Roboterarm bauen

[dealmen]

Hallo,


ich möchte einen Roboterarm mit 5 Gelenken bauen, jetzt bin ich auf der Suche nach Infos.

Hier mal die Eckdaten was ich mir vorstelle.

bis zu 5 Gelenke (Antrieb hab ich mir so etwas vorgestellt Link)
Aktionskreis 1,5m
Gewicht was der Arm stemmen soll 5kg

Was soll er können:
Definierte Bewegungen ausführen
0,5 mm genaue Wiederholung der Bewegungen.
3D Drucken (Möchte einen Extruder montieren)

Infos die mir fehlen:
Benötige ich Servomotoren oder reichen Stepper
Wie wird der Arm referenziert?
Was für einen Controller kann ich benutzen?
Welche Software kann ich nutzen?

Was hab bzw weiß ich:
Habe 3D Drucker und kleine CNC Fräse selber gebaut.
Software Erfahrung Arduino, Linux Mach3 usw.
Bin Elektroniker, habe alle metallbearbeitende Maschinen zur Verfügung (Traub TNA300, FB4)

Danke schon mal in voraus

VG
Hans

[i_make_it]

Hallo,

sportliches Unterfangen.
Arbeitsraum Radius 1,5m.
Handlinggewicht 5kg.
Wiederholgenauigkeit 0,5mm

Wobei 3D-Druck bei 0,5mm Wiederholgenauigkeit ist nicht machbar.
Die Extruderdüsen gehen da von 0,2-0,5mm.
Wenn Du da also bei zweimaligem Anfahren der selben Position 0,5mm daneben liegst, dann sind das 100% bis 250% neben dem Anschlußpunkt der zu druckenden Ebene.
Da kommt dann nur Schrott raus aber keine brauchbaren Teile.

Zu den Motoren. Industrieroboter mit den Daten (5kg, 1,5m) haben üblicherweise Servomotoren.

[oberallgeier]

.. Roboterarm .. Gelenke .. Aktionskreis 1,5m ..0,5 mm genaue Wiederholung der Bewegungen ..

.. sportliches Unterfangen .. Wiederholgenauigkeit 0,5mm ..bei 3D-Druck bei 0,5mm Wiederholgenauigkeit ist .. 100% bis 250% neben dem Anschlußpunkt der zu druckenden Ebene ..

Ich bin mir (wie i_make_it) nicht wirklich sicher, dass Hans beim "Aktionskreis" wirklich den Durchmesser nennt. Aber egal, ich rechne mal nur mit dem Durchmesser.

Aktionskreis 1,5 m bedeutet rund 4712 mm Umfang. Bei 0,5 mm Wiederholgenauigkeit muss auf besser als 4712/0,5 - sprich: besser als 9400 Schritte am Vollkreis gearbeitet werden. Rechnet man das Basisgelenk (Drehbewegung) und das erste Schwenkgelenk (auf - ab) mit jeweils maximal rund 90 Grad Aktionswinkel so muss die Auflösung der Winkelmessung besser (VIEL besser) als 10 Bit sein, sagen wir mal zwölf Bit. Bedenkt man dass ein Minimum von Spiel vielleicht da sein wird, dann brauchen wir nochmal 1 bis zwei Bit zusätzlich. Da die Winkelsensoren wohl selten genau an die eigene Konstruktion optimiert/angepasst sind, sind nochmal ein bis zwei Bit zusätzlich nötig. Die eben genannten Basisgelenke dürften also Winkelsensoren erfordern, die mit zwölf bis vierzehn Bit einen Viertelkreis auflösen können. Klar gibts die, aber dann kommen die Antriebe, an die dieselben Anforderungen gestellt werden (am Abtrieb des Antriebsatzes rund 1/45tel Grad pro Schritt). Und da i_make_it´s Einwand beim 3D-Druck beachtet werden muss reicht das aber immer noch nicht.

Wirklich ein sportlicher Plan. (PS: meine Rechnungen, auch Schätzungen, sind meist ziemlich simpel, manchmal falsch und nur selten exakt).

Wichtig: ich möchte Dich Hans aber bitte ermuntern, nur auf die hohe Anforderung hinweisen.

[Mxt]

Hallo,

ja, ich stimme dem was gesagt wurde auch zu. Sehr ambitioniert, aber zumindest theoretisch machbar.

Ich habe an der Arbeit mit Industrierobotern dieser Größe zu tun, auch schon damit 3D gedruckt.

1500 mm Radius bei 7 kg Traglast wäre die größte Größe wo es noch Industrieroboter mit 230 V Anschluss gibt (Mitsubishi RV-7FLLM-D). Der liegt in der Spitzenlast also in Bereichen wie eine Waschmaschine bei Kochwäsche.

Das spricht für Antrieb und Steuerung auch eher für etwas Industrielles, also z.B. eine SPS mit Drehstromservos. Selber bauen dürfte da in einer ziemlichen Materialschlacht enden.

[i_make_it]

Mit dem angegebenen Maschinenpark dürften R=1500mm aber auch R=750mm (D=1500mm) nicht ohne weiteres z uschaffen sein.
Neben den Meßsystemen und den Motoren geht es ja auch darum das die Konstruktion entsprechend biegesteif ist.
Einfach mal im Gedanken eine Position ohne zu handelnde Masse und dann noch einmal mit 5kg anfahren. Selbst um die 0,5mm einzuhalten, ist da mit Frästeilen nicht viel zu holen.Üblicherweise werden da, um Leichtbau und belastungsgerechte Konstruktion (Rippen da wo sie gebraucht werden sonst möglichst dünn und leicht) umsetzen zu können Gußteile genommen.
Jetzt kann man sich mit Aluguß befassen und könnte so wohl ein leichte, Biegesteife Konstruktion herstellen.
Die Altenrtative ist eine Schraubkonstruktion (Vierkanthohlträger aus Platten), die allerdings dann deutlich schwerer wird.

Bei den Drehgebern bekommt man ja nur Pulse, somit ist die Bitzahl ja nur relevant für die Variablen der Steuerung. bei einem CPC Encoder hat man zwei Signalausgänge (Spur A und B) oder drei, wenn der Encoder ein eigenes Referenzsignal pro Umdrehung hat.
Letzeres ist deutlich teuer als die 15-20€ für die 600p/r Incrementalencoder die man so aus China bekommt.
die mechanische Ankopplung wird allerdings unter dem Gesichtspunkt von Umkehrspiel ziemlich anspruchsvoll.
Hängt man den Encoder direkt an die Motorwelle, bekommt man zwar (je nach Untersetzung) eine gigantische Auflösung, hat aber das gesammte Spiel von Getriebe und Kraftübertragung drin.
Will man das vermeiden und keine elastische Kraftübertragung dafür in Kauf nehmen (Zahnriementrieb) ist man ganz schnell bei Harmonioc Drives wie sie auch in kaufbaren Roboterarmen genutzt werden.
Wenn man sich mit den Möglichkeiten spielfreier Getriebe auseinandersetzt und dabei Gewicht, Baugröße, Wartungsfreiheit und Lebensddauer berücksichtigt, bleibt nur noch das übrig.

Für ein erstes Projekt würde ich einen Arm mit maximal R=750, Handlinggewicht maximal 2kg, Positioniergenauigkeit 0,2-0,4mm und Wiederhohlgenauigkeit 0,2mm empfehlen.
Das wird immer noch schwierig genug, ist aber finanziell nichts das gleich 5 Stellig wird.
Aber 2000-4000€ sollte man da schon veranschlagen.
Neben einer Fräßmaschine ist da allerdings auf jeden Fall noch eine Drehmaschine wichtig.
3D-Druck wird man da nur für Anbauteile nutzen können.
Tragende Teile sind da wohl eher weniger mit herstellbar ohne gleich entsprechend groß zu bauen.

Zur Vorgehensweise:
Ich setze mal vorraus, das ein Vertikal Knickarm gemeint ist, da die meisten Horizontal Knickarm (SCARA) 4 Achsen haben. und ein Portalroboter halt kein Arm ist.

Wenn der Greifer nicht bereits zum Handlinggewicht zählen soll, dann ist der als erstes zu konstruieren und wie er mechanisch und elektrisch an den Handflansch angeschlossen wird.

Danach fängt man mit dem Handgelenk an das ja dann den Greifer plus das Handlinggewicht lagern,bewegen und positionieren muß.

Beim Unterarm kann man sich dann überlegen ob man 5-Achsen oder doch gleich 6-Achsen haben will.
Ellenbogengelenk und Oberarm sind jetzt nicht so komplex wenn man das andere schon durch hat.
Schulter und Basis auch nicht.

Bei den Motoren wären dann in der Klasse bis 2kg noch DC Getriebemotoren möglich oder halt gleich Servomotoren.
Da lohnt dann ein Blick zu den BLDC Motoren, da das genau die Technik der meisten Industrie Seromotren ist.
Die Motorregler sind da dann Frequenzumrichter. Modellbau BLDC Regler sind üblicherweise nicht möglich, da die oft asymetrich reglen (EMK-Bremse). Da macht ein gutes Buch Sinn um sich in die Motortreiber einzuarbeiten.


Mal ein Beispiel eines DC-Servomotors (Z-Achse) aus einem Bandroboter eines größeren Backup Systems.

[dealmen]

Hallo Gemeinde,


erst mal ein gesundes neues Jahr,
dann sorry war im Urlaub
dann wow in dem Forum steckt knowhow!

Ich bin begeistert! Danke für die Infos.

Jetzt gehen wir mal davon aus das der Arm fertig ist, mit welcher Software und Steuerung funktioniert der Arm?
GCode STL Files?

Danke schon mal

Kennt jemand evtl. eine Adresse wo man gebrauchte Arme günstig kaufen kann?

z.B. klick hier

VG
Hans

[Mxt]

Na, dann von mir auch ein gutes neues Jahr

Jetzt gehen wir mal davon aus das der Arm fertig ist, mit welcher Software und Steuerung funktioniert der Arm?

Normalerweise steht die Steuerung schon bei der Auswahl der Antriebe fest, daher verstehe ich die Frage so nicht.

GCode STL Files?

Ja, diesen Weg sind wir gegangen. Aber sowas können normale Roboter nicht von Haus aus. Wir haben da für die C++ Schnittstelle des Industrieroboters einen G-Code Interpreter geschrieben. Davor hängt eine 3D-Drucksoftware von der Stange (damals Viscam-RP) wo unser Robotertreiber als "generic G-Code Printer" eingestellt ist.

Kennt jemand evtl. eine Adresse wo man gebrauchte Arme günstig kaufen kann?

Gebrauchtroboterhändler haben einen ähnlichen Ruf wie Gebrauchtwagenhändler. Aus meiner Sicht sind gebrauchte Industrieroboter für 3D Druck ungeeignet. Wenn es zum Kauf eines neuen nicht reicht, dann eben mieten.