Für Roboter-Arm Stepper(nema) Motoren, Servos aus RC Bereich, Bürstenlose Motoren usw

[R1100]

Hallo Zusammen,

die Frage vorab: Verbaue ich mir den Weg beim Einsatz von günstigen bürstenlose Motoren mit Hall-Sensor gegenüber Stepper Motoren?

Ich beginne mit einem Idee wie so mancher, einen Roboter-Arm zu bauen. Den Körper aus 3D-Drucker + Lager, Motoren, Motortreiber, Arduino und ROS-Software.
Die Parameter: 6-Achsen, ausgestreckte Armlänge ca. 700mm, Nutzlast ca. 500g.
Wenn ich auf dem Arm NUR die Motoren packe, dann finde ich keine Stepper incl. Getriebe die die Last tragen können, außer ich nehme richtige Bomber die dann selbst 1Kg wiegen oder so.
Servo-Motoren aus dem RC-Bereich ist auch nichts dabei. Es gebe jedoch günstige mit kleiner Bauform bürstenlose Motoren mit hohen Drehmomenten. Doch dafür benötigt man dann ein Positionsgeber meist Hall-Encoder.

Ich habe den Überblick noch nicht. Die meisten Roboter Projekte werden mit Stepper realisiert. Das wird schon einen Grund haben. Einige auch mit RC-Servos. Ohne dass ich es besser weiß, würde ich jetzt mal vermuten dass es deutlich mehrere Boards geben wird um mehrere Achsen synchron ansteuern zu können auf Basis von Stepper Motoren. Ich möchte mir also den Weg nicht verbauen durch die günstigen bürstenlose Motoren mit Hall-Encoder. Liege ich mit meiner Annahme richtig?

Vielen Dank für jeden Hinweis.

[Holomino]

Hmm,
70cm und 500g sind schon sportlich.

Der hier z.B.
https://www.robotshop.com/de/de/adva...egelkreis.html
liegt etwas über Deinen Ansprüchen, hat aber augenscheinlich Spindelantriebe in den Gelenken.
(alternatives Antriebskonzept zum Drehgelenk).
Wenn Du preislich in diesen Kategorien denkst, wirst Du wahrscheinlich früher oder später bei Dynamixel-Servos landen.
(z.B. https://www.reichelt.de/dynamixel-se...r-p291603.html mit 9,2 Nm und 165g Eigengewicht)

[Rabenauge]

Um BL-Motoren in der Leistungsklasse anzusteuern, brauchst du auch geeignete Treiberbausteine.
Und die sind gar nicht ganz günstig...wenn man dann noch genau positionieren will, landet man preislich dort, wo man die Dynamixel auch nehmen kann.

Ich schliesse mich also Holomino an: nimm die gleich.
Oder schraub deine Ansprüche deutlich runter...du kannst ja mal ausrechnen, welche Kraft du am Schultergelenk brauchst bei deinem halben Kilogramm, und der Ausladung.
Danach wirst du sehen, was du da vor hast...

Ansonsten sind Treiberbausteine generell eher separate Boards, gibts für Servos, BL-oder Bürstenmotoren, für Stepper....wenn man nicht alles selber baut und auf eine einzige Platine giesst, ist ein Austausch nicht weiter kompliziert.

Dass viele Schrittmotoren nehmen, liegt einfach daran, dass man dort die Position "weiss"- unter der Voraussetzung, dass man niemals Schritte verliert. Man braucht also keine Positionsgeber, sondern allenfalls Endschalter, um das Gebilde beim Start mal nullen zu können.
Der Haken dabei ist, dass die Dinger gnadenlos sind: wenn man doch mal Schritte verliert (wegen Überlastung, kann leicht durch Kollision mit nem Hindernis passieren, oder eben zu schwere Last) ist man ziemlich aufgeschmissen, da es keine Möglichkeit gibt, die tatsächliche Position auszulesen.
Naja, und man kann ein preiswertes Board für nen 3D-Drucker zur Ansteuerung nehmen...

[oberallgeier]

.. Verbaue ich mir den Weg beim Einsatz von günstigen bürstenlose Motoren mit Hall-Sensor gegenüber Stepper Motoren ..

Grüß Dich R1100,
seit ner Weile lese ich von Deinen Motorproblemen.
Zur Frage: Du unterscheidest ja (nur) zwei von mehreren Stellmotor-Systemen.

. . Ich habe den Überblick noch nicht. Die meisten Roboter Projekte werden mit Stepper realisiert . .

Ich bin sicher, dass das so nicht UNbedingt (siehe sly) stimmt. Stepper ALLEINE, auch Motoren mit Hallsensor, beide ohne Positionsrückmeldung des aktuellen Drehwinkels, können garnicht vorbestimmte Positionsvorgaben ZUVERLÄSSIG erreichen! Stepper und Encoder haben, zwar nur unter wenigen sehr ungünstigen Bedingungen, die schlechte Möglichkeit, dass sie Schritte vergessen können. Beispiel: wenn DU bei (D)einem Standardweg irgendwo hin in die Gegend ein Roadbook vor Dir hast - eine exakte Anweisung wann Du welche Kurve mit welcher relativen Richtungsänderung fahren musst - dann kommst Du üblicherweise gut an. WENN aber auch nur eine Kurve oder ein Schritt übersehen wird, dann passt der Rest nicht mehr wirklich und Du - brummst ins Abseits. Noch ein Nachteil - nach dem Abschalten vergessen sie üblicherweise ihre Postion - und wenn nicht, kann das mechanische System ohne aktivierte Steuerung in eine andere Position sinken.

Eins gradaus, eins links, vier rechts, eins rechts.._|----v ist halt deutlich andes als
eins gradaus, eins links, zwei rechts, eins rechts _|--v

Feststellung: Robotarme (oder ganze Roboter) benötigen genaue Angaben über die jeweilige Stellung einzelner Gelenke, wenn das äusserste Ende (dort nennt man DEN wichtigen Punkt üblicherweise TCP tool center point) eine bestimmte/bestimmbare Position erreichen soll. Die "jeweilige" Stellung verlangt für eine halbwegs harmonische Bewegung sogar eine sauber "Gleichzeitigkeit". Sorry für so ne Selbstverständlichkeit.

Ich habe bei meinem archie sogar überwiegend normale Modellbauservos verbaut, bei denen eine vorgebbar Position nur vorgebbar - aber nicht abfragbar ist. Man verlässt sich auf ihre Zuverlässigkeit. Siehe dieses Video (klick) von meinem archie bei ner Testfahrt der Hand. Anm.: die Handwurzel (Dreh) hat einen normalen Getriebemotor mit Hall-Encoder und eine gesonderte Controllerplatine um die Servofunktion zu "simulieren". Das sieht für meine Anforderungen recht ordentlich aus (abgesehen von der Sonderfahrweise meiner Servos bei denen ich deren Variation der Drehgeschwindigkeit ziemlich gut im Griff habe).

Sonderfall Stepper versus Hallmotor mit Encoder.
Der oben skizzere Fehlerfall beim (Informations-)Schrittverlust von Steppern gilt für Schrittmotoren mit Incrementalencoder ebenso. Erst ein Absolut-Drehgeber, einer der stets und immer die exakte absolute Winkelstellung ausgeben kann, erlaubt eine exakte Steuerung bzw. Regelung seines Weges.

S..viel Theorie, ich weiß.

. . Verbaue ich mir den Weg . .

Jein. Software kann angepasst werden - wenn man das vorher beachtet sogar eher einfach. Schwieriger kann es für den Einbauplatz des Antriebsmotors bzw. der Antriebs-Baugruppe sein. Aber auch da kann man vorausschauend mögliche Varianten berücksichtigen.

Simpler Vorschlag (so habe ich angefangen): bau einen Arm mit zwei Gelenken und einer billigen Version (D)einer Antriebsvariante - dann siehste Möglichkeiten, Vor- und Nachteile.

Vielleicht hilft Dir diese Abhandlung ein bisschen ins eigentliche Problem einzudringen ?

[R1100]

Wow, so viel Hilfe vielen vielen Dank, ich weis das zu schätzen.

ich muss etwas ausholen und meine Situation zu beschreiben. Die Größe meines Armes wurde von den Motoren bestimmt. Ich habe viele Stunden verbraucht mit surfen wie Modellbau Roboter so aussehen. Ich würde ungern am Schultergelenk zwei Nema 17 mit Getriebe verbauen um NUR damit sie das Gesamtgewicht tragen können. Die Optik gefällt mir halt nicht. Er soll entweder wie ein typischer KUKA Roboter aussehen oder wie so einer wie im Bild. Die Nema 17 mit Getriebe sind ca. 150mm lang. Mit zwei drei Gelenken ist man da schon bei dieser Gesamtlänge.

ABER jetzt habe ich möglicherweise einen Stepper gefunden https://www.digikey.de/de/products/d...8-HHC2/2417060 der klein, leicht und auf den ersten Blick stark ist. Das Getriebe ist mit 1:35 angegeben und 700mNm. Getestet habe ich ihn noch nicht. Ich habe bereits einen bekommen. Ich kann die Welle mit der Hand nicht drehen. Dann habe ich einen Stepper Driver DM542T und auch ein 24V 50A Schaltnetzteil. Damit kann ich den Motor sicherlich antreiben. Der Überflieger wird der Motor sicherlich nicht sein, alleine schon die Anschlüsse sind aus AWG 28. Wenn er jedoch einigermaßen eine Drehmoment und ein Haltemoment bringt, kann ich den Arm deutlich kleiner gestalten. Wenn nicht, dann muss ich doch wieder zurück zu den Nema 17er die ich ebenfalls bestellt habe mit 1:50 und 1:100 Getriebe.

Es sind nun mal meine ersten Gehversuche und ich werde sicherlich viel Lehrgeld bezahlen aber das ist es mir wert.

Hier gibt es übrigens eine schöne Webseite um die Motorauslegung zu berechnen. https://www.robotshop.com/community/...que-calculator
Und noch eine Seite https://www.orientalmotor.com/motor-...m-sizing.html#
Motoren diesen Typs würden mir sehr zusagen, doch leider sind das keine Stepper. https://www.premium-modellbau.de/t-m...oaAtqMEALw_wcB

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und schon die erste Klatsche kassiert.
Der Stepper Driver kann 1A bis 4.5A Der Motor braucht 250mA Also benötige ich schon mal einen anderen Stepper Driver. In der Doku steht, über SW4 kann ich auf half current stellen doch das reicht nicht.

[jmoors]

Ich schmeiße mal das Spielfeld um:
Für mich liest es sich, als ob die Masse der Motorleistung zum Bewegen des Arms selbst und nicht für die Nutzlast aufgewendet werden muss. Wäre eine Hydraulik eine Alternative? Damit kann man leichte (relativ zu einem Schrittmotor) Zylinder ansteuern, der die Bewegung ausführt.

VG, Jürgen

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Was mir bei einem der verlinkten Arm-Berechner aufgefallen ist: Wenn Du die Chance hast, eine Gegengewicht zu einem Gelenk zu montieren, dann kannst Du die benötigte Motorkraft zum Bewegen der Last erheblich reduzieren.

VG, Jürgen

[R1100]

Hallo Jürgen,

Hydraulik und Pneumatik ist für dieses Projekt überdimensioniert und nicht präzise genug. Gegengewichte eher, doch die haben auch den Nachteil dass sie immer nur eine Richtig, nach unten, kennen und nicht um die Kurve fahren wenn der Arm in Richtung oben sich bewegt.

Ich würde gerne meinen Schrittmotor PG35S-D48-HHC2/2417060 zumindest auf dem Tisch ausprobieren wollen ob den die Kraft ausreichend ist. Den Treiber den ich habe DM542T liefert min. 500mA. Im Datenblatt des Motors steht 24V 250mA. Ich müsste also eine Strombegrenzer Schaltung dafür aufbauen oder ich kaufe einfach einen anderen Treiber. Den kleinsten den ich gefunden habe bei selben Anbieter ist der DM320T der allerdings auch min 300mA liefert. Kann ich dennoch damit den Motor betreiben? Oder für Arduino gibt es das CNC Shield mit Treiber allerdings sehe ich in der Beschreibung nicht wieviel A die liefern.

Kann mir jemand einen Schups geben? Vielen lieben Dank.

[Rabenauge]

Die RAMPS-Boards (werden u.a. in 3D-Druckern eingesetzt, können z.T. auf nen Arduino Mega aufgesteckt werden) haben manchmal aufsteckbare Treiber.
Viele 3D-Drucker-Mainboards auch.
Ich hab hier ein MKS Gen 1.4, das ist Arduino-kompatibel und hat sechs Steppertreiber-Steckplätze.

Allerdings kenne ich mich mit Steppern nicht so gut aus- ich schätze, wenn du sicher stellst, dass dein Motor nie mehr als die 250mA _braucht_ geht ein 300mA-Treiber schon. Normalerweise steigt der Strom ja mit der Belastung.

Wegen dem Gimbal-Motor: lass dich nicht von den anderthalb Kilo angeblicher Haltekraft täuschen.
Die Dinger funktionieren meist nur, wenn sie ziemlich gut ausbalanciert sind....und können dann grade noch ein Handy stabilisieren.

Und von wegen Hydraulik oder Pneumatik sei überdimensioniert: Lego hat auch Pneumatik, und im Modellbaubereich gibts schon lange sehr schöne, kleine Hydraulikanlagen. Die drücken auch paar Kilo...sind aber nicht ganz billig. Und das Problem "wo bin ich"...muss dennoch gelöst werden.