Roboterarm nur Mechanik gesucht - selbstbau oder fertig?

[Alex-2.5]

Hallo zusammen,

Ich habe mich nun hier schon sehr viel eingelesen. Klasse Forum. Ein herzliches Dankeschön dafür.

Jedoch bin ich nicht fündig geworden. Ich würde gerne ein Projekt realisieren und bräuchte dazu eine reine Mechanik für einen Roboterarm an welcher ich dann selbst Motoren anbringen kann.

Ziel ist es Teile zu vermessen. Bedeutet der Roboter fährt fixe Punkte an. SPS, Panel und Schrittmotorenednstufen wären vorhanden und auch die Erfahrung bringe ich mit das zu programmieren. Nun stehen hier schon sehr viele Links zu Robotersystemen, allerdings haben diese meist schon ihre Servos verbaut.
Das kann ich nicht gebrauchen.

Was mir vorschwebt ist die Mechanik an die ich Schrittmotoren anbringen kann. Das zu vermessende Teil hat die Maße eines Din A5 Blattes und sollte auf allen Kanten auf einen Sensor bewegt werden. Die Auflösung sollte dann 1/10 mm sein. Aber das kommt ja von den Motoren / Getriebe was ich dran baue.
Das "Prüfstück" ist nicht schwer, vielleicht 400 Gramm.

Hat jemand eine Ahnung wie ich so einen "Roh-Roboterarm" bekommen kann, um z.b. von Nanotec Schrittmotoren einzubauen?

Vielen Dank schonmal für Eure Antworten.

Gruß
Alex

[malthy]

Hallo,

das ist vermutlich nicht das Konzept an das du als erstes gedacht hast, aber ich verwende die robolink Gelenke (http://www.igus.de/wpck/default.aspx?Pagename=robolink) von igus für meine Roboterarme. Auch in meinem Falle werden sie von Schrittmoteren angesteuert. Der Arm selber ist erstmal nur die "reine Mechanik". Aber dass du auf 100 µm Genauigkeit kommst, sehe ich eher nicht... Hier mal ein Eindruck von dem Arm, so wie ich ihn einsetze:


http://youtu.be/_67W2Arcvis

Gruß
Malte

[Alex-2.5]

Danke für den Link.
Ja eine Reihe an Robotergelenken würde mir schon sehr weiter helfen. Diese kann ich dann selbst aufbauen und gegebenenfalls mit einem Alu Leichtbauprofil erweitern wenn nötig.
Aber mit Seilzügen ist wohl wirklich die Genauigkeit nicht zu erreichen.
ich dachte eher an fertige Gelenke mit einem Standardflansch an welchen ich dann Die Schrittmotoren mit angebrachten Planetengetriebe montieren kann.
Aber das sieht ja fantastisch aus was du da zauberst :)

[malthy]

Aber mit Seilzügen ist wohl wirklich die Genauigkeit nicht zu erreichen.

Also die Seilzüge sind nicht das primäre Problem, du misst die Stellung ja direkt in den Gelenken, da spielt die Restelastizität der Züge eine untergeordnete Rolle (wenn die Positionsregelung ordentlich läuft). Das Problem entsteht eher durch minimales Spiel in den Lagern selbst. Auf die Längen der Arme und bei einer Serienschaltung mehrerer Gelenke addiert sich das durchaus zu 1 mm. Ggf kann man da konkstruktiv auch noch weiter optimieren. Deine Genauigkeitsanforderung ist so oder so nicht ganz trivial würde ich denken ...

[Alex-2.5]

OK, in meinem Fall ist es eben die Genauigkeit auf die es ankommt, da ich ja eine Messaufgabe realisieren will.

Was ich also suche ist ein Arm bzw. Gelenk an welches man direkt ein Planetengetriebe anflanschen kann welches dann geklemmt wird und somit spielfrei wäre bis auf die eigene Toleranz von Getriebe/Motor.
Das ganze muss nicht unbedingt gut aussehen, die Funktion muss passen. Ich könnte mir vorstellen das eine Firma welche die Kapazitäten hat sich hier ein Aluprofil ziehen lassen kann, und dieses als Arm verwendet, auf Länge des Kundenwunsches, und diese Flansche dann konstruktiv so anbringt das es Plug&Play wird.

Und wenn es sowas schon gibt wäre natürlich super. Jedoch habe ich nichts gefunden. Ich könnte mir das auch selbst bauen, jedoch bräuchte ich dann ein Gelenk welches sich mit einem Motor antreiben lässt. Ich werde mich mal weiter auf die Suche begeben. Wenn ich eine Lösung habe werde ich diese selbstverständlich posten.

Gruß

[i_make_it]

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[Geistesblitz]

Ich würde dir auch zu einer kartesischen Anordnung raten, schließlich ist das zu prüfende Objekt nicht so besonders groß und die Bewegung der Achsen ist im Prinzip die EInfachste, die man sich vorstellen kann. Wieviel Erfahrung hast du denn mit Roboterkinematik? So Stichwort inverse Kinematik und Jacobimatrix. Selbst wenn, wenn du einen Roboter baust mit 30cm langen Armsegmenten (Ober- und Unterarm), dann müssten die ersten beiden Gelenke für deine geforderte Präzision eine Winkelauflösung von mindestens ca. 0,00955° bei voll ausgestrecktem Arm haben. Selbst mit Schrittmotoren mit Getriebe und Mikroschritt wirst du da nichts Gescheites hinbekommen, da du dann immernoch mit Spiel, ungenau bestimmten Gliedlängen und eventuell ungenauen Mikroschritten Probleme haben. Daher werden in Industrierobotern auch geregelte Antriebe mit hochpräzisen absoluten Winkelsensoren verwendet. Ein kartesisches System in Portalbauweise wirkt auf mich da sehr viel realistischer.

[malthy]

Nur noch ein kleiner Nachtrag: Bei einem Selbstbau müsstest du vermutlich eh Vorsatzgetriebe für deine Schrittmotoren verwenden, etwas von dieser Art (http://www.neugart.de/index.php/de/Produkte/Standardgetriebe). Die Abtriebe von diesen Getrieben sind gut und robust gelagert sodass sie auch radiale Kräfte aufnehmen können (ins Datenblatt gucken). Im Prinzip hast du damit dein Gelenk u. U. schon beinander (ob das von der Bauform dann all zu günstig ist, ist eine andere Frage. Es gibt die Getriebe auch abgewinkelt). Aber du benötigst auf jeden Fall einen hochauflösenden Encoder auf der Achse, selbst bei höherwertigen GEtrieben wie den o.g. hast du zB durchaus ein Getriebespiel von bis zu 0.5°, was - nur mal so als Beispiel - auf einen Arm von 500 mm dann am TCP schon irgendwas >4 mm macht. Das ist im Prinzip der Punkt den i_make_it schon gemacht hat. Mir ist aber sowieso noch nicht klar, wie das funktionieren soll. Willst du das Werkstück mit dem Arm bewegen oder soll der Arm das Werkstück abtasten und dann über eine Art Force-Feedback die Konturen erkennen?

[Alex-2.5]

Herzlichen Dank, freut mich hier noch viel zu lernen.

Das die toleranzen bzw. das Spiel natülrich größer wird je länger der Arm stimmt. Hab ich nicht dran gedacht.
Ich würde ein Referenzteil messen. Das Prüfteil wird bewegt, der Sensor ist fest. Also Analogsensor der dann den Abstand zum Teil mist. Anhand des Referenzteiles soll der Unterschied zu den eigentlichen Teilen gemessen werden.
Daher muss die Wiederholgenauigkeit passen.
Dann werde ich mir mal eine andere Idee zusammenspinnen müssen :)

Danke Euch allen.

[malthy]

Klingt interessant. Wenn du das Projekt tatsächlich angehst, berichte doch gerne hier im RN. Fände es schön, mehr über das Projekt und seinen Fortschritt zu erfahren.

Gruß
Malte

[i_make_it]

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[Alex-2.5]

Hallo,

Danke für die Infos.
Ich bin nun auch langsam schon soweit das Messtück (es handelt sich um Holzbrettchen) fest in eine Halterung zu platzieren und dann den Arm mit dem oder die Messtaster auszurüsten.
Da es sich lediglich um Holz handelt ist dies recht einfach zu messen, jedoch muss ich taktil arbeiten, da einzelne Fasern beim berührungslosen Messen schon eine Ungenauigkeit ergeben.
Leider bin ich noch nicht wirklich dazu gekommen weiter zu machen da ich unterwegs war. Aber nun gehts wieder an das eingemachte. Ich will das ganze so günstig wie möglich zu realisieren. Ich könnte natürlich einfache Achsen nehmen und diese verfahren jedoch brauche ich dann wieder für alle Seiten zu viele Antriebe. Deshalb kam mir die Idee mit dem Roboterarm der sich komplett um das Werkstück bzw. Um den Sensor bewegen kann.

Aber es stimmt schon, das Werkstück wird sich vom Gewicht her unterscheiden. Auch wenn nur minimal. Es würde sich ja nun wenn der Sensor bewegt wird ein Spiel kompensieren. Da ich durch das geschliffene Stahl-Teil das referenzmaß weis, wird die differenz zum eigentlichen prüfteil immer gleich sein, egal in welche Richtung das Spiel sich addiert durch die Antriebe am Arm.

Ich denke ich komme damit auf ein gutes Ergebnis. Nun konstruiere ich mit entweder selbst die Drehachsen oder muss im Netz danach suchen was es gibt.
Als eigentlichen Arm dachte ich an Aluminiumprofile, Minitec oder sonst was. Es muss ja eigentlich keine sehr schwere Last bewegt werden.
Umrechnen kann ich ja über das Programm alles. Ich fahre am Referenzteil jeden Punkt an der dann auch am Prüfteil gemessen wird. Und der Unterschied wird auch sehr gering sein. Aber es wird auf jedenfall einer da sein das ist klar. Und hier werden es wohl 2mm maximal sein.

Ein Test mit einem Analog Lasertaster brachte jedenfalls nicht das gewünschte Ergebnis. Somit würde ich mit einem federgelagertem Stahlstift darauf fahren (keine große Kraft) und hier dann am ende mit dem Analogtaster messen. Somit wären Fasern des Holzes egal da diese zusammengedrückt würden.

Gruß

[Geistesblitz]

Hmm, mit dem federgelagerten Stahlstift wird es aber auch so sein, dass er dann sicherlich eine gewisse Auslenkung brauchen wird, um richtig durchzuschalten, oder? Jedenfalls geht es dabei dann auch darum, Abweichungen auf Gelenkebene irgendwie in den kartesischen Raum zu transformieren, wo du dann trotzdem wieder rechnen werden müsstest. Auch dafür wäre eine Portalanordnung oder die Anordnung als kartesischer Roboter (http://img.directindustry.de/images_di/photo-g/kartesischer-roboter-fur-reinraum-25092-2489121.jpg) praktischer. Oder eine Scara-Anordnung (http://prime.jsc.nasa.gov/ROV/images/SCARA.GIF), da ist die Transformation eigentlich noch relativ einfach. Guck dir am besten mal an, was da an Mathematik auf dich zukommen würde und überleg dir das nochmal, ob das wirklich der effektivste Weg zu deinem Ziel wäre. So ein Roboterarm ist ja auch mechanisch um einiges aufwändiger als ein Portal mit Linearachsen. Bei den ganzen kommerziellen Industrierobotern lässt sich ja kaum was davon von außen erkennen.

[Alex-2.5]

Das stimmt schon. Aber nehmen wir an ich lege die Meßpunkte so aus dass ich nur einen Motor fahren muss um die Meßung vorzunehmen.
Dann müsste ich ja nicht unbedingt im kartesischen Raum rechnen sondern lediglich den Verfahrweg mit dem Meßergebnis des Sensores vergleichen.
Was sich hier an "Falschwert" ergibt sollte ich in meinem Fall vernachlässigen können.

Es stimmt schon das mit einem Linearsystem die Sache wahrscheinlich besser wäre. Jedoch müsste ich hier wieder mehr in Antriebe investieren. Ein Brett von allen Seiten vermessen und die Wölbung / Durchbiegung auch erfassen mit einer Handvoll Meßpunkte auf der Fläche erfordert hier auch wieder eine Menge Antriebe.
Zumindest wenn ich das alles wieder Taktil messen muss.
Also XYZ auf jedenfall und dann noch eine Achse die mir der Werkstück dreht. Um aber hier dann die Kanten zu erfassen auch wieder zweimal. Das ganze muss auf jedenfall Taktil passieren da berührungslos kein brauchbares ergebnis liefert.

Das wird mir wohl noch einiges an Geld und Kopfschmerzen kosten :)

Bin auf jedenfall sehr dankbar für Eure Ideen und Anmerkungen hier. Bin nämlich vielleicht schon zu festgefahren gewesen.

[i_make_it]

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[Thoralf]

ich seh's genauso. Erstmal sollte das grundsätzliche Problem der Meßtechnik gelöst sein:

WAS MESSE ICH ??

Das klingt blöd aber ist wirklich primär erstmal zu klären. Sollen Ecken vermessen werden, Kanten, Flächen oder wasauchimmer.
Das Grundproblem der automatischen Vermessung ist: Der Roboter soll einen unbekannten Messwert ermitteln aber eine bekannte Objektstrukur antasten. Das widerspricht sich aber. Wenn ein a priori unbekannter Messwert einer Struktur erfasst werden soll, braucht man primär einen Erkenner, der diese Struktur genau genug findet !
Ich will das mal anhand eines zugegebenermaßen extremen Beispiels verdeutlichen.
Es sollten Ecken an einem Porenbetonbauteil (sieht wie Puffreis aus) vermessen werden (rein manuell). So nun definiere mal eine Ecke oder Kante usw.....
Dazu kam noch ein günstiger Umstand: die Tastkraft war nahezu Null, da photogrammetrisch gemessen wurde.
Trotzallem war das gesamte Vorhaben nur sehr schwer zu realisiseren.

Hier hast du Holz, einen Werkstoff, der nur in Grenzen maßhaltig ist. Man braucht keine extrem empfindlichen IWAs, die unter praktischen Verhältnissen oft auch nicht besser als 0,01mm messen.
Da du Kanten erkennen willst würde ich auch lieber ein optisches Verfahren bevorzugen. Gute Beleuchtung, eine gut kalibrierte Kamera-Anordnung und ein Kantendetektor oder ein Laserscanner sollten gute Ergebnisse bringen.
Ansonsten mußt du deinem Roboterarme erstmal beibringen, was eine Kante ist, damit er die ihm unbekannten Maße bestimmen kann. dazu mußt du natürlich den Prüfling gut einspanne, dass er sich beim antasten nicht bewegt.

Gruß Thoralf

[forgoden]

Hallo,

das ist vermutlich nicht das Konzept an das du als erstes gedacht hast, aber ich verwende die robolink Gelenke (http://www.igus.de/wpck/default.aspx?Pagename=robolink) von igus für meine Roboterarme. Auch in meinem Falle werden sie von Schrittmoteren angesteuert. Der Arm selber ist erstmal nur die "reine Mechanik". Aber dass du auf 100 µm Genauigkeit kommst, sehe ich eher nicht... Hier mal ein Eindruck von dem Arm, so wie ich ihn einsetze:


http://youtu.be/_67W2Arcvis

Gruß
Malte

wieviel kostet denn so ein robolink Gelenk ?

[malthy]

Hi!

Für Hobbymaßstäbe sind die Gelenke leider recht teuer:

http://www.igus.de/wpck/default.aspx?Pagename=Joint_with_angle_sensors_90&CL=DE-de

Ich war fast von Anfang an als robolink Beta-Tester dabei und habe die ersten Gelenke somit kostenlos bekommen. Als dann mit der Zeit bei meinen Versuchen was herauskam, hat igus mein A1 Projekt weiter mit Materialien unterstützt. Die große Zahl an Gelenken, die jetzt verbaut ist, hätte ich mir sonst kaum leisten können.

Gruß
Malte

[forgoden]

Alles klar,

Diese Preise konnte ich vorher auf der Webseite nicht finden. Danke!

Sind recht teuer ja.