Anfängerfragen Servos und Motoren

[CODrix]

Hallo,
ich suche sehr kleine starke schnelle Servos.
habt ihr mir da einige Vorschläge und Erfahrungen?

Es ist für ein Teilprojekt. Ein Roboterbein.
Die Motoren sollen natürlich Stark genug sein um ca 1 Kilo zu heben/tragen. Zusätzlich sollten die Motoren von sehr langsamen Bewegungen
bis hin zu schnellen ruckartigen Bewegungen im Stande sein.

Danke Euch

[Geistesblitz]

Kommt drauf an: 1kg wie hoch heben bzw. an welchem Helebarm? Servos und Motoren erzeugen nehmlich ein Drehmoment, keine Kraft, was es zu berücksichtigen gilt. Ist ja auch ein Unterschied, ob du eine Hantel in der Hand hälst oder an einem Besenstiel ans andere Ende bindest und dann von dir weghälst. Die Masse wird kaum mehr, trotzdem wirkt ein völlig anderes Drehmoment.

Genauso ist es mit der Geschwindigkeit, ein langer Hebel lässt schnellere Bewegungen zu als ein kurzer. Man kann also entweder hohes Drehmoment haben oder einen schnellen Servo, soll beides hoch gehen muss der Servo größer werden. Bei den meisten Servos stehen ja aber auch Angaben zu Drehmoment und Geschwindigkeit dabei, wenn auch oft in seltsamen Einheiten (kg/cm ist eigentlich keine Einheit für Drehmoment, gemeint ist eher kp (https://de.wikipedia.org/wiki/Pond)*cm).

[CODrix]

Danke für Deine Antwort.

Wie gesagt soll es für ein Roboterbein dienen. In erster Linie sollte es so viel kraft haben dass der Roboter nicht in die Knie geht :)
Trotzdem sollte es schnelle Bewegungen, anziehen der Gelenke beim Gehen, machen können.

[Geistesblitz]

Deswegen frag ich ja auch, was er denn nun genau leisten soll. Ohne weitere Details kann man dazu absolut nichts sagen. Weißt du denn schon wenigstens, in welcher Größenordnung es sein wird?

[CODrix]

also das bein soll ca 20 cm gross werden.
ich würde es gerne ziemlich natürlich aussehen lassen, was die schwierigkeit bringt dass die servos und so alles ziemlich klein sein müsste. der Druchmesser das Beins variiert zwischen 2 und 4 cm. also nicht sehr viel platz.

ich dachte schon an linearmotoren aber in den videos was ich gesehen haben sehen die dinger zu langsam aus für mich.

also 20cm bein ca 4 cm breit.
sollte ich vielleicht doch die idee mit den linearmotoren aufnehmen?

[Geistesblitz]

Linearmotoren würde ich sein lassen, das macht die Mechanik und Steuerung unnötig kompliziert. Kann dir auch gerne erzählen, warum, wenn du wünschst. Hmm, die Beine scheinen wirklich nicht viel Platz zu bieten, sollte aber machbar sein. Mit Standardservos mit ordentlich Drehmoment und Metallgetriebe lässt sich sowas realisieren. Als Orientierung würden solche Roboter (http://s10.thisnext.com/media/largest_dimension/12344B20.jpg) dienlich sein können, die sind ja in einer ähnlichen Gewichtsklasse und haben ja auch "nur" Standardservos. Bei den Servos sollte man übrigens nicht zu sehr sparen, da billige Servos oft zu ziemlich hässlich verzitterten Bewegungen neigen auch nicht zu robust sind. Welche Servos ein gutes Preis/Leistungsverhältnis haben, versuche ich aber auch selber noch herauszufinden, da können andere wahrscheinlich mehr zu sagen.

[CODrix]

Das wäre nett wenn Du mich über die Linearmotoren aufklärst :)

Ich hab einige kleine Servos gefunden, klein aber aus Plastik. Die scheinen mir aber nicht robust genug sind, deshalb teile ich Deine Meinung zu robusten mit Metalgetriebe Servos. Ich bin auch bereit 20 oder 30 Euro für ein Servo zu bezahlen wenn es dass was ich will so kann wie ich es will :)

Was hälst von Diesem http://www.mhm-modellbau.de/part-112035.php?MHMID=pou4g9d7j0n0km1k3vfd0v84ac5roguh
Obwohl mir die Stellzeit etwas viel aussieht :/
Aber von der Grösse her wäre es passend.

[HeXPloreR]

...sehr kleine starke schnelle Servos...


Obwohl mir die Stellzeit etwas viel aussieht :/
Aber von der Grösse her wäre es passend.

...ein 20cm Bein? - ich denke nicht das Dich bei deinem gelinketen Servo (http://www.mhm-modellbau.de/part-112035.php?MHMID=pou4g9d7j0n0km1k3vfd0v84ac5roguh) die Stellzeit noch wirklich interessieren muss.
Schau mal auf die Ncm...passt irgendwie nicht zu Deinen Anforderungen.

Geistesblitz sollte Dich eigentlich schon recht gut "eingenordet" haben. Das was Du jetzt postest, wäre eher in der Richtung "hier mein erster Link (Beitrag), ich habe noch nicht richtig geguckt ob der wirklich passt, aber schön klein isser" (SCNR)

[Picojetflyer]

Das hat im Idealfall nur ein gutes Kg Hubkraft an nur 1cm! Hebel. Was meinst du mit viel Stellzeit? Zu schnell oder zu langsam? Das Servo ist deutlich auf Geschwindigkeit ausgelegt. 1/10 Sekunde für 60° ist schon sportlich.

Eine Überlegung, Das Bein ist 20cm. Der Roboter wiegt 1Kg. Also brauchen wir ein Drehmoment von 1Kg/20cm.
1Kg = 10 Tafeln Schokolade = 10N
Die 10N brauchen wir aber am 20cm langen Hebel also bräuchten wir theoretisch 200 Ncm Drehmoment.
Das sieht bestimmt Witzig aus wenn der Bot aus den Sitzen heraus die Beine mit 0.1Sek/60° grade macht :)

[Geistesblitz]

Jo, dann hüpft er und fällt dann wahrscheinlich gleich um^^
Nagut, bei dem winzigen Drehmoment wird sich wahrscheinlich garnix tun (außer, dass die Servos ächzen). Wie ich schrieb, such nach Standardservos, das ist fast schon sowas wie eine genormte Baugröße. Die sind meistens 20mm breit, 40mm lang und ~37mm hoch (letzteres kann variieren). Die, die ich an meinem Roboter hab, haben (laut Hersteller) mehr als das zehnfache Drehmoment als die, die du verlinkt hast, und selbst das empfinde ich als mittelmäßig für die Servogröße. Eigentlich sucht man sich keinen Servo, bevor man den Roboter plant, sondern anders herum. Du müsstest zumindest schonmal ungefähre Daten wissen (Gewicht, worst Case bei den Beinkräften zB. voll ausgestreckt usw.), daraus dann die nötigen Werte für die Servos berechnen (hauptsächlich benötigtes Drehmoment) und dann erst auf die Suche machen.

Zu den Linearantrieben: die inverse Kinematik ist für Drehgelenke eigentlich schon nicht ganz einfach, aber gut machbar. Es lassen sich Winkel vorgeben, die die Servos dann so gut sie es schaffen anfahren, und damit lässt sich das gut ausrechnen. Wenn man nun Linearantriebe verwendet, bekommt man weitere Nichtlinearitäten rein, zB. veränderliche Hebellängen usw. Da muss dann erst aus der Position des Linearschlittens der Gelenkwinkel bestimmt werden und dann mit diesem Gelenkwinkel die Stellung der Gliedmaße. In all diesen Gliedern können sich dann auch Fehler einschleichen, die durch kleinen Unterschieden zwischen mathematischem Modell und deinem Roboter entstehen und die man dann nur darin erkennt, dass der Roboter nicht ganz das macht, was er soll. Wenn man aber die Gelenkdrehung direkt rotatorisch erzeugt, erspart man sich viele Probleme. Deswegen gibt es heutzutage auch schon lange keine Intustrieroboter mit hydraulischen Antrieben mehr, die haben eigentlich fast alle Synchronmotoren mit hochübersetzenden, spielfrei einstellbaren Getrieben. Das mit der Spielfreiheit wirst du bei einem Hobbyroboter eh nicht hinbekommen, aber bei Linearantrieben hättest du damit noch mehr zu kämpfen, da du dieses ja auch noch gelenkig an das Beinglied anbinden müsstest. Da müssten dann wieder entsprechende Lager verbaut werden, die Lagersitze brauchen und so weiter.

[CODrix]

Ok.
Ich wollte erstmals wissen ob Servos wirklich die richtige Entscheidung wäre. Wollte verhindern etwas zu planen, um dann zu sehen die Komponenten sind falsch/zu schwach/ zu langsam ... und dann nochmal von vorne :/

Zum Stellmoment: ich hab einige Videos gesehen mit Servos auf denen die alle ziemlich langsam wirkten. So komm ich heute nicht komm ich morgen :)
Ausser die Servos wurden manipuliert da konnten sie sich um 360 grad drehen und das so schnell das man es garnicht wirklich sah.
Kann man Servos jederzeit manipulieren/tunen das sie etwas schneller werden?

Ich hab hier mal ein kleines Beispiel gemacht

25908

Nur ob ich das auch richtig verstanden hab.
Bein gesamt 20 Cm
Gewicht von Oben 1 kg
In diesem Beispiel musste der Servo "B" in Kniegelenkt auf 10cm mindestens 100Ncm haben um sich auszustrecken?
Der Servo "C" am Fuss mindestens 200Ncm, weil er am Ende sitzt und somit das ganze Gewicht auf 20 cm tragen muss?

Grüsse
Tim

[Geistesblitz]

ja, das kommt hin, wenn du wirklich an die maximal möglichen Grenzen gehen willst. Wenn du ihn aber in dieser Stellung lässt und komplett in die Knie gehen lässt, dann muss jeder Servo maximal etwa 1Nm liefern. Ich finde allerdings, dass 1kg ziemlich optimistisch angesetzt sind, außerdem wiegen die Beine selbst ja auch ein wenig.
Und über die Geschwindigkeit solltest du dir weniger Gedanken machen, besser erst, wenn der Rest läuft. Wenn die Bewegungen schneller werden, dann werden die dynamischen Kraftverhältnisse immer bedeutsamer, und dann kann man nicht mehr einfach mit Gewicht und Hebellänge rechnen. Außerdem finde ich das jetzt nicht gerade langsam
https://www.youtube.com/watch?v=m5EVcvT6olw&hd=1
allerdings werden da sicherlich auch erfahrene Roboterbastler stecken.
Du musst dir auch vor Augen halten, was realistisch ist. Du wirst dir sicherlich nicht deinen ersten Roboter bauen, der dann super ist und all deine Wünsche erfüllt. Viel mehr baut man sich den ersten Roboter aus dem Grund, um erstmal zu ansatzweise zu wissen, wie man überhaupt Roboter baut, und es wird bei weitem nicht bei dem einen bleiben. Ic finde es ratsam, sich langsam vor zu arbeiten. Gleich so einen Roboter aus dem Boden stanzen zu wollen ist für den Anfang einfach zu viel verlangt. Back lieber erstmal kleinere Brötchen, den Humanoiden kannst du dir ja immernoch im Hinterkopf behalten.

[CODrix]

Ich gebe vielen von Euch recht. Es stimmt schon dass es ziemlich "heftig" ist gleich so einen Humanoiden zu bauen. Man sollte kleiner anfangen.

Wenn man in der Softwareentwicklung einsteigt, fängt man auch nicht gleich damit an ein System mit KI zu entwickeln, sondern mit "Hallo Welt"
Aber ich muss dieses "Hallo Welt" ja nicht auf einem alten C64 lernen. Ich könnte es doch gleich auf einem Hochleistungs PC machen.
Wenn am Ende nur Pac Man rauskommt auch ok. Es lag dann aber nicht an meiner Hardware sondern an mir.

Als kleines Brötchen hab ich mir halt das Bein ausgesucht. Was von den Bewegungen her das gleiche kann wie ein Arm und die gleiche Kraft dafür braucht. Sollte jetzt jemand sagen wollen dass die Arme nicht das ganze Gewicht tragen müssen... was ist wenn ich will dass der Roboter einen Kopfstand machen soll.

Ich versuche hier die richtige Hardware zu finden.

Was mich an den ganzen bisher gesehenen Robotern stört ist die Bewegung. Ich weiss zwar nicht wie aber ich bin mir sicher dass man es auch menschen ähnlicher hinbekommt. Langsame Bewegungen sowie auch ein SchlagDichKaputt-KungFu-Tritt :)

Was mir an dem Video aufgefallen ist (Danke übrigens, coole Teile) der bläuliche Roboter hat erstaunlich dünne Beine und Arme. Die werden doch nicht mit einem Servo bewegt?
Das mit dem langsam nehm ich mal zurück :)

[HeXPloreR]

Was mich an den ganzen bisher gesehenen Robotern stört ist die Bewegung. Ich weiss zwar nicht wie aber ich bin mir sicher dass man es auch menschen ähnlicher hinbekommt. Langsame Bewegungen sowie auch ein SchlagDichKaputt-KungFu-Tritt :)

Was mir an dem Video aufgefallen ist (Danke übrigens, coole Teile) der bläuliche Roboter hat erstaunlich dünne Beine und Arme. Die werden doch nicht mit einem Servo bewegt?


Natürlich bekommt man es menschenähnlicher (https://www.youtube.com/watch?v=HxdBlAwv3qw) hin, aber das ist hier ja garnicht gewollt. Schau mal genau hin, die Roboter hier führen Bewegungen aus und führen sie immer zu ende egal was kommt. Das sind programmierte Bewegungen die ausgelöst werden und dann abgearbeitet werden.

Der blaue wird auch von Servos angetrieben... möglich das sie teileweise zerlegt oder in einen neuen Getreibehalter integriert wurden...aber es bleibt dennoch "Servotechnik"

[CODrix]

Das die Bewegungen bis zum Ende ausgeführt werden egal was passiert, liegt doch nur daran weil sie so programmiert wurden.

Ist natürlich auch eine Idee ein Servo zu zuerlegen um es anders anzuordnen :)

[Geistesblitz]

Das sieht mir bei dem Blauen aber nicht unbedingt nach Teilen eines normalen Servos aus. Kann auch gut sein, dass sich jemand seine Servoantriebe selber gebaut hat, ist ja nichts anderes als positionsgeregelte Getriebemotoren. Normale Servos sind häufig ja auch nur auf das Lenken von Fahrzeugen und ähnlichem ausgelegt, wenn man will, dass sie sich langsamer bewegen, versucht man häufig viele eng beieinander liegende Positionen in entsprechend langsamer Abfolge anzufahren. Allerdings versucht der Servo dann, diese Positionen so schnell wie möglich anzufahren, was dann in ziemlichem Gewackel resultiert, was ich sehr gut bei meinem Roboterarm beobachten kann. Wenn man also so feine Bewegungen erzeugen will, wie sie bei Gliedmaßen benötigt werden, braucht man entweder geeignete Servos (keine Ahnung, wonach man da suchen sollte) oder man bastelt sich seine Servoelektronik selbst, siehe zB. OpenServo (http://www.openservo.com/). Das sind aber Sachen, die ich keinem Anfänger empfehlen kann, ist aber bestimmt gut zu wissen, dass man sowas machen kann. Ich beschäftige mich damit auch zwischendurch, aber das ist keine leichte Sache.

Ich nehm jetzt noch ein paar Zitate von dir auseinander:

Wenn man in der Softwareentwicklung einsteigt, fängt man auch nicht gleich damit an ein System mit KI zu entwickeln, sondern mit "Hallo Welt"
Aber ich muss dieses "Hallo Welt" ja nicht auf einem alten C64 lernen. Ich könnte es doch gleich auf einem Hochleistungs PC machen.
Wenn am Ende nur Pac Man rauskommt auch ok. Es lag dann aber nicht an meiner Hardware sondern an mir.
Klar, allerdings lassen sich Hochleistungs-PCs heutzutage auch aus vorgefertigten Teilen zusammenzimmern und muss dann trotzdem darauf achten, ob alle Komponenten auch kompatibel sind. Und das wird dann teuer, es sei denn, man entwickelt selbst, was sehr zeitaufwändig wird und Know-How vorraussetzt. Ich hoffe mal, die Parallele zu deinem Vorhaben wird deutlich. Entweder Geld reinstecken und was aus fertigen Modulen bauen oder mittels einfacheren Sachen dazulernen. Wenn man noch nicht viel Erfahrung mit Elektronik und Mechanik hat, dann denkt man sich "Ach, das kann doch nicht so schwer sein". Wag dich einfach mal an sowas ran, dann wirst du sehen, was das doch für einen Aufwand bedeuten kann. Jedenfalls funktioniert dein Gedankenexperiment mit dem Hochleistungs-PC nur, wenn du dir auch sicher sein kannst, dass dieser funktioniert, ansonsten ists rausgeschmissenes Geld.


Was mich an den ganzen bisher gesehenen Robotern stört ist die Bewegung. Ich weiss zwar nicht wie aber ich bin mir sicher dass man es auch menschen ähnlicher hinbekommt. Langsame Bewegungen sowie auch ein SchlagDichKaputt-KungFu-Tritt
Klar bekommt man es menschenähnlicher hin, allerdings wärst du nicht der Erste, der sich sowas vornimmt. Kung-Fu-Tritte und Kopfstand sind mal sehr unrealistisch, in Wirklichkeit solltest du schon froh sein, wenn dein Roboter gerade stehen kann. Wärst icht der Erste hier, der der Meinung ist, im Alleingang zu schaffen, was professionelle Forschungsteams in jahrelanger Arbeit noch nicht geschafft haben. Der aufrechte Gang ist noch immer eine Königsdisziplin in der Robotik, welche erst so nach und nach gemeistert wird, zB. bei diesem Kerlchen (https://www.youtube.com/watch?v=mclbVTIYG8E&hd=1) hier.

[CODrix]

Klar, allerdings lassen sich Hochleistungs-PCs heutzutage auch aus vorgefertigten Teilen zusammenzimmern und muss dann trotzdem darauf achten, ob alle Komponenten auch kompatibel sind.

Jap. Meine Fragen an Euch gehen ja in die Richtung ob es diese vorgefertigten Teile gibt die den Anforderungen entsprechen. Und zu welchen dieser Teile Ihr mir raten würdet.



Kung-Fu-Tritte und Kopfstand sind mal sehr unrealistisch...
Sorry, die Meinung teile ich jetzt leider nicht. Unrealistisch wäre eher das es fliegen könnte wie Superman oder sich in ein grünes Monster verwandelt wie Hulk.

natürlich ist es eine sehr grosse Herausforderung einen Roboter einen Kopfstand machen zu lassen wenn die bisherigen noch nicht mal den aufrechten Gang beherrschen. Würde es Euch aber auch nicht reizen einen kleinen Roboter zu haben der die gleiche Bewegungsfreiheit hat wie ein menschlicher Körper, der sich eigentlicht genau so bewegen kann wie ein Mensch (er macht es natürlich nicht von sich aus, vorprogrammierte bewegungsabläufe) den Ihr hinstellen könnt und dann versuchen ihm den aufrechten gang beizubringen (programmieren)oder tanzen, oder kicken, oder das er auf knopfdruck einen Schritt vormacht. ohne hin zu fallen und ohne Füsse zu haben die aussehen wie Teller damit er jaaa nicht hinknallt.

Hier habt mich auch schon auf einiges hingewiesen, wofür ich Euch sehr dankbar bin. Gerade das mit dem Drehmoment und das die Stellzeit von 0.1 für 60° eigentlich schon recht schnell ist.
Ein einfaches Bein. Stark genug um später einmal das ganze gewicht tragen zu können.
Der stärkste Servo den ich bisher gefunden hab hat den Wert ca 35kg Ncm. hört sich für mich heftig an. und hat nen stolzen preis
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__16245__BMS_35A_High_Voltage_7_4V_Coreless_Digita l_Servo_w_Titanium_Alloy_Gear_35_5kg_14sec_74g.htm l
Es hat leider eine ungünstige grösse :/
Mit der Anregung es auseinander zu nehmen und neu anzuordnen um es platzsparender oder passender anzuordnen. wäre es eine option.

Ich will Euch nochmal danken dass Ihr mir Euro gedanken mitteilt, auch wenn ich hier als kokmplett Anfänger keine Ahnung von der Materie hab.

[Geistesblitz]

Daher finde ich es auch gut, dass du dich hier mit deinem Anliegen meldest, bevor du dich in große Unkosten oder in Unglück stürzt.

Ja, sowas ist auch reizvoll, allerdings ist es auch aus technischer Sicht äußerst anspruchsvoll. Als Anfänger hat man nicht nur keinen Plan von der Materie, sondern häufig auch noch ziemlich abwegige Vorstellungen. Viele Sachen, die man sich nicht so besonders schwierig vorstellt, können ganz schön ärger machen, ohne dass man es vorher geahnt hätte.

Dass man einen Servo auseinandernehmen und anders positionieren kann, ist durchaus richtig, allerdings nicht ganz einfach. Das Getriebe sollte man beispielsweise zusammen lassen, es sei den, man kann so genau fertigen, dass es nach der ganzen Aktion nicht mehr Spiel hat als vorher. Schlimmstenfalls funktioniert es sonst gar nicht mehr, da die doch sehr feinen Zähne der Zahnräder nicht mehr ineinandergreifen. Die Elektronik und das Potentiometer kann man allerdings herausnehmen, wurde auch schon gemacht, allerdings gewinnt man dadurch nicht sehr viel Platz. Das mit dem Potentiometer hat nur dann Sinn, wenn man an den Abtrieb nochmal eine Übertragungsstufe wie ein Getriebe oder einen Zahnriemen oder ähnliches setzt, da es immer besser ist, die Messgröße direkt zu messen, damit auch kein Spiel oder sowas mit hineingerät. Ich würde trotzdem versuchen, die Servos möglichst so zu nutzen, wie sie sind, allein schon wegen der Auswechselbarkeit (Servos gehen eigentlich immer irgendwann mal kaputt, meistens durch menschliches Versagen, hab ich auch schon hinbekommen). Die Größe ist wie ich finde eigentlich gar nicht so das Problem, wenn man entsprechend konstruiert, kleiner wirst du auch kaum was mit dem Drehmoment finden. Mit 3,5 Nm solltest du auf jeden Fall auf der sicheren Seite stehen, vielleicht würden auch schon welche mit 2 Nm reichen. Da müsstest du mal selber nachrechnen.

[HeXPloreR]

Hier mal nur zur info einer der stärksten Servos den ich je gefunden habe, für normal sterbliche nich bezahlbar...allerdings ist das kein Standartservo mehr und wiegt auch einiegs mehr:
http://nodna.de/Dynamixel-MX-106T-Robot-Servo

Damit lässt sich "locker" z.B. "der Giger (http://www.youtube.com/watch?v=P6murW889XA)" bauen.

Schau Dir mal dieses Video (http://www.youtube.com/watch?v=J0pv5l-PveM) an, ab min ca 7:20min, da kommt ein Biped angelaufen, der hat schon sehr gut Bewegungen drauf:

[CODrix]

Wow
ok der Servo ist wirklich kein schnäppchen. Aber erstaunlich, 8Nm für so ein kleines Ding. Hut ab.

Die Videos waren auch nicht schlecht. Der Giger hat was :)

Ich werd mir mal einen Eurer räte zu Herzen nehmen und morgen erstmal anfangen das ganze zu konstruieren. Bei uns wird morgen eh der Strom abgeschaltet für 3 Stunden, da kann man sich auch etwas künstlerisch betätigen.
Werd Euch bestimmt nochmal mit fragen löchern wenn ich meine "berechnungen" habe :)