Oktopod Projekt

[HannoHupmann]

@robin wollte gerade vorschlagen sich mal bei Hobbyking umzusehen, die haben ganz gute Servos in Angebot. Keine Sorge übrigens wegen China, die Lieferung klappt ausgezeichnet (dauert nur sehr lange) und man muss meistens noch Zollgebühren bezahlen. Die Zöllner sind aber Sendungen von der Firma schon gewohnt und sind daher sehr unkompliziert.


Die Geschwindigkeit ist übrigens auch nicht zu verachten, nur sehe ich einfach, dass man für den Preis der Dynamixel Servos auch sehr gutes Material aus dem Modellbau bekommt. Übrigens ist es auch nicht zwingend Notwendig im jedem Gelenk die gleichen, teuren, Servos zu verbauen. Ich habe immer mit einem Mix gearbeitet, denn Hüfte und Knie brauchen einfach deutlich weniger Drehmoment und es wäre völlige Verschwendung in der Hüfte einen Servo mit 310Ncm einzubauen!

In der Regel wird Treppensteigen genauso auf die Schulterservos gehen, alles andere macht wenig Sinn. Jedoch könnte durch die Schräglage eine größere Belastung auf die Hüftservos entstehen, so dass man hier vielleicht doch ein paar Ncm spendieren muss. Ich würde das Design so auslegen, dass ich ohne Probleme Servos durch stärkere / schwächere austauschen kann. So kann man real testen, welche Drehmomente werden benötigt. Ausrechnen kann und sollte man es sich vorher natürlich auch. Die Gewichtskraft wird dann eben im Winkel der Treppe auf den Hüftservo einwirken.

Da ich schon Schuld bin :-D schlage ich vor die Waage heraus zu kramen und wirklich jedes Teil auf die Waage zu legen und bezüglich seines Gewichts zu optimieren. Leider sind Hexas ähnlich wie Flugzeuge, jedes g zählt am Ende. Die wirklich guten Hexas die ich bisher kenne (Micromagic) sind gnadenlose Leichtbau-Roboter.

[LeeMajors]

Ich glaube nicht, dass ihr es schafft mich noch von Modellbau-Servos zu überzeugen. Ich seh das genau anders herum. Für die Kohle einer ordentlichen Modellbau-Servos bekomme ich schon fast ein richtiges Robot-Servo und habe da alle Möglichkeiten.
Verschiedene Servos werde ich daher auch nicht einbauen, denn bei den Dynamixels würde das bedeuten, dass ich 4S und 3S Versorgungsspannung brauche, was auch wieder Probleme machen dürfte.

Auch beim Gewicht sehe ich keinen Vorteil statt 4S 3S einzusetzen. Grundsätzlich ist ein 4S Akku natürlich bei gleichen mA schwerer, aber es kommt eben auch mehr raus. D.h. unter dem Strich ist das Gewicht bei vielleicht 2 4S Akkus so wie bei 3 3S Akkus. Es wird bei 4S Akkus aber auch weniger Strom fließen. Und nur weil ein Servo mehr Kraft hat, muss es davon ja keinen Gebrauch machen.

Zum Thema Treppensteigen: Ab einer bestimmten Steighöhe muss die "Laufart" geändert werden. D.h. es wird nur noch maximal 1 Bein angehoben, 5 bleiben auf dem Boden und halten. Erst kommen die vorderen 2 Beine. Erst bei den mittleren Beinen müsste der Schwerpunkt noch oben und vorne übertragen werden, so dass nicht zu viel Gewicht auf den verbleibenden hinteren Beinen ist. Die werden am Ende nachgezogen. ...aber bis zum Treppensteigen- und runterlaufen fließt noch viel Wasser die Wupper runter. Vielleicht bin ich dann auch schon bei meinem E-Muster... :-x

[robin]

Das Treppensteigen ist aber genau der Knackpunkt beim Auslege deiner Servos. Im schlimmsten Fall liegt die Komplette Hangabtriebkraft (sin(alpha)*F) auf einem Bein, weil alle anderen rutschen.

Zu 100% verhindern, dass mal ein Bein keine Haftung hat, kannst du nicht, also musst du bei der Auslegung der Servos schon von vorne herein vom Schlimmsten ausgeben. Ansonsten stirbt dir später ein Bein nach dem anderen


Zum thema Modellbau Servos:
Was ist denn da der große Unterschied zu roboter Servos? Gut, bei den Dynamixel hast du noch feedback über strom und Winkel, aber der sollte bei guten Servos mit den ihm geseneten Daten sowieso übereinstimmen.

Die Hitec und Dynamixel hätten Gegenlager, der Robbe wiederum nicht.

Was bliebt also noch? Langlebigkeit? Da können dir alle nach 5Minuten oder erst nach Jahren kaputt gehen.

[LeeMajors]

Hitec hatte Gegenlager, die werden aber nicht mehr produziert.
Daraus folgt: extremes Gebastel - s. Seite 3 des Threads.

Du kannst bei den Dynamixels außerdem noch die Kraft einstellen, von 100-0%. D.h. völliger Freilauf.
Und - ob der Winkel mit dem angeforderten Winkel übereinstimmt, hängt ganz von der Geschwindigkeit ab, mit der sich das Servo bewegt und seine Endposition erreicht.
Du könntest z.B. das Servo auf 50% Kraft stellen, was im normalen Betrieb evtl. ausreicht. Wenn das Bein dann irgendwo hängenbleibt, kann man dies dann auslesen. Bei einem RC-Servo würde die Software einfach davon ausgehen, dass das Bein dahin gegangen ist, wo man es hingeschickt hat. Im besten Falle würde sich das Servo abschalten, bevor es durchbrennt, aber auch dazu gibt es kein Feedback.

Mit den Dynamixels könnte man z.B. auch in bestimmten Situationen in bestimmten Gelenken die Kraft auf 0 setzen. Wenn z.B. das Bein wieder gesenkt wird. In dem Moment, wo es den Boden berührt, würde es stehen bleiben. Man könnte diese Position auslesen und die Position halten.

...oder man könnte auf einfache Weise dem Bot bestimmte Bewegungen "zeigen", in dem man einfach eine Bewegung im Freilauf trackt.

Die Teile sind außerdem 360° Servos und damit sind auch wieder mehr Sachen möglich, bzw. werden vereinfacht.

[HannoHupmann]

Klassischer Fehler bei Beinen mit Sensoren die den Bodenkontakt erkennen können. Die Bewegung wird gestoppt in dem Moment, wo Bodenkontakt erreicht wird. Der Körper wird dann nicht vom Boden weg gedrückt und der Roboter wird immer tiefer gehen. Es muss nach dem Bodenkontakt eine Gegenkraft aufgebracht werden, damit der Roboter nicht einsinkt. Diese kann je nach Lage des Körpers unterschiedlich sein. Das nur mal so am Rande erwähnt, denn im Moment ist es völlig uninteressant.

Die Rückmeldung der Position ist ein nicht zu verachtendes Feature, denn damit lässt sich ein PID Regler für die Soll-Ist Position aufbauen und eine sehr viel genauere Ansteuerung realisieren (so genug Rechenpower vorhanden ist um das schnell genug zu machen).

Beim Treppensteigen fürchte ich kommen ganz andere Anforderungen zum tragen, allerdings würde ich diese erst mal außen vor lassen und mich darauf beschränken überhaupt zu laufen. Ansonsten empfehle ich sich ganz genau zu überlegen (Schritt bei Schritt und Bewegung bei Bewegung) wie der Roboter die Treppe hinauf "geht". Am besten wäre es natürlich das ganze zu simulieren, doch dafür fehlen vermutlich die Möglichkeiten.

Ehrlich gesagt versteh ich nicht, was es bringen soll mit weniger Kraft zu fahren, denn der Roboter wird immer das an Kraft nehmen, was er braucht um die Bewegung auszuführen. Warum also künstlich beschränken?

[LeeMajors]

Dass nach dem erkannten Bodenkontakt gegengesteuert werden muss, ist klar.

Ansonsten zur Kraft: Überlege doch mal, wie du dich bewegst. Du läufst auch nicht permanent mit voll angespannten Muskeln durch die Gegend. Stell dir vor, du stolperst über eine Stufe. Wenn du da mit ganzer Kraft deinen Fuß vorhaust, wird das mächtig weh tun. Übertragen auf den Robot - er wird evtl. mechanischen Schaden nehmen. Oder du richtest dich auf, mit vollster Kraft und knallst mit der Birne unter die Decke, weil die niedriger war, als erwartet...

Man könnte beim gehen die Kraft individuell und dynamisch einstellen. Hebt der Bot das Bein, dann ist nicht so viel Kraft nötig, beim senken noch weniger, bei tragender Funktion ist viel Kraft nötig. Falls die voraussichtlich nötige Kraft nicht reicht, stimmt etwas nicht und die Software kann entscheiden, mehr Kraft zu benutzen, oder lieber ein Hindernis anzunehmen, um das man herum muss.

[Geistesblitz]

Naja, aber das macht ja deine Positionsregelung schon automatisch. Ich glaub, da verstehst du noch etwas ein wenig falsch: bei unseren Armen und Beinen sind die Muskeln gegenläufig angeordnet, wenn man beide Seiten gleichzeitig anspannt, bewegt sich das jeweilige Gelenk nicht, aber hat halt ein wesentlich steiferes Verhalten.

Beim Servo ist das anders, wenn du da mehr Drehmoment einstellst, dann bewegt sich der Servo auch entsprechend. Die Regelung sorgt dann dafür, dass in der jeweiligen Position das Drehmoment so groß ist, wie es sein muss, um in dieser Stellung zu verharren. Von daher brauchst du da nichts einstellen, das sollte die Regelung eigentlich automatisch übernehmen.

[LeeMajors]

Ok, der Muskelvergleich hinkt etwas. Trotzdem wäre es doch so, dass das Servo bei größerem Drehmoment einem Hindernis stärker entgegenwirkt als es vielleicht sein müsste. Ich möchte ja, dass das Servo eben nicht in einer bestimmten Stellung verharrt, oder diese anfährt, wenn der Widerstand höher ist, als er sein dürfte. ...oder denke ich da falsch?

Ansonsten hat paradoxer Weise der Servo Umbau vermutlich geklappt. Ich habs zwar nur mit einem Servo ausprobiert, welches ich schon geschrottet hatte, aber die Achsen & Aussparungen scheinen zu stimmen.
(Ich hab mal 2 verschiedene Materialien ausprobiert.)

Bild hier  

Bild hier  

[Geistesblitz]

Vereinfacht gesagt funktioniert so eine Regelung ja so, dass das Drehmoment größer wird, wenn von der Sollposition abgewichen wird. Wenn der Hexapod jetzt also steht, wirkt ein relativ konstantes Drehmoment auf die Servos (lässt sich über Masse, Erdbeschleunigung und Hebellänge ausrechnen), wodurch der Servo so weit ausgelenkt wird, bis das Drehmoment so groß ist, dass es der Gewichtskraft genau entgegenwirkt. Diese Auslenkung lässt sich auch noch durch regelungstechnische Tricks (zB. I-Anteil) ausschalten, aber ansonsten dürfte sich immer etwa so viel Drehmoment einstellen, wie gerade gebraucht wird. Das gilt allerdings auch nur, solange man in der Begrenzung bleibt. Das Drehmoment ist ja proportional zum Motorstrom und dieser hängt im Stillstand auch nur vom Wicklungswiderstand ab, sodass sich dann ein von der Versorgungsspannung abhängiger Höchstwert ergibt. Fordert man mehr vom Servo, gibt er nach (was gerne auch mal einen Schaden am Servo mit sich zieht). Ich denke mal, dass die Drehmomentvorgabe am Servo so gedacht ist, dass man dieses Drehmoment direkt steuern kann und die Regelung extern aufbaut. Du denkst wahrscheinlich eher, dass sich der Servo bei einer höheren Drehmomentvorgabe steifer verhalten würde, aber das würde man eigentlich eher erreichen, indem man die Reglerparameter verändert.

[LeeMajors]

Im Manual steht folgendes:
Max Torque It is the torque value of maximum output. 0 to 1023 (0x3FF) can be used. The value set to ‘0’ means the Free Run state without torque.

Das hört sich für mich in der Tat so an, dass man quasi die Steifigkeit ändert. Und außerdem impliziert der Satz für mich auch, dass das Servo keinen Schaden nimmt, falls man stärker dreht, als die maximale Torque Einstellung, denn sonst hätte eine Einstellung von z.B. 5% Torque ja keinen Sinn.

Ebenso steht bei den Marketing Facts:
Elasticity Setting It can set up the extent of elasticity when controlling position with Compliance Driving.

Hast du (oder sonst wer) schon mal mit einem Dynamixel-Servo gearbeitet? Sonst theoretisieren wir hier beide nur herum