Welche Motorart empfehlt ihr für Drehteller?

[golther]

Hallo,
brauch einen Drehteller, auf dem 3 Flaschen stehen, die gewogen werden. Die Flaschen stehen dafür also auf 3 vorbestimmten Positionen. Sobald eine Flasche erkannt wurde (durch wiegen) soll sich der Drehteller zur Position 0 bewegen, die ich vorher mal definiert habe.Wegen den Kabeln im Drehteller soll sich der Teller nur +1 oder +2 Positionen nach vorne drehen und anschließend wieder zurück drehen, sonst wickel ich ja meine Kabel um den Teller auf ;).
Hoffe Idee soweit klar geworden...
Zum Drehen brauch ich jetzt einen Antrieb. Der Teller soll sich natürlich nicht zu schnell drehen, das soll aber auch nicht zu langsam ablaufen. Der Teller ist so groß wie eine Schallplatte (ca. 28cm) und soll sich in ca. 3-6sek von Position 1 zu Position 2 bewegen.
Steuern will ich das ganze mit einem Adruino.
Am einfachsten von der Mechanik wäre warsl ein normaler Getriebemotor mit nem Keilriemen, der den Teller antreibt. Dadurch könnte man relativ leicht die Drehgeschwindigkeit durch die Untersetzung bestimmen. Allerdings ist der Getriebemotor nicht so leicht zum ansteuern mit einem Adruino, habe ich hier mal gelesen glaube ich?! Außerdem ist die éxakte Positionserkennung nicht so leicht, nehme ich an?
Da wäre dann wohl doch ein Schrittmotor besser geeignet, wenn ich das so richtig aus dem rn wiki entnehme?! Wie genau kann man denn mit einem Schrittmotor bei einem Teller dieser Größe eine Position anfahren? 1° Abweichung wären ja bei einem Radius von 14cm schon 2,4mm! Das wäre eigtl schon das absolute Maximum :(
Habe schon überlegt den Teller mit nem Servo zu drehen, allerdings sind die Stellzeiten zu hoch und wenn man den Überfordert geht er drauf.
Das führt mich jetzt zum nächsten Problem. Wie würde ich denn für diesen Fall einen Servo auslegen?
Ein gelagerter Drehteller mit max. 3 Flaschen drauf der durch einen Servo angetrieben wird. Wie komm ich da auf das benötigte Drehmoment? Habe schon an das Trägheitsmoment gedacht, muss ich dann das dafür verwenden?

Hoffe die Problematik ist verständlich geworden und ihr habt ein paar Ideen und Tipps ;)
Danke
Grüße
Tom

[ranke]

Wie komm ich da auf das benötigte Drehmoment? Habe schon an das Trägheitsmoment gedacht, muss ich dann das dafür verwenden?

Ja. Das nötige steht hier (http://de.wikipedia.org/wiki/Massenträgheitsmoment), den Abschnitt mit den Integralen kann man überlesen, hinten kommt dann eine Tabelle für einfache geometrische Körper. Also die Scheibe als Zylinder rechnen. die Flaschen als Punktmasse mit entsprechendem Abstand zur Drehachse, die einzelnen Trägheitsmomente kann man dann addieren.

Wenn die anzufahrenden Positionen immer gleich sind, würde ich unten an der Scheibe eine "Markierung"
machen und die Stellung mit feststehenden Schaltern feststellen. Als Schalter kann man neben mechanischen Schaltern auch Gabellichtschranke, Hallsensor, induktiven Näherungssensor oder Reedkontakte nehmen. Als Motor am einfachsten einen Getriebemotor. Zur Ansteuerung genügt wohl Rechtslauf, Linkslauf und Stop, das geht z.B. mit 2 Relais oder einem geeigneten Treiber-IC.

[Hubert.G]

Wenn auch der Getriebemotor sicher das einfachste in der Ansteuerung ist, stellt sich die Frage wie genau du positionieren willst. Du musst ja schon vor dem Haltepunkt mit dem Bremsen beginnen um ihn nicht zu überfahren. Du stehst sonst entweder zu spät oder musst zurückfahren.
Besser wäre ein Schrittmotor eventuell mit Getriebe. Die Anzahl der Schritte zwischen den einzelnen Positionen kann man genau definieren. Sollte die Gefahr bestehen das einzelne Schritte verloren gehen, kann man die Haltepunkte immer noch mit geeigneten Sensoren festlegen.
Für die Verringerung der Trägheit kann man noch Start- und Halterampen in die Software einbauen.

[golther]

Genau, die exakte Positionierung ist der Knackpunkt. Vermutlich werde ich das dann mit einem Schrittmotor lösen, die Ansteuerung über Arduino werd ich schon iwie hinbekommen :)
Mit was für einem Sensor würdet ihr die Position überprüfen bzw. welchen würdet ihr da empfehlen? Der Drehteller hat einen Durchmesser von 28cm und die Flasche muss schon auf ca. 2mm genau am Rand stehen, die Position soll sich natürlich auch nach vielen Zyklen nicht verändern. Würdet ihr da echt schon auf einen Hallsensor zurückgreifen? Würde man da dann einfach ein Magentband am Tellerrand anbringen und das auslesen können? Habe dazu noch keine Projekte von anderen Leuten gesehen...
Das mit der Start- und Halterampe in die Software einbauen habe ich nicht verstanden. Wie funktioniert das?

Habe mal meine überschlägigen Berechnungen für as benötigte Drehmoment vom Schrittmotor in den Anhang gepackt. Vllt hat wer Lust mal nen Blick drauf zu werfen, sind ja nur paar Zeilen ;)

Kann 30Ncm für den Schrittmotor hinkommen?

[Hubert.G]

Also, was für ein Sensor für die Positionierung am Besten geeignet ist, kann ich dir nicht sagen, da fehlt mit die Erfahrung. Den Grundwert der Position kannst du dir anhand der Motorschritte ausrechnen, sodass eine Nullposition mit Sensor ausreicht.
Die Start- und Halterampe für den Schrittmotor besteht darin, das die Taktzyklen für den Schrittmotor langsam beginnen und dann schneller werden und umgekehrt.

[golther]

Danke, das mit den Taktzyklen ist mir dann soweit klar!

[Geistesblitz]

Wenn du einen Schrittmotor verwendest, brauchst du nicht zwingend Lagesensoren, höchstens um Schrittverlust zu erkennen. Soweit diese nicht auftreten, verfährt der Schrittmotor aber ziemlich genau, sodass sich das Positionieren damit wirklich vereinfacht. Einige Schrittmotorsteuerungen unterstützen schon die Verwendung von Beschleunigungsrampen, wobei sie mit einer geringen Startfrequenz beginnen und diese linear mit der Zeit erhöhen, bis die Zielgeschwindigkeit erreicht ist. Die Beschleunigung lässt sich natürlich anpassen. Ein Getriebe ist dennoch sinnvoll, da somit das Lastmoment verringert wird (weniger Risiko auf Schrittverluste) und die Auflösung erhöht wird. Anbieten würde sich hier ein Zahnriemengetriebe.

Edit: mir fällt gerade aber ein, dass wenigstens ein Referenzschalter vorgesehen werden sollte, damit der Antrieb einen definierten Nullpunkt hat. Ansonsten sehe ich weitere Schalter aber als überflüssig.

[golther]

Danke, habe jetzt mal diesen Schrittmotor rausgesucht. http://nodna.de/Bipolarer-518-1-Planetengetriebe-Schrittmotor
Durch die 0,35° Schritte können die Flaschen sehr genau positioniert werden. Aber der Motor hat 16,2kg/cm = 160Ncm ?! ist zwar ziemlich überdimensioniert für die nach meiner Berechnung benötigten 30Ncm aber noch akzeptabel würde ich mal sagen, oder?
Du würdest also am Drehteller ein Riemenritzel befestigen und das durch einen Keilriemen mit dem Schrittmotor verbinden, verstehe ich das richtig? Da der Motor eh schon ziemlich überdimensioniert wäre, könnte man sich das eigtl auch sparen, denke ich, trotzdem eine gute konstruktive Idee :) Danke

Meinst du mit Referenzschalter z.b. einen Schalter, der nach Beendigung der Aufgabe berührt werden muss, damit der Schrittmotor immer wieder weiß, dass er am Nullpunkt ist?

[Geistesblitz]

Hmm, also das Planetengetriebe kannst dir sparen, wenn du das mit dem Zahnriemen und entsprechender Übersetzung machst. Kein Keilriemen, sonst ist die ganze Positioniergenauigkeit für die Katz ;)
Mit den Zahnriemen würdest dir dann auch eine Wellenkupplung sparen und ich vermute mal, dass es sich so kompakter bauen ließe.

Der Referenzschalter funktioniert so, dass der Schrittmotor bei Einschalten des Geräts als erstes dort hin fährt und stoppt, wenn dieser auslöst. Dann wird dort die Position genullt und du hast einen festen Bezug zu deiner Drehtischmechanik. So kann man alle Positionen in Schritten relativ zu diesem Nullpunkt definieren. Ohne diesen Schalter wüsste das Gerät beim Einschalten sonst nicht, wo es sich befindet, und alle Positionierversuche würden von einem zufälligen Startpunkt ausgehen. Wo das hinführt, kannst du dir sicher denken.

[RoboHolIC]

Nicht nach der Beendigung, sondern vor dem ersten Arbeitszyklus.

Wenn man dann nach jedem Steuerzyklus wieder vergleicht, ob der Referenzschalter zu früh oder zu spät anspricht, kann das einen Hinweis auf eine mechanische Störung geben.

[golther]

Gute Ideen Leute, danke für die Hinweise.
Ich will ja folgendes schaffen:
Man kann entweder zwei Arten von Bierflaschen, die durch das Gewicht ermittelt werden oder eine noch schwerere Flasche (Weinflasche) auf die drei Positionen stellen. Wenn eine der drei Wägezellen oder DMS auslöst und die Flasche durch das Gewicht bestimmt hat, soll sie auf die Position x fahren, bei der die Flasche dann festgehalten werden soll. Wenn die Flasche geöffnet wurde, soll der Teller wieder auf seine ursprüngliche Position fahren. Damit würde ich mir doch dann einen Referenzschalter sparen? Der Drehteller muss eh immer wieder zurückfahren, der sich ja sonst die Kabel von der Elektronik im Drehteller aufwickeln würden und mir fällt keine Möglichkeit ein das Aufwickeln zu verhindern bei gleichbleibender Drehrichtung. Wäre natürlich eleganter, wenn er sich immer nur im Uhrzeigersinn drehen würde :)

- - - Aktualisiert - - -

[RoboHolIC]

Welche und wie viele Signale müssen auf den Drehteller übertragen werden? Ist das unvermeidbar? Schleppkabel für hohe Zyklenzahlen sollen ja auch nicht ganz ohne sein.
Kann die Belegt-Erkennung von der Unterscheidung per Wägung getrennt werden? Kann die jeweilige Flasche z.B. auf den Wägetisch geschoben werden (vgl. LKW-Waage am Schrottplatz, Viehwaage). Geht statt Wägung vielleicht auch was mit Flaschenhöhe?

[golther]

Also ich hab mir nun folgendes überlegt:
Der Drehteller soll wie geplant an den drei Positionen eine Gewichtsmessung durchführen können. Dadurch soll er Bierflaschen erkennen und der Öffnungseinheit die zur Gewicht gespeicherte Position mitteilen. Bei Weinflaschen, wo er das Gewicht erkennt (Standardweinflasche) soll er dann auch direkt die entsprechende Position anfahren und den Korken entfernen.
Sofern er Gewicht nicht erkennt, geht er von einer Weinflasche in einer abweichenden Größe mit Korken aus und fährt die Flasche zur Öffnungseinheit, welche dann mit einem Taster die Höhe bestimmt und dann den Korken zieht. Eigtl könnte man ja auch immer die Höhe bestimmen lassen, allerdings bin ich mir da in der Umsetzung noch nicht so ganz sicher und mag das, falls es nicht funktioniert weglassen. Dann kann BOB (Beer Opener Bot :)) halt nur Standardweine öffnen...

Habe jetzt mal eine Skizze von der Wiegekonstruktion entworfen. Hoffe soweit nachvollziehbar. Der Drehteller hat zwei Ebenen, dazwischen ist die Elektrik und Sensorik + Antrieb.
Auf den "Deckel" in der Mitte soll eine Flasche gestellt werden. Dadurch federt dieser (ich will Federn benutzen, die gerade so das Gewicht vom Deckel überm Dehnungsmessstreifen halten können) nach unten und das Gewicht der Flasche kann durch den Dehnungsmessstreifen (DMS) ermittelt werden.
Reicht da ein DMS oder sollte ich drei im Dreieck anordnen? Bin mir da aber mit dem Auslesen und Verarbeiten der Signale unsicher. Hat da schon wer Erfahrungen?

Sofern das Gewicht erkannt wurde, soll die LED grün leuchten und der Drehteller sich zur Position 0 (Öffnungseinheit) drehen.

Was haltet ihr soweit vom Konzept?
Antreiben würde ich den Drehteller nach jetzigem Stand mit dem Schrittmotor http://nodna.de/Bipolarer-518-1-Planetengetriebe-Schrittmotor und einem Zahnriemen.

Bin für alle kreativen Ideen dazu dankbar :)
Gar nicht so leicht die Umsetzung, im Ernstfall dürfen Flüssigkeiten ja nichts beschädigen ;)

[Geistesblitz]

Könntest du für die Wägeeinheit nicht die Elektronik und Sensorik aus einer einfachen Küchenwaage nehmen? Die funktioniert mit Piezo-Sensoren und sollte sich eigentlich irgendwo mit auslesen lassen. Wie das mit deinem DMS funktionieren soll versteh ich nicht so ganz.
Warum willst du die Elektronik in den Drehtisch integrieren? Du sagst ja selber, im Enstfall sollte es gegen Flüssigkeiten sicher sein. Da wäre doch eigentlich die Elektronik in einer Kiste, die sich außerhalb befindet, sicherer aufgehoben.
Das mit dem Schrittmotor kann funktionieren, je nach Konstruktion. Ich finde das zusätzliche Getriebe aber überflüssig, da sich die Übersetzung mit dem Zahnriemen doch machen lässt. Das dürfte dann ja genau genug sein. Wenn du beispielsweise eine Übersetzung von 1:5 machst (zB. Zahnscheibe 12 Zähne am Motor, Zahnscheibe 60 Zähne am Drehtisch), dann hast du ca. das fünffache Drehmoment und eine theoretische Schrittauflösung von 0,36° (wenn der Schrittmotor 1,8° Schrittwinkel hat). Wenn dir das nicht reicht, nimmst du eben eine andere Übersetzung, jedenfalls dürfte sich das alles in einer Getriebestufe realisieren lassen. Wenn es noch hochauflösender sein soll, gibt es da ja noch den Halbschritt- und den Mikroschrittbetrieb, wird von vielen Steuerungen unterstützt.

[golther]

Danke erst mal für deine konstruktiven Beiträge! Ich habe keine 3 Küchenwaagen und weiß auch nicht, wie sich die auslesen lassen ;) . Piezo-Sensoren sind natürlich eine feine Sache, finde nur keine, die ich da direkt an nen Arduino anschließen kann...
Denhnungsmessstreifen kann man denk ich einfach aufkleben und relativ leicht mit nem Arduino auslesen.
Hier sieht man das mal kurz: http://www.youtube.com/watch?v=357YoAWgQ-k
Finde das ist ne super Lösung, da sehr platzsparend ;)
Erscheint dir meine grobe Berechnung von 30Ncm Drehmoment für den Motor plausibel für den Drehtisch im worst case Fall (Gewicht Drehtisch + 3 Weinflaschen = ca. 4kg) mit nem Durchmesser von 28cm? Würde sagen könnte passen, mir fehlt aber leider noch das Gefühl für die Größen in der Praxis.

Was hälst du von diesem Schrittmotor? http://www.reichelt.de/Schrittmotoren/QSH4218-40-033/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=62653&GROUPID=3299&artnr=QSH4218-40-033
Preislich i.O., 33Ncm Drehmoment, 1,8° Auflösung,...
Mit z.B. der von dir vorgeschlagenen Übersetzung würde der meiner Meinung passen.

[Geistesblitz]

Wenn du meinst, dass der DMS zur Unterscheidung von den Flaschen reicht, ich weiß es nicht, hab sowas noch nicht gebaut. Allerdings wurde der im Video unter einen der Füße gesetzt, sodass es auch davon abhängig wird, wo die Flasche steht. Je näher sie zu dem Fuß mit dem DMS steht, desto eher löst er aus. Der Trick bei den Piezo-Elementen einer Waage ist ja, dass unter jedem Fuß eins ist und der Controller einfach alle Werte zusammenzählt. So kommt man immer auf die Gewichtskraft, egal, wo der Körper steht. Hier gibts auch ein paar Infos, wie man sowas für eigene Applikationen verwenden kann (http://hackaday.com/2013/11/19/posterior-posture-videogame-controller/).

Beim Drehtisch musst du, wie schon gesagt wurde, mit Trägheitsmomenten rechnen, nicht mit Massen. Allerdings gehen die auch nur über die Beschleunigung ein, wenn du also den Schrittmotor mit Beschleunigungs- und Bremsrampe ansteuerst, kannst du das sogar noch variieren. 30Ncm am Motor hören sich eigentlich brauchbar an, wenn es dann noch entsprechend übersetzt wird. Trotzdem solltest du mich darauf nicht festnageln, da ich ja nicht über alle Umstände bei deiner Konstruktion Bescheid weiß. Da wird dir nichts übrig bleiben, als das mal selbst durchzurechnen und eventuell deine Rechnung hier mal vorzustellen.

[golther]

Hast du dir keine Skizze angeschaut? Etwas weiter oben im Gesprächsverlauf habe ich die in den Anhang getan. Die Konstruktion sieht also eine kleine Schale vor, auf die die Flasche genau passt. Von unten ist auf einem Ständer der DMS angebracht, die Schale wird gerade so durch Federn über dem DMS gehalten. Sobald eine Flasche auf der Schale steht, drückt die Schale auf den DMS.
Ist praktisch das was du mit dem "Fuß" meintest, nur upside down eingebaut ;)

Die Piezo-Sensoren würde mich auch interessieren, da sie doch eine ernstzunehmende Alternative für die DMS wären. Finde da aber keine enstprechenden zum kaufen. Wie die funktionieren weiß ich...

Auch die Berechnung für den Drehtisch habe ich schon gemacht. Habe sie in den Anhang auf der ersten Seite von diesem Gespräch gestellt. Ziemlich zu Beginn sogar. Habe natürlich mit Trägheitsmomenten gerechnet.

[Geistesblitz]

Ah, jetzt sehe ich erst die Berechnung. Da stecken ja schon einige Fehler drin.

Erstmal zum Trägheitsmoment , die Formel sieht zwar richtig aus, allerdings verwiirt mich die Einheit des Ergebnisses. Nach der Gleichung oben bekommt man nämlich als Trägheitsmoment 0,039 kgm² heraus.

Für das Drehmoment brauchst du nun noch die Winkelbeschleunigung, die allerdings anders berechnet wird. w=phi/t stimmt schonmal soweit, damit errechnest du, welche Winkelgeschwindigkeit du hast, wenn der Winkel phi in einer Zeit dt zurückgelegt wird. Die Beschleunigung musst du aber getrennt betrachten. Um von 0 auf w zu beschleunigen musst du wieder w/t rechnen, allerdings ist t hier ein anderer Wert, nämlich die Zeit, die die Masse beschleunigt werden soll. Wenn du da 5s einsetzt, würde das bedeuten, dass du innerhalb von 5s von 0 auf w beschleunigst. Klingt ganz schön langsam. Ein realistischerer Wert wäre 0,5s, somit erhalten wir eine Winkelbeschleunigung von alpha=48°/s². Das muss nun unbedingt noch in Bogenmaß umgerechnet werden, also alpha=0,838 rad/s². Für das benötigte Beschleunigungsmoment wird dann M=J*alpha gerechnet und heraus kommt M=0,032 kgm²/s²=0,032 Nm (rad braucht nicht angegeben werden, da es dimensionslos ist).

So zeigt sich, dass das Beschleunigungsmoment wohl das geringste Problem sein wird, die Reibung wird sicherlich auch noch einen Teil beisteuern. Bei Schrittmotoren ist es sogar gar nicht mal so schlecht, ein wenig mehr Reibung zu haben, da das die Anregung durch die Schrittfolge ein wenig dämpft.

Spätestens, wenn du eine Einheitenbetrachtung gemacht hättest hätte dir auffallen müssen, dass etwas nicht stimmen kann.

Das mit dem DMS könnte klappen, muss man wahrscheinlich probieren. Nicht, dass die Platte zur Seite wegkippt, wenn die Flasche aufgrund der weichen Lagerung ins Wanken gerät. Dann wird die Elektronik sonst regelmäßig für nasse Verhältnisse getestet ;)
Dagegen könnte man aber oben einen Ring vorsehen, der die Flasche abstützt.

[golther]

Danke für die Hilfe mit der Berechnung ;)! Hätte direkt die Einheiten kontrollieren sollen...
Bin gerade bei der Konstruktion im CAD, werde davon auch mal ein Bild reinstellen, sobald fertig. Bei der Lagerung von dem Teller bin ich mir eh noch nicht ganz sicher. Ist ja eine fliegende Lagerung, bei der bei 3 Weinflaschen doch ein bisschen Gewicht auftaucht. Ich weiß nicht, ob da eine X- bzw. O-Anordnung der Lagerung übertrieben ist...Einen Ring wollte ich oben eh noch anbringen. Eigentlich gehören da dann aber Kugeln oder Rollen hin, um dort die Reibung zu reduzieren, alternativ könnte man eine Gummidichtung mit guten Gleiteigenschaften zb NBR verwenden. Tendiere allerdings doch zu vier Kugeln, auf denen sich der Teller am Ring bewegt. Was einfacheres fällt mir bis jetzt nicht ein. Habe eben mal den Teller von meinem Plattenspieler studiert, in dessen Bohrung ist einfach eine Messinghülse, die auf einem etwas breiterem Wellenabsatz rotieren kann. Das Ding läuft sehr ruhig und scheint auch ein bisschen Kräfte aufnehmen zu können.

[RoboHolIC]

Habe eben mal den Teller von meinem Plattenspieler studiert, . . . Das Ding läuft sehr ruhig und scheint auch ein bisschen Kräfte aufnehmen zu können.
Prima, dann nimm doch gleich den! :) :) :)

[hbquax]

Wenn dein Teller nicht schräg steht und einigermassen leichtlaufend gelagert ist, also z.B. Messingbuchsen mit ein paar Tropfen Öl oder gar Kugellager, ist das Moment was du brauchst sehr klein. Bau doch erstmal den Teller mit Lagerung und sieh ein Zahnrimenrad am Teller als Antrieb vor, dann stell die schwersten Flaschen drauf die du hast und spiel man ein bißchen, du wirst merken daß du das problemlos mit dem kleinen Finger drehen kannst. Große Winkelbeschleunigungen und große Winkelgeschwindigkeiten musst du dir ohnehin verkneifen, sonst machen die Buddeln den Abflug. Also tuts ein kleiner preiswerter Standardmotor, denn kannst du gerne noch 1:5 untersetzen über den Riemenantrieb, und du wirst mehr als genug Antriebsmoment haben.