Schrittmotoren / Endlos Servo? Mecanumräder?

[SGH pRO.BOTICS]

Hallo!

Wir sind eine Gruppe Schüler und arbeiten seit einiger Zeit an einem Projekt, für dass wir zunächst ein Fahrzeug bauen wollen.
Da wir bisher noch kein Fahrzeug komplett selbst gebaut haben, ist es möglich, dass manche Fragen ziemlich dumm sind.
Jedenfalls wird das Fahrzeug ein Raspberry Pi und die Kamera dazu haben, welches die Bilddaten über WLAN an einen Computer schickt.
Ein Arduino board - vermutlich Mega - wird vom Raspberry Pi als Slave gesteuert, um Motoren und "einfachere" Sensoren zu steuern, weil das Arduino board schneller auf seine Pins zugreifen kann.
Das ganze sollte dann 1 Kg wiegen.

Schwierigkeiten haben wir aber bei der Wahl der Motoren - Wir müssen die Position der Motoren genau kennen, da wir auch durchaus einige Meter durch "blindes Fahren" wieder zurückzufinden wollen, sodass das Fahrzeug nur wenige cm daneben liegt. Wir dachten eigentlich an endlos Servomotoren - aber wir haben nur einen überteuerten Faulhaber gefunden!
Eigentlich sollte es ja Getriebemotoren geben, die einen eingebauten Tachogenerator / Encoder haben, so ähnlich wie die beim Lego NXT!
Kennt jemand einen solchen Getriebemotor, mit etwa 200 RPM ?
Natürlich könnte man, wie ich hier bereits gelesen habe, einen herkömmlichen Getriebemotor mit einer Gabellichtschranke versehen, aber wir konnten bisher keinen passenden Getriebemotor finden, den man aufschrauben und nahe dem Motor umbauen kann. (RC Motoren drehen ja nie schneller als 70 RPM, was sie leider ungeeignet macht!)

Alternativ kam uns die Idee mit Schrittmotoren, welche sich sogar für kleines Geld mit einem passenden Arduino Schrittmotor Shield ansteuern lassen, aber geht das?
Sind Schrittmotoren sparsam genug, dass man ohne überdimensionierte Akkus damit eine Stunde lang das Fahrzeug bewegen kann?
Unter geringer Belastung oder Drehzahl benötigen sie schließlich deutlich mehr Strom als ein Getriebemotor!

Ein weiteres Problem sind die Räder; wir möchten mit Omniwheels oder Mecanum Rädern arbeiten.
Bei den Mecanum Rädern frage ich mich, ob die genau genug sind.
In Videos mit ferngesteuerten Fahrzeugen sieht das immer so aus, als würde da sehr viel Genauigkeit verloren gehen!

Danke im voraus,

die SGH pRO.BOTICS

[PsiQ]

Nehmt Schrittmotoren und achtet darauf, keine schritte "zu verlieren".
Oder Servos + Laufzeit messen.

Getriebemotor mit Hallgeber / Position:
Ich habe diesen Motor mal für eine Jalousiesteuerung genutzt (Mit Siemens LOGO! 0BA7, Signalfrequenz beachten !).
Blockierschutz und Endabschaltung habe ich über die Drehzahl überwacht.

Beispiel Getriebemotor mit 2 Hallsensoren:
http://www.conrad.de/ce/de/product/198615/

Das wollt ihr aber glaub nicht zahlen...


Alternativ:
Gehackter Servo + Laufzeit bei 5V ergibt auch Umdrehungen = Strecke.

Es gibt wirklich DICKE Servos für 25Euro, mit Kraft + Metallgetriebe, sogar bei Conrad.
(separat die 5V + gnd anlegen, extra zum Signal)

Vorteil wäre, die H-Brücke ist schon mit drin.
http://www.electronicsplanet.ch/Robo...ing/dchack.htm

http://www.conrad.de/ce/de/product/275098/


Ihr braucht keine Omniwheels, wenn euer Gerät auf der Stelle drehen kann(darf) wie ein Panzer, und ihrs evtl sogar rund baut, das man vorne hinten seiten nicht unterscheiden kann...
dafür reichen 2 Servos + 2 freidrehende räder, alle starr montiert.
In Kurven wirds dadurch aber langsamer, da das kurveninnere Rad langsamer, stehend oder entgegengesetzt drehen muss.

[Manf]

Ein Beispiel für einen Motor mit Impulsgeber und 200Upm gibt es hier.
https://www.roboternetz.de/motoruebersicht.html "EMG30 Getriebemotor mit eingebautem Impulsgeber".
Nach Impulsgebern zu navigieren um zum Ausgangsort zurückzufinden ist allgemein etwas unsicherer als erwartet.
Oft spielt der Boden mit Unebenheiten, Staub oder Feuchtigkeit nicht mit.

[malthy]

Hallo!

Ich habe mittlerweile auch mehrfach Schrittmotoren zum Antrieb von Robotern eingesetzt - von klein bis groß. Für meinen Geschmack lässt sich das grundsätzlich gut machen, solange man -wie PsiQ schon schreibt - im Arbeitsbereich bleibt und dementsprechend keine Schritte verliert. Für meine Begriffe ist es dann ein großer Vorteil, dass man keine Encoder braucht - zumindest nicht zwingend. Aber auch bei Schrittmotoren wird sinnvoll sein, Getriebe einzusetzen, sonst resultiert ein eher ungünstiges Verhältnis von Drehzahl zu Drehmoment. Manchmal findet man Schrittmotoren mit Getriebe als Restposten (zB bei Pollin, diese hier sind leider schon ausverkauft), ansonsten sind die Aufsatzgetriebe idR nicht ganz billig. Man kann ein einstufiges Getriebe auch ggf noch selbst aufbauen, dafür ist aber schon ein mindestmaß an handwerklicher Grundausstattung (technisch und mental ) erforderlich. So habe ich das mal mit Komponenten aus geschlachteten Druckern gemacht (jaja, ist nicht ganz optimal mit dem riesigen Ritzel):



Omniwheels kann man nehmen, wenn man sich dafür besonders interessiert. Sie sind flexibler als ein differentieller Antrieb aber haben eben u. U. das Problem, dass die Bodenhaftung nicht all zu gut ist, was dann, wie oben schon angedeutet, zu "unkoordiniertem" Fahrverhalten führen kann. Allerdings hängt das mMn sehr von den verwendeten Rädern ab. Ich habe bisher nur billige Omniwheels verwendet, die dieses Problem hatten. Es gibt vermutlich auch bessere. Wenn ihr euch für schrittmotorbetriebene Omniwheels interessiert, könnt ihr mal bei mir vorbeigucken, ich habe gerade so eine experimentelle Plattform aufgebaut: http://www.mtahlers.de/index.php/robotik/omnivehicle Im Endeffekt funktionierte das mit dem Fahren auf geeigneten Untergründen dann ganz ordentlich.



In den meisten Fällen tut's so ein differentieller Zweiradantrieb aber wohl auch. Der hat u.a. auch den Vorteil, dass die Ansteuerung simpler ist als bei Omniwheels.

Gruß
Malte

[Searcher]

... Man kann ein einstufiges Getriebe auch ggf noch selbst aufbauen, dafür ist aber schon ein mindestmaß an handwerklicher Grundausstattung (technisch und mental ) erforderlich.

Kann ich bestätigen Ich experimentiere auch gerade mit Schrittmotoren. Da meine Motore und Treiber nicht für den Einsatzzweck optimiert sind, machen sich die Eigenschaften überdeutlich bemerkbar.

Ein Problem ist Traktion der Räder auf dem Untergrund. Werden die Motore mit einfachem Rechteckstrom angesteuert, rutschen die Räder.

Mikroschritt habe ich noch nicht praktisch ausprobiert, scheint aber für einen guten Antrieb des Bots mit Schrittmotoren ein Muß zu sein.

Im Augenblick versuche ich das durch mechanische Maßnahmen zu minimieren.

Gruß
Searcher

[malthy]

Mikroschritt habe ich noch nicht praktisch ausprobiert, scheint aber für einen guten Antrieb des Bots mit Schrittmotoren ein Muß zu sein.

Je langsamer der Motor dreht, je größer sind die Vorteile von Mikroschritt. Wenn der Motor nur im oberen Drehzahlbereich betrieben wird, ist Mikroschritt u. U. verzichtbar bzw man kommt leidlich mit Halbschritt-Betrieb hin. Ansonsten würde ich empfehlen, einen einigermaßen modernen Treiber zu verwenden (nicht L297/298 ), dann hat man idR 1/16 Micorstepping auch einfach dabei.

Gruß
Malte

[PICture]

Hallo!

@ malthy

Ich habe "dumme" Frage über Microstepping: könnte man dafür einfach einen entsprechend analog generierten Sinus nehmen ? Mir scheint in dem Fall (Microstepping) ein Stepper glech einem Synchromotor zu sein.

[malthy]

Hallo PICture!

Ich bin kein Schrittmotorexperte, die Experten korrigieren mich bitte wenn ich was übersehe oder Müll erzähle! Aber im Prinzip sollte das gehen. Allerdings braucht man natürlich zwei Sinusse die um 90° versetzt sein müssen. Und dann bleibt die Frage wie man die Signale mit der entsprechenden Leistung erzeugt. Die meisten Stepper-Treiber verwenden dazu ja aus gutem Grund eine PWM, einfach um die Verlustleistung zu minimieren.

Gruß
Malte

P.S.: Ich finde die Frage übrigens garnicht dumm!

[PICture]

@ malthy

Herzlichen Dank für deine Bestätigung, die mir lieber als Doktorarbeit ist.

Mir geht es um mikrigen Getriebestepper (ca. 600 :1) mit ca. 8 mW Leistung als Antrieb vom einfachsten µC gesteuerten Solarspielzeug (SAA = "solar artificial animal").

[SGH pRO.BOTICS]

Danke für die schnellen & ausführlichen Antworten!

Ich würde sagen, dass wir also nochmal nach Getriebemotoren mit Impulsgeber suchen (der oben genannte ist mit 40€ schon eher an der Kostenobergrenze) und wenn wir nicht fündig werden, werden wir (Getriebe-)Schrittmotoren verwenden.

Je langsamer der Motor dreht, je größer sind die Vorteile von Mikroschritt.

Hm.... Wenn das so ist, werden wir wohl ggf. mit Microstepping arbeiten.

Oft spielt der Boden mit Unebenheiten, Staub oder Feuchtigkeit nicht mit.

Wir fahren überwiegend innerhalb des Gebäudes; also meist auf Linoleum. Da sollte es mit den Unebenheiten sehr wenig Probleme geben.

Ihr braucht keine Omniwheels.

Bei uns haben die Omniwheels schon einen sehr großen Vorteil. Der Roboter soll einen unbekannten Raum "kartographieren". Dabei misst er grob mit den Entfernungssensoren die Position von Schränken usw und schickt diese Gemeinsam mit Aufnahmen der Kamera zum Computer. Der kann das ganze dann zu einer Karte zusammensetzen und wir haben auch schon von einer Art Streetview-Funktion geträumt... Jedenfalls ist es dann von großem Vorteil wenn er mit der Kamera zur Seite ausgerichtet fahren kann, ohne sich für jedes Bild drehen zu müssen. Wenn der Roboter überwiegend Aufnahmen macht, die Senkrecht auf die Oberfläche gerichtet sind, können wir die Programme leichter schreiben. Außerdem mach ein Fahrzeug mit Omniwheels mehr her!
Daher Omniwheels.

Jetzt ist die entscheidende Frage:
Hat jemand schon Erfahrungen mit Mecanum Rädern gemacht, sodass er weiß, wie genau diese in der Regel sind?
zB. diese gefallen uns recht gut: http://www.fingertechrobotics.com/pr...mecanum-set-v2

SGH pRO.BOTICS