Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Linear-Servo
Idee
Wie sehr immer wieder die gleichen Anforderungen an mechanische Module gestellt werden das zeigt sich an der Verbreitung von Modellbau-Servos. Es sind preiswerte Module die universell eingesetzt werden. In einer Reihe von Anwendungen ist mit aufgefallen, dass auch Anforderungen an geführte lineare Bewegungen aufkommen, die über Servos nur zum Teil erfüllt werden können.
Anforderungen
Es soll soll eine modulare Plattform linear positioniert werden, ähnlich zu den Kopfpositioniereinheiten von CD Playern, ein bisschen weiter vielleicht und nicht mit dem CD Chassis außen herum. Die Rückmeldung der Position soll analog, wie beim Servo oder inkremental erfolgen. Dadurch sind die Anforderungen umrissen.
Daten
Speziell soll das Gerät wie folgt aussehen:
1) 58-60mm Verstellweg. (Einsatz von linear Potis 58mm)
2) Abmessung : 100mm x 50mm x 25mm (Der Überstand von Komponenten ist erlaubt der den vollen Verstellweg beim Einsatz als Kreuzpositioniereinheit nicht einschränkt)
3) Geschwindigkeit: 20mm/s (Verstellung durch eine M3 Gewindestange mit DC Motor 2400Upm)
4) Aufbau aus preiswertem, leicht verfügbaren, gut verarbeitbarem Material, unter 100g.
5) Montierbarkeit über vier Bohrungen unten und vier M3 Gewindebohrungen oben im Quadrat-Raster 25x25mm.
Stand
Der Aufbau im ersten Durchgang ist fertig, es werden nun Messungen und Optimierungen durchgeführt. Eine Reihe von Konstruktionsdetails werden weiter beschrieben.
Manfred
https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=573
Hallo, Manfred ! Du hast für X (sagen wir mal) einen Inkr.Geber und für Y eine Lin.Pot ? D.h du wirst für X noch einen Referenz-Sensor vorsehen ?
2 saublöde Fragen von einem technischen Dödi :
Wieso nicht 2 x Pot ?
Irgendwie verwirrt mich die Platte oben drauf und das weisse Stangel.
Du hast für X (sagen wir mal) einen Inkr.Geber und für Y eine Lin.Pot ? D.h du wirst für X noch einen Referenz-Sensor vorsehen ?
Das sind die beiden bestückbaren Ausführungs Optionen zur Positionsmeldung. Stimmt der Referenz sensor ist noch nicht eingebaut. Es wird eine dritte Lichtschranke sein.
Irgendwie verwirrt mich die Platte oben drauf und das weisse Stangel.
Man sieht sonst zu wenig. Es ist ungefähr so wie eine offene Motorhaube im Austellungsraum wenn der Kunde besorgt fragt ob der Fahrer denn überhaupt genug sieht beim fahren, weil ja die Haube... und auch der Wind.. #-o
-> Die Führung auf Rundstäben gestattet es, die eine Seite zu lösen und die obere Montageplattform aufzuklappen, (für Wartungseingriffe).
Manfred
I see.
Noch eines: Gewindestangen sind relativ weich. Was für eine Lagerung hast du verwendet bzw. vorgesehen ? Nadel ? Kugel ?
Die Lagerung der Gewindestange ist ein Thema für sich.
Die Gewindestange ist rechts mit zwei Muttern dem Innenteil des Kugellagers fest verschraubt. (oberes Modul Hutmutter)
Sie wird in der Mitte je nach Position des Schlittens durch eine 10mm hohe M3 Mutter geführt über die der Antrieb vorgenommen wird.
Links am Motor ist sie weich gelagert mit der Motorachse verbunden.
Manfred
Für mittlere Belastung/Geschwindigkeit wird das wohl sicher reichen, denk ich. Ist halt garnicht so einfach, im Eisengeschäft eine 3mm Gewindestange zu finden, die wirklich gerade ist.
Na, dann freuen wir uns auf weitere Berichte !
Mechanische Konstruktion
Das Linear-Servo ist aus doppelt kupferkaschierten Expoxydharzplatten aufgebaut. Zwei seitliche Endplatten tragen die 3mm Silberstahlführungsstäbe. Deren Parallelität ist das einzige kritische Maß im ganzen Aufbau. Zur besseren Vorjustierung können die Bohrungen für die Halterungen der Führungsstäbe gemeinsam in die zusammengespannten Endplatten eingebracht werden.
Die Platten lassen sich leicht rechtwinklig zusammenlöten wenn man sie dabei auf rechtwinklige Holzklötzchen legt und die Position nach dem Anbringen erster Lötpunkte überprüft. Das Verlöten der Grundplatte auf beiden Seiten der Rückwand ergibt eine gute Stabilität in der Länge und die rechte und linke Endplatte fixieren den Winkel.
Die Silberstahlstäbe lassen sich über kurze Messinghülsen mit den Endplatten verbinden. Dreht man die Hülsen mit einem Rohrabschneider von einem Messingrohr ab und lässt sie auf der Montageseite konisch dann lassen sie sich gut in den Endplatten zentrieren. Ich habe sie gleich zusammen mit den Stahlstäben eingesetzt und durch Löten vorfixiert. Durch ein Nachlöten am Ende der gesamten Montage könne die Führungen abschließend zusammen mit dem Schlitten nachjustiert werden.
https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=575
Als Gehäuseteil bleibt noch der Schlitten der mit M3 Gewindebohrungen ausgestattet wird. Hierzu werden auf die 4mm Bohrungen Messingmuttern gelegt und zum Verlöten vorübergehend zentrisch (mit Senkkopfschrauben) fixiert.
Als weiteres Einzelteil ist im rechten Bild noch die 100mm lange M3 Gewindestande zu erkennen. Sie trägt den M3 Abstandsbolzen mit dem der Schlitten angetrieben wird. Rechts auf der Stange ist das Kugellager mit 2 Muttern fixiert.
Interessant an diesem Abschnitt war für mich, wie einfach sich die relativ solide Konstruktion zusammensetzen läßt. Am schwierigsten war es, die optimalen Abmessungen auch für unterschiedliche Motorgrößen zu finden. Für die Motorisierung und die Montage des Motors gibt es dann eine recht günstige und sehr praktische Lösung.
Manfred
Vorschlag dazu von mir: Ich würd' die Löcher der Endplatten mit etwas Spiel machen, und vor dem endgültigen festlöten mit einer Lehre prüfen parallel/Abstand/windschief.
Bei dem Zusammenlöten der Platten im rechten Winkel ist schon mal etwas unbeabsichtigter Versatz möglich.
endgültigen festlöten mit einer Lehre prüfen parallel/Abstand/windschief.
abschließend zusammen mit dem Schlitten nachjustiert werden.
Der Vorgang sieht im Detail so aus, das der Schlitten an einem Ende auf der Führung zusammengelötet wird. Danach wird die Lötstelle der Halterung auf der anderen Seite erhitzt und der Schlitten herübergeschoben.
(Self Alignment at ist's best.) O:)
Wenn man es noch raffinierter machen will kann man die Messing- Führungsbuchsen mit dem Rohrabschneider noch durch leichtes Ankerben auf engere Passung bringen und das letzte Zehntel Spiel an der Stelle vertreiben.
Es bleibt natürlich eine relativ effiziente Konstruktion die nur aus billigem Bastelmaterial das Beste macht .
Manfred
Kein Zweifel, ist super und eigentlich einfach.
Bauweise:
Man sollte halt in seine Überlegungen immer einbeziehen, daß ein möglichst genaues Arbeiten auf das Ergebnis einen günstigen Einfluß ausüben kann.
(dreimal abgeschnitten, und noch immer zu kurz)
Hi Manf!
Großes Lob das Ding ist klasse!
Sag mal, wie Stabil ist das Teil? Wie genau ist es? Und wie hoch ist die Weiderhohlgenauigkeit?
Was, wenn du Schrittmotoren nehmen würdest?
Wäre ein längerer Weg denkbar? (evtl. 160*100mm?)
Wisst ihr, auf was ich hinaus will?
Stabil genug schauts schon aus...
Viele liebe Grüße,
Tobi
Die Widerholgenauigkeit ist bedingt durch das Spiel des Antriebs und dem Kraftschluss von einer Montagefläche zur anderen. Vorgesehen war es zur waagerechten Positionierung von Objekten mit bis zu n x 100g ohne Belastung auf eine Wiederhol-Genauigkeit von 0,5mm. (Für einen bestimmten Zweck.) Die erreicht es auch leicht.
Die Nachgiebigkeit bei Belastung (Federkonstante) habe ich noch nicht gemessen.
Meinst Du zum Fräsen? Dafür würde ich lieber einen kleinen Proxxon Kreuztisch als Grundlage nehmen. Nachdenken kann man natürlich.
Manfred
Hi manf!
Das habe ich letztens auf der HAM RADIO gesehen!
Da hat einer einen kleinen PROXXON Frästisch zur CNC-Fräse gemacht.
War sehr cool das Teil!
Was meinst du, wenn man da einen kleinen Proxxon drüberspannen würde, könnte das gehen?
Schrittmoroten?
Viele liebe Grüße,
Tobi
Die Konstruktion ist zunnächst einmal gar nicht dafür ausgelegt, dass es Staub und Spähne regnet. Man müßte sie zumindest vertikal spiegeln damit nicht alles aufgenommen wird.
Fräsen kann mit der Konstruktion dann wohl erst mal eher symbolisch, mit einem Stift oder einer Bürste oder mit Styropor als Werkstoff, wie gesagt, naheliegend ist es nicht weil es nicht vorgesehen war.
Schrittmotoren kann man immer einsetzen, ich habe noch welche aus Diskettenlaufwerken in der Größe die ich schon ausprobiert habe. Damit wird es aber ein ganzes Stück langsamer.
Manfred
Hi Manf!
Hm. Die Spähne könnten echt zum Problem werden!
Es würde mich interessieren, wie das 'Symbolische' Fräsen läuft.
Könntest du vielleicht mal, wenn du Zeit und Muse hast, mit nem Stabilo o.ä. einen Kreis, oder was auch immer einfach zu programmieren ist 'fräsen'?
Das wär SUPER!
(vllt. mehrere Exemplare, dass man sieht, wie genau es ist)
Das wäre echt great, wenn du das machen könntest!!
Viele liebe Grüße,
Tobi
Danke für das Interesse, es läuft zwar unter fertige Projekte, aber die Alternative wäre Ideen und Planungen.
Ich habe es beim derzeitigen Stand hier eingebracht, wenn es auch noch nicht ganz fertig ist. Es sind noch einige Schritte zu machen aber das Zeichnen von Kreisen und ähnlichen Figuren wird sicher zu den weiteren Tests gehören. (Nur eben leider noch nicht ab jetzt.)
Manfred
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Bitte KEINE abgeschlossenen oder fast abgeschlossene Projekte hier posten
Ausgleichskupplung
Wichtig für die Funktion ist, dass der Motor sein Drehmoment gut an die Gewindestange abgibt. Wo und unter welchen Winkel er sich in Bezug auf die Gewindestange befindet ist für die Funktion nicht interessant. Leider ist die Konstruktion einer starren Kupplung aber empfindlich gegenüber Abweichungen. Eine Lösung wäre, die Gewindestange doppelt zu lagern und über einen Riemen mit dem Motor zu verbinden. Zum Thema Ausgleichskupplung gibt es sehr gute Lösungen die aber auch aufwendig sein können.
Es wurde schließlich eine Lösung gewählt, die leicht erneuerbar ist und die die gestellten Anforderungen zum Ausgleich von axialen, lateralen, und angularen Abweichungen bei guter Übertragung des Drehmomentes erfüllt. Dass sie aus Verbrauchsmaterial besteht und ca.1ct kostet, macht sie besonders attraktiv.
Die Lösung ist Silikonschlauch mit ausreichender Wandstärke hier Di=2mm, Da=3mm. Der Schlauch hat eine Torsionssteifigkeit von 10µNm². Das heißt bei einem Lastmoment von 1mNm verdrehen sich 10mm des Schlauchs um den Einheitswinkel, also etwa 60°. Diese Werte sind auch etwa die maximal auftretenden. Der Schlauch kann das 3-fache Moment übertragen ohne zu knicken . (Bild links)
https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=584
Befestigung der Kupplung
Als weiterer Punkt kommt dann noch die Befestigung der Kupplung: Schrumpfen
Die Befestigung wird auf der 2mm Motorachse durch Aufschrumpfen von einem 4mm langen Stück Schrumpfschlauch vorbereitet. Nach Aufstecken des Silikonschlauchs auf die Motorwelle und auf die Gewindestange wird auf jeder Seite noch ein Stück Schrumpfschlauch aufgeschrumpft. (Bild Mitte). Die Befestigung mit Aderendhülsen ist im Prinzip ähnlich, ist aber eher für größere Momente angebracht.
Lagerung der Gewindestange
Etwas schwierig war es, in dieser Aufbautechnik eine Befestigung für das Kugellager zu finden. Das Kugellager (8x3mm mit 4mm Breite) soll auf der rechten Platte befestigt werden. Die Gewindestange soll mit 2 Muttern am inneren Lagerteil fixiert werden, wobei die Muttern sich mit ihrem Durchmesser von 6,2mm frei drehen können. Eigentlich käme auch Aufkleben in Frage.
Es wurde schließlich eine Fassung aus 0,1mm Kupferblech gebörtelt die das Lager knapp umfasst und genügend Platz für die Muttern lässt. Dazu wurde ein 4,5mm Blechsteifen auf das Ende eines 8mm Bohrerschafts gewickelt, zum Ring verlötet, mit einer Zange festgehalten und mit einer zweiten Zange um 0,5mm über das Ende nach innen gebogen. Die einseitig gebörtelte Fassung trägt das Kugellager und ist über einer 7mm Bohrung auf die rechte Platte gelötet. (Bild rechts). Es geht ganz gut, und sieht auch ganz annehmbar aus, mal sehen wie lange es hält.
Es wird später betrachtet, welches Moment für den Antrieb erforderlich ist und welche Motoren dafür geeignet sind.
Manfred
Hallo Manf!
Ich habe auch gerade einen ähnlichen Linearantrieb gebaut. Als Spindel habe ich eine 6mm Gewindestange mit 1mm Steigung pro Umdrehung verwendet. Angetrieben wird diese durch eine Zahnradübersetzung von 1:4 und einen Motor mit 0,4Ncm. Mich würde nun interessieren, wie man(f) die Kraft berechnet., die auf den Schlitten wirkt.
Trennt man zwischen Wirkung und Wirkungsgrad, dann hat man zunächst die Arbeit im rotierenden und im linearen System.
Drehmoment M * Winkel phi ist gleich Kraft F * Weg x
Damit wird F = M * phi / x
Mit M = 16mNm und phi / x = 2 * Pi * 1000 / m
ergibt sich eine Kraft von 100,5 N.
Es ist dann noch mit den Wirkungsgraden der beiden Getriebe zu multiplizieren. Das wird der interessantere Teil.
Manfred
Womit hast du die Leiterplatten geschnitten?
Den Gedanken mit Leiterplatten zu konstruieren hatte ich auch schon mal, scheiterte aber am Zuschnitt. Speziell auch Maßhaltigkeit der 'Bauelemente'.... Die Lötbarkeit und die Verfügbarkeit kupferkaschierter Platten ist eben sehr vielversprechend.
Wie komplett ist deine Werkstatt?
Damit geht das meiste:
http://static.letsbuyit.com/filer/images/de/products/original/27/81/2-tlg-figuren--blechscheren-satz-rechts--linksschneidend_2781897-2781897.png
Längere Schnitte sind natürlich hiermit besser:
http://www.roggensteinelektronik.de/images/Schere.gif
Besonders sauber wird es mit einer kleinen Kreissäge wie mit der von Proxxon mit Hartmetallblatt
http://static.letsbuyit.com/filer/images/de/products/original/96/18/tischkreissage-ks-230-9618446.jpg
und wenn ich mal bei einer Leiterplattenschneidmaschine vorbeikomme dann schneide ich da auch etwas auf Vorrat.
Mit Lineal und Stanley + Geduld geht es auch (a la Fliesen)
Hallo!
@ Manf
Als fast Leie in der Mechanik, möchte ich bloß fragen, ob es eine Verlängerung der Leitungen und Ersetzung des Drehpotis durch Schiebepoti in Servo für kürzere Strecken auch möglich wäre, um das einfacher zum Basteln zu gestalten ?
Die eventuell nötige Verlängerung der Bewegungstrecke lässt sich hoffentlich mit einfachem, entsprechend gelagerten Hebel vergrössern, oder ?
MfG
Ist Deine Frage so gemeint, dass Du die Bewegung mit Modellbauservos ausführen möchest und dazu denen Drehbewegung in eine lineare Bewegung umsetzt?
Das wird ja oft gemacht, einfach mit einem Hebel, wobei die Umsetzung nicht so sehr linear ist.
Es gibt spezielle Hebelanordnungen mit denen die Umsetzung auch linearisiert werden kann. (findet man alles im Roboternetz)
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=26013
https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=1178.....https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/l_sung_.jpg
Hallo Manf!
Schönen Dank für deine rasche und für mich ausreichende Antwort. :)
Genau, das möchte ich womöglich rein elektronisch machen. Ich als Robo-Bastler baue keine genaue Messeinrichtungen und daher brauche ich auch keine sehr gute Linearität. Für mich ist die Einfachkeit am wichtigsten und nur deshalb habe ich gefragt.
MfG
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