2-Achsen rotatorisches Gelenk

[mkrug]

Hallo,

erstmal bin ich mir nicht sicher ob ich in diesem Forum richtig bin. Bei Bedarf mich bitte einfach verschieben.

Ich bin auf der Suche nach folgendem:

• 2-achsige rotatorische Aufname für einen ca 1,2kg schweren Sensor (kein Tippfehler es handelt sich um einen speziellen LIDAR Sensor)
• Da ich bis ca 200m messen möchte muss ich den Sensor ziemlich genau positionieren können. Konkret sollte ich ihn in beiden Achsen mit 0,1° Genauigkeit verdrehen können
• Stellgeschwindigkeit spielt vorest kein Rolle - kann also ruhig langsam gehen, wobei das bei den kleinen Winkel wahrscheinlich eh unerheblich ist
• In beiden Achsen brauch ich ca +/- 5° Verstellwinkel
• Das ganze sollte noch relativ robust gegen Umwelteinflüsse sein. Also so 0-50°C und zumindest Spritzwasserfest
• Die Wiederholgenauigkeit muss sehr hoch sein. Idealerweise bei 0,01°
• Eine Anzeige über die beiden Winkel sollte auf ein kleines Display zu führen sein. Einzustellen soll der Winkel über irgendetwas einfaches (Tippschalter, RS232 Schnittstelle, ...)

Nach einer kürzeren Recherche bin ich auf kein fertiges Modul gestossen das das so kann. Grundsätzlich wäre das aber immer noch der von mir bevorzugte Weg - solange er bezahlbar bleibt.
Ich hab mir jetzt auch schonmal bei so Firmen wie Maxon oder Faulhaber die Antriebe und Steuereinheiten angesehen. Evtl wäre das was zu machen mit einem stark untersetzten Motor und einer Steuereinheit die die Anzahl der Pulse als Verstellweg Sollwert annehmen kann. Direkt angetriebene Motoren bringen wohl die Genauigkeit nicht. Zumindest hab ich noch nichts im Bereich 30000 Impulse/Umdrehung gefunden. Allerdings haben die Getriebe wohl immer ein erkennbares Spiel. Somit bin ich mir auch nicht sicher ob der Weg überhaupt so funktionieren kann. Vielleicht alles gegen eine Feder einstellen und dann immer 'von unten' die gewünschte Position einstellen. Hat damit jemand Erfahrung?
Tja und zu guter letzt bräuchte ich noch ein 2-achsiges rotatorisches Gelenk. Ich kann zwar durchaus so eine klassische Konstruktion übernehmen wie man sie von Kameraschwenkköpfen etc kennt (also im Prinzip zwei hintereinander montierte rotatorische Gelenke) aber vielleicht gibt es ja auch noch etwas kompakteres (Kugelgelenk?).
Vielleicht lässt sich das ganze auch nur über eine Regelung realisieren. Sprich ich messe den Winkel und verstelle solange an dem jeweiligen Motor bis der gewünschte Winkel sich eingestellt hat. Damit müsste sich das Getriebespiel relativ gut in Griff kriegen lassen.

Bin für jeden Hinweis dankbar.

Viele Grüße
Markus

[MisterMou]

Was die Aufhängung angeht, hätte ich einen Vorschlag: Kardanische Aufhängung
So werden auch nur "kleine" Motoren benötigt, weil sich der Schwerpunkt der Masse in Flucht zu den Achsen der Lagerung befindet.
Als Motoren könnte man dann vernünftige Servos nehmen und ihnen eine neue Steuerung verpassen.

[mkrug]

Danke für die Antwort. Das mit dem kardanischen Gelenk hatte ich noch nicht im Auge. Da ich nur relativ kleine Verstellwinkel brauche könnte das eine gute Lösung sein ohne zuviel Bauraum zu benötigen. Gibt es umgebaute Servos die im Bereich 0,1° ansteuerbar sind ?

Viele Grüße
Markus

[MisterMou]

Ich kenne nur ein Umbauset, dass man kaufen kann. Vielleicht werden auch ganze Servos angeboten. So landest du aber nur bei einer Wiederholgenauigkeit von knappen 0,1°, zu wenig laut deinen Anforderungen.
http://letsmakerobots.com/node/18615
Aber in der Industrie muss es doch Motoren samt Getriebe und Steuerung geben, die genau genug sind.
An dieser Stelle sollte auch mal recherchiert werden, wie digitale Winkelmesser arbeiten, die auf einige Stellen nach dem Komma genau sind.
Zum Beispiel
Nagut, so genau ist der auch wieder nicht

[ranke]

"Kardanische Aufhängung" war schon das richtige Stichwort. Sie erlaubt die Drehung der Geräteaufnahme um genau 2 Achsen. Ein handelsübliches Kardangelenk für Antriebszwecke (z.B. von Mädler) hat wahrscheinlich zuviel Spiel, es wäre wahrscheinlich besser wenn man sich etwas mit größerem Stützabstand der Lager sucht oder selbst konstruiert.
Zur Verstellung würde ich Linearaktuatoren vorschlagen, die man mit je 2 Kugelgelenken zwischen Grundplatte und Geräteaufnahme anbringt. Bei einem angenommenen Abstand des Aktuators von der Schwenkachse von 200mm ergibt sich für die 10° Verstellwinkel ein Verfahrweg von ca. 35mm, die Positioniergenauigkeit von 0,1° erfordert eine Positionierung auf 0,35mm. Das sieht machbar aus, z.B. damit.

[wilhelml]

Zitat: Die Wiederholgenauigkeit muss sehr hoch sein. Idealerweise bei 0,01°.

Das hoert sich nach einer Aufgabe fuer Profis an.

Zitat: Vielleicht alles gegen eine Feder einstellen und dann immer 'von unten' die gewünschte Position einstellen .

Genau das ist eine beliebte und bewaehrte Methode wenn Zeit keine Rolle spielt.

Falls der kardanische Ansatz wegen der Spielprobleme nicht zielfuehrend ist, wuerde ich mal ueber einen lagerlosen Ansatz nachdenken. Du brauchst ja nur 10 Grad Rotation , das aber vermutlich im Dauereinsatz.Da kaemen dann auch schnell Verschleisssprobleme hinzu.

Eventuell kann man da die Lager durch (Blatt)federn ersetzen, leider steigt dann der Energieaufwand, dafuer gibt es dann fast keine Spiel- oder Verschleissprobleme.
Die leichte Positionsverschiebung, spielt bei der Anwendung vermutlich noch keine Rolle.

gruss
wilhelm