Roboterarm

[Scream]

Hallo,
ich habe vor einen 3 Achs-Arm zu entwickeln.
Nach längerem recherhieren bin ich noch zu keinem wirklichen Ergebnis gekommen, welcher Motor am besten für mein Vorhaben geeignet ist.
Ein paar Daten zu dem Projekt:
- Gesamtarmlänge soll 65cm betragen.
- Es soll ein Gewicht von 2kg gehalten werden können.
- Die Positionierung des Arms an einen Punkt sollte 0,5cm nicht überschreiten.

Mir ist bewusst dass dies ein sehr kostspieliges Projekt ist.
Ich bin mir nicht sicher ob Servos in diesem Bereich über genügend Genauigkeit verfügen können.
Oder sind hier Schrittmotoren die bessere Wahl?
Kennt jemand ähnliche Projekte?

Vielen Dank für die Unterstützung.

Scream

[ranke]

Wenn es um die üblichen Modellbauservos geht, wird das schon am mangelnden Drehmoment scheitern. Wenn es um industrielle Servoantriebe geht, damit ist so etwas machbar.
Vorschlag: Du skizzierst die Kinematik Deines Vorhabens und rechnest in verschiedenen Stellungen die notwendigen Haltemomente in den Gelenken, sowie die zulässige Winkeltoleranz um die geforderte Genauigkeit zu erreichen. Eigengewichte der Armteile musst Du erstmal schätzen. Dann hast Du die notwendigen Daten und kannst Dich auf die Suche nach verfügbaren Antrieben machen.

[Scream]

Vielen Dank für deine Antwort.
Aber zu was würde mir man den in diesem Vorhaben grundsätzlich raten? Schrittmotoren oder Idustrie-Servos? Das beeinflusst ja auch maßgeblich meine Skizze. Worin liegen die Vor und Nachteile zwischen Servos und Schrittmotoren in diesem Kräftesegment? Auf die Geschwindigkeit kommt es in diesem Projekt nicht wirklich an...

Gibt es auch Online-Shops für Motoren dieser Größenordnung?

[Joe23]

Hallo Sream,

Modellbauservos kannst du in dieser Klasse in die Tonne treten -> Nur für Ameteurroboter geeignet.
65cm lang, 2 Kg Traglast, 0,5 cm Genauigkeit, das ist schon ne Hausnummer.

Könnte mir folgende Varianten vorstellen:

1. Schrittmotor
2. DC-Servomotor
3. AC-Servomotor
Alle drei Varianten NUR!!! mit Zusatzgetriebe.

In dieser Leistungsklasse (Traglast, Auflösung, langsame Geschwindigkeit) gibt nur einen Unterschied, der PREIS! Daher ganz klar -> Schrittmotor mit Planetengetriebe.

Ansonsten gibt es noch alternative Gesichtspunkte, ich werfe mal folgende in den Raum:

- Spannung DC oder AC
- Optionaler Encoder/Resolver
- Haltebremse bei Spannungsausfall
- Steuerung (open loop, closed loop, sollwert oder takt, richtung, welche Schnittstelle)
- Referenzierung des Systems (Endschalter)

Wenn Geld keine Rolle spielt, kann ich alle Optionen miteinander kombinieren. Einen DC-Sevomotor bekomme ich standartmäßig mit Inkrementalgeber. Alternativ bekommen ich auch einen Schrittmotor mit zusätzlichem Encoder und Haltebremse (mit Steuerung Takt Richtung oder als closed loop mit Sollwertvorgabe)

Da hast du freie Auswahl.

Interessant wird es nur, wenn die Traglast, Genauigkeit und Geschwindigkeitsanforderungen nach oben geht. Da setzt sich am Schluss der AC-Servomotor durch. Aber in deinem Fall wäre das mit Kanonen auf Spatzen geschossen.

Gruß

[Joe23]

Hallo Scream,

anbei ein nettes Beispiel, was man aus Schrittmotoren alles rausholen kann:

http://www.youtube.com/watch?v=t7cGbLSnN78

Der Roboter dürfte schon deutlich über deinen Anforderungen liegen.

Als Lowcost-Variante ohne Bremse und Encoder, steuerung über Parallelport mit Takt und Richtung.

Gruß

[akirahugo]

da ich vor dem ähnlichen Problem zwischen Schrittmotoren und Servomotoren stehe, wo liegt der Unterschied in der Genauigkeit?
Und wie sieht das bei Schrittmotoren aus, wenn wen der Roboterarm z.B. einen Stoß von außen bekommt oder irgendwo kurz anstößt, ist die Genauigkeit dann hin oder gibt es hier auch einfach die Möglichkeit einen Positionsgeber an den Motor zu machen?
Wenn der Vorteil des Schrittmotors nur im Preis liegt, wo liegen dann genau die Vorteile der Servomotoren.

[Joe23]

Hallo,

die ganzen beschriebenen Punkte kann man nicht so leicht über einen Kamm scheren.

Der Bezug auf den Schrittmotor als erste Wahl bei diesem Projekt gilt hier für die geforderten Leistungsangaben von Scream.

Sind die geforderten Daten anders, kann auch der Schrittmotor die schlechtere Wahl sein...so viel mal dazu!

Genauigkeit von Schrittmotoren?

Diese können mechanisch bedingt im Vergleich zu Servomotoren (DC oder AC) selbst im Mikroschrittbetrieb weniger Positionen genau auflösen. Die erzielbare Gesamtauflösung hängt aber von dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes (somit auch der Geschwindigkeit) sowie des Umkehrspiels ab.

Beispiel: Ein Schrittmotor mach mit Halbschritt 400 Steps / Umdrehung. Das entspricht einer mechanischen Auflösung von 360 Grad / 400 = 0,9 Grad. Bei einer Untersetzung von 1:100 macht das dann eine Auflösung von 0,9 Grad / 100 = 0,009 Grad. Diese kannst du aber real blos ausnutzen, wenn den Umkehrspiel deines Getriebes (da wirds unter 12 arcmin recht teuer) auch kleiner ist. Auf der anderen Seite musst du dich dann fragen, ober der Schrittmotor mit der Untersetzung von 1:100 noch die gewünschte Geschwindigkeit erreichen kann.

Thema externe Krafteinwirkung:

Im einfachsten Fall wird ein Schrittmotor mit Takt/Richtungssignalen angesteuert. Als Low-Cost-Variante ohne zusätzliche Encoder. Wenn hier nun ein externer Impuls auf den Roboterarm kommt, der über das Haltemoment des Schrittmotors hinaus geht, verliert dieser einen Schritt und die Position stimmt nicht mehr. Anschließend muss der Roboter dann neu referenziert werden.

Ein Servomotor hat seinen Encoder und einen Positionsregler, bei Abweichungen durch eine externe Kraft ändert sich der Ist-Wert der Achse und der Roboter regelt automatisch wieder zurück. Voraussetzung ist hier, das nicht der Antrieb verstellt ist (z.B. Zahriemenrad ist auf der Welle ein bisschen "Durchgerutscht").

Wenn diese Funktion erfoderlich ist, dann kann um das System zu vergleichen nur ein Schrittmotor mit zusätzlichem Encoder verwendet werden. Vorrausetzung ist auch hier dann ein Close-Loop-Regelsystem, um auch den Schrittmotor nachzuregeln.

Zum Thema Preis:

Am attraktivsten ist sicherlich der Schrittmotor ohne Encoder mit einfacher Ansteuerung. Wenn ein optionaler Encoder gewünscht ist (macht bei Systemem mit hoher Kraft und/oder Dynamik sinn), dann wird das natürlich auch teuerer. Preislich aber immer noch unter dem Servomotor.

Vorteile der Servomotoren:

- Stufenlose Regelung möglich (kleinere Resonanzen in der Mechanik)
- Konstantere Drehmomentkennlinie über den Drehzahlbereich
- Höhere Drehzahlen
- Besserer Wirkungsgrad bei hohen Leistungen

Gruß

[akirahugo]

Auf der anderen Seite musst du dich dann fragen, ober der Schrittmotor mit der Untersetzung von 1:100 noch die gewünschte Geschwindigkeit erreichen kann.

Ich befürchte das könnte bei mir das Problem sein, da ich gern mindestens ein Drehmoment von 40Nm bei einer Drehzahl von 50 1/min haben möchte. Dazu habe ich auch schon gesehen, das Schrittmotoren, im Gegensatz zu Servomotoren relativ niedrige Drehzahlen fahren und dazu noch eine ziemlich steile Drehzahl-Drehmomenten-Kennlinie haben. Ich brauch bei diesen Werten zwar wohl auf jeden Fall ein Getriebe, aber wie schon erwähnt könnten die meisten Schrittmotoren dann mit passender Drehmomentenuntersetzung einfach zu langsam sein. Hat da jemand Erfahrung mit Schrittmotoren in dieser Größenklasse?

@Scream: hast du mal ausgerechnet, was du mit Gewichten der Arme und ähnlichen ungefähr an Drehmoment brauchst?

[Robo2004]

Die Richtige Antwort ist, du brauchst einen Servomotor.
Da aber diese Motoren sehr teuer sind, kann man quasi die Funktionalität des Servomotor mit einen
Schrittmotor + Encoder + Getriebe + Steuerlogik günstiger nachbauen.
Es ist also einfach nur eine Frage des Preises.