Vorplanung.

[Geistesblitz]

Also Achse 2 und 3. Ja, so hört sich das schon ganz vernünftig an. Muss dann nur später per Software entkoppelt werden, aber das geht ja eigentlich ganz gut.
Euer Problem wird aber trotzdem bestehen bleiben: vernünftige Getriebe sind teuer und die Motoren von Scheibenwischermotoren sind mit ihrem Getriebe nicht ohne massive Probleme zu trennen. Zumindest stell ich mir den Umbau auf Schrittmotor nicht besonders einfach vor. Je nachdem, wie eure Möglichkeiten zur Materialbearbeitung sind, könntet ihr auch die Getriebe selber zusammenbauen, Teile dafür findet ihr beispielsweise bei Mädler (http://www.maedler.de/) oder GHW (http://www.modellbauershop.de/). Damit ihr was davon hat, braucht ihr aber auch passende Aufnahmen für die Getriebe.