Mit BLCD eine Art dynamisches Gelenk bauen?!

[djbugs]

Hallo zusammen,

Bin zwar schon n paar Tage hier im Forum angemeldet, aber da mir langsam die Projekte für den Winter ausgehen, steht dies Jahr n Bot aufm Plan. ;)
Also erst mal zur Idee:
Geplant ist ein ein kleiner Bot mit x Beinen. Die Hexas sind mir aber etwas zu langsam. Daher: alles auf 4 Beinen ist schon gut schnell unterwegs ;) also wenn man mal die Natur zum Vorbild nimmt. Allerdings lebt dieses Gedankenmodel von der Annahme,das dafür "elastische" Muskel - Gelenksysteme vorhanden sind und ne Art Gleichgewichtssinn existieren?!
Meine Idee wär jetzt jedes Gelenk mit nem BLCD und eigenem Controller auszustatten, welcher autark seine Aufgabe erfüllt. Sprich: das Brain sagt, Schritt vor oder zurück und das Bein macht den Rest allein. Also heben, bewegen, senken, detektieren des Untergrunds und so weiter selbst und schickt nur noch den Status ans Brain zurück.
Vorgestellt hab ich mir dafür entsprechende BLCDs welche mit der dazugehörender Regelung in Position gehalten werden und eine davon abweichenden Stellung erkennen und nach regeln.
Für die ersten Tests schwebt mir eine kleine Platform mit 4 Beinen vor, welche diese anheben, bis die Beine ca 90 Grad zu ihr haben und wenn ich die anheb und fallen lass, sollen die Beine anfangs nachgeben und immer mehr mechanischen Widerstand leisten um danach in Ausgangsposition zu stehen.
Viele Worte >> wenig Sinn : ist es möglich, die entsprechende Regelung vorausgesetzt , BLCDs in den Gelenken ohne Übersetzung wie "natürliche Muskeln" zu betreiben. Also der Treiber kann sie mit Hilfe vernünftiger Positionsbestimmung in Posi halten und wenn ne Kraft von außen kommt diese abfangen und ausgleichen?

Kurz zu mir, komm aus dem Bereich embedded Entwicklung Hw/SW Regelungs und Leistungselektronik.
Hab versucht die SuFo mit meinen Anforderungen zu füttern, aber nada ;)
Vllt Treff ich damit aber auch einen wunden Nerv und man könnte ein Projekt für ein autonomes Bein starten., Bin im Thema Robotik noch nicht so bewandert, aber ich denke es wird in Zukunft auf verteilte Systeme hinauslaufen: ein Brain kontrolliert x autonome Gliedmaßen und dafür könnt das hier doch ein Grundstein sein.

Sollte es schon mal ähnliche Versuche gegeben haben oder andere Gründe, die dagegen sprechen, einfach schreiben.

Sorry für den Roman, wollt die Grundgedanken zu meiner Idee umfassend darlegen.

Mit freundlichen Grüßen Bugs

[Klebwax]

Könnte das (https://www.youtube.com/watch?v=ntlI-pDUxPE) in die Richtung gehen, die dir vorschwebt?


Viele Worte >> wenig Sinn : ist es möglich, die entsprechende Regelung vorausgesetzt , BLCDs in den Gelenken ohne Übersetzung wie "natürliche Muskeln" zu betreiben. Also der Treiber kann sie mit Hilfe vernünftiger Positionsbestimmung in Posi halten und wenn ne Kraft von außen kommt diese abfangen und ausgleichen?

Das sollte gehen. Du mußt aber bedenken: Drehmoment ist Kraft mal Arm. Die maximale Kraft bestimmt die magnetische Sättigung des Eisens und die Stärke der Magnete. Und der Arm ist der Radius des Motors. Wie gut man das mechanisch zusammen bekommt ist sicher nicht einfach.

Die gängigen Projekte gehen aber in die andere Richtung: keine Sensoren, Back-EMF zur Steuerung, möglichst viel "Bums" (also Drehzahl). Langsames Drehen bei hoher Kraft ist da nicht gefragt.

Die Roboterleute (https://www.youtube.com/watch?v=Hv_pKIDEKhs) können es aber. Ob da Getriebe im Spiel sind, weiß ich nicht. Ich finde deinen Ansatz aber sehr interessant, man muß aber vermutlich vieles selbst entwickeln.

MfG Klebwax

[Che Guevara]

Hi,

da fällt mir ganz spontan ein Brushless-Gimbal ein. Dabei werden BLDC Motoren wie Modellbauservos angesteuert, aber ohne Positionsrückmeldung. Dafür braucht man "nur" 3 Halbbrücken, diese werden mit sinusförmiger Spannung angesteuert. Je mehr Pole das Teil hat, desto gleichmäßiger und smoother ist die Bewegung. Damit bekommst du schnelle und langsame Bewegungen hin. Der einzige Kontrapunkt dürfte wohl die fehlende Positionsrückmeldung sein, bei geeigneter Dimensionierung gehts aber auch. Alternativ eben noch ein kleines Poti einbauen.

Gruß
Chris

[Geistesblitz]

Ich denk mal, dass das ohne Getriebe schwierig werden dürfte, die benötigten Kräfte aufzubauen, ohne den Motor zu überhitzen. Außerdem sollen BLDCs nicht wirklich gut im sehr niedrigen Drehzahlbereich arbeiten können, genau den brauchst du ja für exakte Positionsregelung. Da müsstest den BLDC wohl wirklich eher wie einen Synchronmotor mit Vektorregelung ansteuern, dafür brauchst du dann aber auf jeden Fall eine gute Positionsrückführung. Um eine mechanische Nachgiebigkeit zu erhalten, kann man auch den Motor in einem Feder-Dämpfer-System aufhängen, dadurch verliert das System an Steifigkeit und wird weicher.
Sowas wird auch hier ganz gut erklärt:
https://www.youtube.com/watch?v=6igNZiVtbxU
Die Bewegungen der Beine zu berechnen und das Gleichgewicht zu halten wird dann nochmal eine Nummer für sich. Am besten wäre es, wenn du erstmal Erfahrungen mit einem steifen und langsamen Roboter sammelst, bevor du dich an ein dynamischeres Modell wagst.

@Klebwax: und ob da Getriebe im Einsatz sind, das sind sogar ziemlich krasse Teile mit extrem wenig Spiel und so weiter. Alle Gelenke verfügen bei solchen Teilen auch über sehr hochauflösende, mehrstufige Absolutdrehgeber und die Achsen werden über Synchronservomotoren angesteuert. Wenn man sich die ganze Technik dafür mal durch den Kopf gehen lässt, dann wundert man sich nicht, warum die Teile so teuer sind.

[djbugs]

So, wieder da und danke für die Antworten.
@Klebwax und Geistesblitz:
Danke für die Links, jetzt bin ich definitiv "angefixt" :-D
Das flache Ding mit den rotierenden Beinen ist nicht so das aber was spricht dagegen meine geplanten Beine um 360Grad drehbar zu machen?!
Hab heut mal kurz die Überreste meines HexaKopter raus gekramt und mit nem 120W BLCD gespielt und der wird schon gut heiß. Denk mal mit nem Schrittmotor ohne Getriebe wird's auch nicht anders.
Also hat die nächste Idee mit 2 sich gegenüberliegenden Scheiben zu tun, eine aus Alu und die andere mit Motor und Neodymmagneten bestückt. Da muss ich aber noch bisse drauf rum denken. Das wird aber nur was für Gelenke, die gegen die Schwerkraft und oder eine Feder arbeiten und Bewegungswinkel kleiner 180Grad haben.
Aber schon mal schön das mein Vorhaben nicht gleich in der virtuellen Luft zerfetzt wurde.
Bin dann mal n bisse am lesen.

BB Bugs

[Geistesblitz]

Naja, bisschen skeptisch bin ich bei deinem Vorhaben schon. Was willst denn zB. mit Aluplatte und Neodymmagneten? Willst da eine Wirbelstromkupplung draus machen oder wie?

Also ohne Getriebe wird es wirklich schwer, da was zu erreichen. Getriebe heißt ja nicht unbedingt, dass es langsam ist, ist halt eine Frage der Übersetzung. Kannst dich aber mal zu Torquemotoren schlau machen, das sind Synchronmotoren mit sehr vielen Polen und einem großen Außendurchmesser, um eben viel Drehmoment bei hoher Dynamik ohne Getriebe zu erreichen. In der Industrie werden die meist oft gleich mit eingebauten Lagern und Flanschen angeboten, quasi als integriertes Gelenk, sind aber sicher schweineteuer.

Ansonsten hab ich noch eine Vorgehensweise mitbekommen, die bei der DARPA Robotics Challenge Anwendung gefunden hat: für die Gelenke werden BLDC-Motoren mit einem Getriebe mit niedriger Übersetzung verwendet und im Betrieb ordentlich überlastet. Damit die Motoren dabei nicht abrauchen, werden sie wassergekühlt, für die hohen Ströme gibt es eine richtig fette Kondensatorbatterie (Supercaps). Ist aber wohl weit übers Ziel hinausgeschossen für dein Projekt.

Kannst denn nochmal ein wenig präzisieren, was dein Roboter können soll? Bisher wissen wir, dass er 4 Beine haben soll und schnell sein soll.

[djbugs]

Jupp Wirbelstromkupplung ist das Stichwort, z.B. Für Knie und Hüftgelenk ( eingeschränkte Bewegungsradien und gegen die Schwerkraft ) über die Drehzahl der Magneten kann es aufstehen und wenn Kraft drauf wirkt gibt es erst mal gebremst nach, was sich messen und nachlegen lässt. Ist erst nur ne Idee, die ich ich überprüfen muss ;)
Weiß noch nicht wo das ganze hingehen soll, such für mich erst mal n weg soviel Mechanik wie möglich "einfach" elektrisch zu erschlagen! Der Ausgang ist erst mal unbekannt, aber bissl denken vorm bauen hat noch nie geschadet :-P
Wirkungsgrad kommt später, aber wenns klappt einen Freiheitsgrad mit nem einfachen mechanischem Gelenk und etwas aufwendigerer Elektronik und Software zu realisieren, sollte die Kombination mehrerer davon zu nem guten Ergebnis führen. Ich sage "sollte", da ich der Robotik völlig unbedarft mit meinem embedded- und Pysikverständnis gegenüber trete ;)
Schließe auch etwas aufwendige Analogtechnik nicht aus, Erfahrung mit closed loop Regelungen für Lasergalvos sind vorhanden.

[Geistesblitz]

Hmm, also ich sehe in der Wirbelstromkupplung so jetzt erstmal keinerlei Vorteile. Die Gelenke sollen ja ihre Stellung halten, damit das mit dieser Kupplung bei Belastung funktioniert, müsste sich der Motor ja ständig drehen. Da fehlt noch mindestens ein Federelement zusätzlich, damit nicht sämtliche Energie in Wärme umgesetzt werden muss.

[djbugs]

Na ich denk mal, das ich kein teures Getriebe brauch. Ja der Motor muss die Magneten ständig rotieren und über die Geschwindigkeit, wird die Mitnahme der zweiten belasteten Scheibe realisiert. Über min 1 Feder am Gelenk hab ich schon nachgedacht, dann müssen die Magneten nur in eine Richtung drehen ( erspart unnötiges abbremsen umkehren und wieder beschleunigen). Am Beispiel eines Kniegelenkes gäbe es 2 Mögliche Positionen. Entweder um es zusammen zu klappen ( Öffnungswinkel gegen 0 oder um es zu strecken . Die rotierenden Magneten sorgen dann für die Bewegung in entgegengesetzte Richtung.
Aber jetzt beim Schreiben, kommen mir noch ganz andere Ideen, muss morgen mal zu unseren MaschBauIngis ;)
Passt glaub ich nicht mehr ganz zum Threadtitel, aber ich schreib's mal fix, bevors wieder weg ist.
Wie wärs wenn die Knochen hohl sind und an einer Seite geschlitzt sind. Drin befindet ich ein Stabmagnet mit ner Öse die die aus dem Schlitz ragt. Dann zwei Federn die entspannt die Länge folgende Länge haben, Oberschenkelfeder ist Länge Oberschenkel + Gelenk + Abstand Gelenk zu oberen Punkt der Öse vom Unterbein. Feder vom Unterbein entsprechend umgekehrt vom Fuß zur Öse Oberschenkel. Um die Knochen werden mehrere Spulen angebracht. Quasi 2 Linearmotoren, die jeweils eine Feder spannen können.

So, Faden verloren ... Bin mal was zum zeichnen suchen :(
Bis später Bugs

[Geistesblitz]

Puh, du kommst dauernd mit neuen Ideen, ohne welche davon auch mal einigermaßen zuende zu denken, hab ich das Gefühl. Bei deinem letzten Vorschlag komm ich irgendwie nicht ganz mit, da fällt mir nur auf, dass geschlitzte Rohre nur einen Bruchteil der Torsionssteifigkeit von ganzen Rohren besitzen und auch gerne mal zum Knicken neigen. Dann doch lieber die Spulen ins Innere verpflanzen und den Magneten nach außen.

[Dominik E.]

Auch wenn ich davon ausgehe, dass das Projekt bereits aufgegeben wurde möchte ich euch noch kurz meine Idee zu diesem Thema mitteilen.

Ich würde die Gelenke mittels Federn vorspannen, sodass die Motoren keine Kraft aufwenden müssen um den Roboter zu halten (er steht einfach ein bisschen eingefedert da). Beim gehen spannen und entspannen die Motoren die Federn dann wodurch dynamisches und effizientes Gehen möglich wird.
Das Ganze ist aber nicht so einfach. Würd sicher Sinn machen ein mathematisches Modell der Gehmaschine zu machen und das zu simulieren. Persönlich glaube ich aber das das einfach ausartet und eher den Umfang einer Uni Abschlussarbeit hat.

[PICture]

Hallo!


Das flache Ding mit den rotierenden Beinen ist nicht so das aber was spricht dagegen meine geplanten Beine um 360Grad drehbar zu machen?!

Nix und am einfachsten wäre Beine auf Räder aufmalen. ;)