Präziser Schrittmotor für SCARA-Roboter

[Bernd_Stein]

Hallo zusammen,

ich denke um eine Genauigkeit von 0,2mm zu erreichen, sollte der
Schrittmotor schon mal eine gute Grundauflösung im Vollschritt haben.
Wenn diese dann noch präzise ist, sind wohl die wichtigsten Grundlagen
geschaffen. Sehr gut sollen sich 5-Phasen Schrittmotoren dafür eignen,
aber diese sind wohl eher Sonderfälle. 2-Phasen Schrittmotoren sind weit
verbreitet und sollten dies auch schaffen. 2-Phasenschrittmotore mit
einem Vollwinkelschritt von 0,45° scheinen wohl sehr gut dafür geeignet
zu sein.

http://media.tim-europe.com/archives/TR/2008/0809/23.pdf

Als nächstes kommt die Frage nach dem Schrittmotortreiber auf.
Sehr beliebt ist wohl der *Allegro bzw. Pololu A4988 (https://www.mikrocontroller.net/part/A4988)*. Da bin ich dann
auf den *TRINAMIC TMC2100 bzw. TMC2130* gestossen. Da TRINAMIC eine
deutsche Firma ist, tendiere ich eher zu ihren Treibern. Auch weil sie
Schrittmotoren anbieten usw.

Youtube-Video "SilentStepStick Review - Trinamic TMC2100 vs. Pololu A4988" (https://www.youtube.com/watch?v=P3ebhi-vZRY)

http://www.trinamic.com/languages

http://www.promotion-ie.de/de/distribution/trinami... (http://www.promotion-ie.de/de/distribution/trinamic-motion-control.html)

Würde gerne was universelles bauen, das Platinen bestückt, bohrt,
3-Druck macht, Sachen sortiert und noch mehr. Ein SCARA scheint mir am
einfachsten dafür geeignet zu sein. Bin sowieso von den angetan, da
diese unheimlich schnell Pick&Place Sachen erledigen können.

Youtube-Video "Stäubli TP80 Fast Picker robot" (https://www.youtube.com/watch?v=Em7C1SlqId8)

Youtube-Video "PF400 - The World's First Collaborative SCARA Robot" (https://www.youtube.com/watch?v=3UF_lYx5qcY)

Youtube-Video "Scara robot 3D printer 2.0v" (https://www.youtube.com/watch?v=axZ54HZlSCY)

Welche 2-Phasenschrittmotoren wären dazu geeignet unter der
Berücksichtigung das der TMC2130 Treiber mit seinen 1,2A Verwendung
findet ?

Bernd_Stein

[Bernd_Stein]

Vergesst es Leute. Zu viele Dinge müsste ich wissen, von denen ich keine Ahnung habe.


Bernd_Stein

[i_make_it]

Vergesst es Leute. Zu viele Dinge müsste ich wissen, von denen ich keine Ahnung habe.


Warum denn?
Wissen ist zum Glück etwas das sich ohne all zu große Probleme fast beliebig vermehren lässt.




Präziser Schrittmotor für SCARA-Roboter
ich denke um eine Genauigkeit von 0,2mm zu erreichen, sollte der
Schrittmotor schon mal eine gute Grundauflösung im Vollschritt haben.
Wenn diese dann noch präzise ist, sind wohl die wichtigsten Grundlagen
geschaffen. Sehr gut sollen sich 5-Phasen Schrittmotoren dafür eignen,
aber diese sind wohl eher Sonderfälle. 2-Phasen Schrittmotoren sind weit
verbreitet und sollten dies auch schaffen. 2-Phasenschrittmotore mit
einem Vollwinkelschritt von 0,45° scheinen wohl sehr gut dafür geeignet
zu sein.

http://media.tim-europe.com/archives/TR/2008/0809/23.pdf


Die Frage ob 0,2mm zu erreichen sind, kann man mit den gegebenen Daten nur bedingt beantworten.
Da die Z-Achse translatorisch ist, kann man da einfach die Steigung der Antriebsspindel durch die Anzahl Schritte pro Umdrehung teilen.
Bei dem Beispiel also 800 Schritte. Oder umgekehrt 800 Schritte mal 0,2mm gibt die Steigung die eine Spindel maximal haben darf.
Das wären dann 160mm Steigung.
Bei einem Stepper mit den üblichen 1,8° (200 Schritte) wären es 40mm.

Bei den rotatorischen Achsen sieht es schon anders aus.
Da muß man die Winkelfunktionen bemühen.
Der Winkel alpha sind dann die 0,45° und die Seite a die 0,2mm.
Da kommen dann 25,465mm als Maximum raus.
Wie man sieht, kann man mit gegebenen Motorwerten rückwärtsrechnen um bestimmte konstruktive Werte zu erhalten, aber hier hat man nur die maximale Hebellänge bei der die Bedingung der Schrittauflösung noch gegeben ist.
Man hat keine Massen, keine Biegemomente und andere Werte. Somit weiß man nicht ob der Motor einen solchen Arm am Ende auch mit akzeptablen Werten beschleunigen kann.

Sinnvoller ist also der umgekehrte Weg erst den Arm mit Lagern für die Gelenke und entsprechend Biegesteif zu konstruieren.
Was bringt denn ein präziser Motor wenn die Konstruktion sich wie aus Gummie verhält und sekundenlang nachschwingt bis sie an der vom Motor vorgegebenen Position zur Ruhe kommt.

Diese Berechnungen sind allerdings kein Hexenwerk und die Formeln und Werte dank Internet auch heute leichter für jeden verfügbar als vor 25-30 Jahren.



Als nächstes kommt die Frage nach dem Schrittmotortreiber auf.
Sehr beliebt ist wohl der *Allegro bzw. Pololu A4988 (https://www.mikrocontroller.net/part/A4988)*. Da bin ich dann
auf den *TRINAMIC TMC2100 bzw. TMC2130* gestossen. Da TRINAMIC eine
deutsche Firma ist, tendiere ich eher zu ihren Treibern. Auch weil sie
Schrittmotoren anbieten usw.

Youtube-Video "SilentStepStick Review - Trinamic TMC2100 vs. Pololu A4988" (https://www.youtube.com/watch?v=P3ebhi-vZRY)

http://www.trinamic.com/languages

http://www.promotion-ie.de/de/distribution/trinami... (http://www.promotion-ie.de/de/distribution/trinamic-motion-control.html)


Ob die Motortreiber für einen Scara funktionieren wage ich zu bezweifeln.
Die bewegten Massen sind doch um einiges größer als bei einem kartesisch aufgebautem 3D-Drucker.
Da würde ich mich bei den Motoren und Treibern eher in Richtung von Selbstbau Fräsen orientieren.
Damit die Treiber nicht nach kürzester Zeit ihr Leben aushauchen.

Bsp.: https://www.amazon.de/NEMA23-Schrittmotor-Treiber-4-2A-Kontroller-CNC-04/dp/B00BYQPKQ8/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1467446709&sr=8-1&keywords=Schrittmotor-Controller-Treiber+2M542+4.2A

Wobei das jetzt erst mal aus dem Bauch raus ist. Genaues weis man halt erst wenn man die Motoren nach den Erfodernissen der Konstruktion gewählt hat.



Würde gerne was universelles bauen, das Platinen bestückt, bohrt,
3-Druck macht, Sachen sortiert und noch mehr. Ein SCARA scheint mir am
einfachsten dafür geeignet zu sein. Bin sowieso von den angetan, da
diese unheimlich schnell Pick&Place Sachen erledigen können.

Youtube-Video "Stäubli TP80 Fast Picker robot" (https://www.youtube.com/watch?v=Em7C1SlqId8)

Youtube-Video "PF400 - The World's First Collaborative SCARA Robot" (https://www.youtube.com/watch?v=3UF_lYx5qcY)

Youtube-Video "Scara robot 3D printer 2.0v" (https://www.youtube.com/watch?v=axZ54HZlSCY)


Hier kommen sich wiedersprechende Anforderungen ins Gehege.
Auf der einen Seite Pick and Place = schnell (also Leichtbau)
Auf der anderen Seite Platinenbohren = Konstruktion muß die Bohrkräfte ohne Verformung aufnehmen (also stabile Konstruktion)

Entscheide Dich für eins und versuche für das andere möglichst viel bei der Konstruktion rauszuholen.
Beim Versuch beides in Industriequalität zu erreichen wird dir nicht fehlendes Wissen im Weg stehen, sondern mangelndes Geld und vor allem Zeit.
Wenn an so einem Roboter bei der mechanischen Konstruktion 10 Konstrukteure beteiligt sind, heist das, wenn die ein Jahr brauchen, brauchst Du alleine 10 Jahre umd zum selben Ergebniss zu kommen.
(vorrausgesetzt Du weist das selbe wie die 10 und hast die selbe Ausrüstung die Du auch genauso gut bedienen kannst)
Wenn als jeder von denen 3 Jahre gelernt hat, und es keine Überschneidungen beim Wissen gibt, wären das 30 jahre lernen um anfangen zu können.

Von daher kann ich Dein "vergesst es" verstehen.
Ich habe meinen ersten "Wunschroboter" 1982 deffiniert. Bipedal, intelligent, halt ein asimovscher Sci-Fi Roboter.
Da ich da schon fast 6 Jahre RC Modelbau gemacht habe, dachte ich muß doch gehen. Meine Modelle bekomme ich ja auch hin.
Nach anfänglichen erfolgen mit einzelnen Achsen, 2D-Plotter und anderen Projekten habe ich mir 1991 dann den MIT Rug-Warrior geholt um mit mobilen autonomen Robotern anzufangen.
Den bipedalen Roboter habe ich bis heute nicht gebaut, aber ich kenne mittlerweile eine Menge Probleme die dem im Wege stehen und ich kenne hunderte Einzellösungen für einzelne Problemstellungen.

Streich doch das Platinen Bohren und fang an, zu planen was Du für die anderen Funktionen am Handflansch brauchst, Was das wiegt und wie man es schnell und automatisch wechseln kann.
Also einen 3D-Druckkopf, einen Fingergreifer und einen Vakuum Greifer.
Wenn Du dann ein Wechselsystem hast, kannst Du überlegen ob Du wie beim TP80 die Z-Achse ans Handgelenk legst oder woanders hin.



Welche 2-Phasenschrittmotoren wären dazu geeignet unter der
Berücksichtigung das der TMC2130 Treiber mit seinen 1,2A Verwendung
findet ?


Die Frage erübrigt sich dann wohl an dieser Stelle.
Wenn sie denn gestellt wird, ist sie dann umgedreht zu stellen:
Welcher Motortreiber wird benötigt um den Motor XY zu treiben.

[Bernd_Stein]

Warum denn?
Wissen ist zum Glück etwas das sich ohne all zu große Probleme fast beliebig vermehren lässt.


Danke, das du dir so viel Mühe gegeben hast.
Das ich das nicht bringe ist wieder klar geworden. Meine letzte Idee mir die Sache mit Riemenantrieb vom Lab Volt 5100 abzugucken ist auch gestorben, da dieser gebraucht mindestens 1.200 Euro kostet. Zur Erinnerung, alle weiteren Versuche sind zwecklos :

https://www.roboternetz.de/community/threads/66171-Roboterarm-als-3D-Drucker-nutzen?p=608633&viewfull=1#post608633

https://www.youtube.com/watch?v=tkDbmWAyHYw


Bernd_Stein

[i_make_it]

Dröseln wir doch mal auf was man braucht:

Mechanik
Elektrik
Elektronik
Antriebstechnik
Regeltechnik
Programmieren

Mit der Mechanik fängt alles an.
Zum Platinen Bestücken muß man unterscheiden SMD oder THT?
Beides hat unterschiedliche Anforderung an den Greifer.
Beim 3D-Druck muß der Druckkopf von oben frei zugänglich sein, da man ja das Filament irgendwie nachführen muß.
Also ein Off Axis Kopf und der Arbeitsbereich ist auch eingeschränkt, da der Arm ja nicht den Raum der Filamentführung kreuzen darf (grade bei Scara Bauform).
Ein MK8 Druckkopf wiegt 434g.
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Ohne automatischen Wechsel, muß man also von 500-550g ausgehen.

Ein Zwei-Finger-Greifer kann leichter gebaut werden.
Bei Greifern für THT kann es komplexer sein, da man die Bauteilbeine bei vielen Bauteilen biegen muß und über die Löcher positionieren muß sowie beim Durchstecken gegen Umknicken sichern.
Für SMD reicht ein Unterdrucksauger.

Also macht es Sinn sich erst mal an einen Zwei-Finger-Greifer und einen Greifer für THT Bauteile zu machen.
Danach an den eigentlichen Arm.

Bei der mechanischen Bearbeitung der Teile, sollte man schon eine Handbohrmaschine haben und dazu einen Halter für die Tischkante und einen Bohrständer.
Ein kleiner kleiner Schraubstock um Kleinteile zum Bohren halten zu können und ein kleiner Schraubstock für an die Tischkante um Teile sägen und feilen zu können.
Dann eine Handbügelsäge und eine Puksäge, ein Paar Schlüsselfeilen und in "normalgroß" Flachfeile, Rundfeile, Dreikant- und Vierkantfeile.

Optional ist ein kleiner Kreuztisch für den Bohrständer eine lohnende Anschaffung, wenn man öfter mal was sehr genaues herstellen will (Lochabstände auf 0,01mm genau).

Bei der richtigen Bauteilwahl, kann man auf viel Dreh- und Fräsoperationen verzichten und kommt mit Bohren, Senken, Reiben und Gewindeschneiden aus, so das man die Teile auch tatsächlich selbst herstellen kann ohne gleich einen riesen Maschinenpark besitzen zu müssen.
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Mal als Beispiel:
A) Kugellager mit Bund, da muß man dann für den äußeren Lagersitz nur bohren und reiben.
B) Gleitlager mit Bund, auch nur bohren und reiben.
C) Messing Unterlegscheiben für M3 auf 4mm aufgefeilt, als 0,5mm dicke Abstandshalter/Achsialgleitlager.
Die Welle hinten ist 4,0mm Silberstahl und vorne eine aus einem Baukasten mit 4,07.
An der vorderen sind die Lagersitze für die Kugellager mit Feile und Schmirgelpaier an der Bohrmaschine abgedreht. Bei der hinteren reicht es für die Kugellager vorsichtig etwas mit Schleifpapier und Stahlwolle auf 3,98-3,99 abzuschleifen.
Bei den Schneckenrädern ist das vordere im Modul 0,5 genau für 4mm passend und die beiden Aluscheiben sind die Pololu Radmitnehmer für 4mm Wellen. Also die beiden Wellenenden etwas bearbeitet und sonst nur Schrauben angezogen und eine 90mm breite Lagerung die ein Drehmoment übertragen kann gebaut.
Hinten ist das Schneckenrad für 5mm Wellen und die Schnecke für 4mm.
Da die hintere Welle 4mm und die Motorwelle 3mm hat, ein 5x6mm Messingrohr entsprechend breit geschlitzt, und dann um ein entsprechendes Wellenstück mit einer Zange und etwas Leder von einem alten Gürtel rumgebogen.
Danach die Hülsen in die Bohrungen gesteckt und vorsichtig die Wellenstücke mit dem Hammer eingetrieben.
Dann einen Stapel Unterlegscheiben (Karosseriescheben) auf die Welle und diese als Gewicht eines Schleuderhammers genutzt um alles wieder von der Welle zu bekommen.
Damit geht die Buchse dann auf die eigentliche Welle spielfrei rauf.
Noch die Löcher für die Madenschrauben (Gewindestifte) in die Messinghülsen gebohrt und fertig.
Bei der Schnecke mußte komplett erst Gebohrt und M3 Gewinde geschnitten werden, da dort nichts drinn war.

Du siehst also man kann auch mit einfachen Werkzeugen schon was bauen.

Also einfach mal planen, dann nach den notwendigen Kaufteilen suchen, umplanen damit es mit den Teilen auch zu machen ist und dann kann man loslegen.
Man darf halt nicht erwarten, das man gleich mit einem Industrieprodukt mithalten kann und alles machen kann was eine Firma mit entsprechendem Maschinenpark auch kann.

Und wenn man kein Universalgerät (eierlegende Wollmilchsau) bauen will sondern sagt ein 3D-Drucker wie beim Rep-Rap.
Eine Platinenbohr-/fräsmaschine als karthesisches Portal und einen 5 oder 6-Achs Arm, dann wird es einfacher, da jedes einzelne Gerät auf eine Sache spezialisiert ist und man damit einfacher und billiger Bauen kann.

[Bernd_Stein]

Ich habe mir erstmal den hier zu gelegt :

https://www.roboternetz.de/community/threads/70749-CRS-Robotics-A255-Roboterarm?p=637606&viewfull=1#post637606


Bernd_Stein