Entwicklung und Bau eines 6 Achsen Gelenkroboterarms

[Joe23]

Hallo Edding,

hab ihr euch schon einmal Gedanken über die erzielbare Genauigkeit des Roboters gemacht?

Ich werfe hier mal das Thema Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit in den Raum.

Ihr sprecht von einer Konstruktion aus Kohlefaserrohren....das klingt sehr vielversprechend. Ebenso ist das Handlingsgewicht von 400g ein realistischer Wert für einen Hobby-Roboter.

Wenn aber für die Mechanik entsprechend Aufwand betrieben wird, dann sollte an den Antrieben nicht gespart werden. Für eine Genauigkeit von unter 5mm am Endeffektor sind Servos vollkommen ungeeignet.

Diese haben nur eine potentiometrische Erfassung des Gelenkwinkels und dieser ist über 6 Achsen viel zu Ungenau. Dies führt bei dem fertigen Roboter zu folgenden Effekten:

A) Positioniergenauigkeit bezogen auf die Achswinkel von minimal 5mm, alles darunter ist Schwachsinn. Selbst das wird bei anderen Roboterkonfigurationen (bei 6 Achsen kann ein Zielpunkt x,y,z angefahren werden, aber die Orientierung A,B,C geändert werden. D.h. der Endeffektor bleibt am gleichen Punkt, aber der Arm dreht sich um den TCP) schwer sein.

B) Bei Dynamischen Roboterbewegungen oder externe Krafteinwirkung schwingt der Roboter bis zum schätzungsweise 10 -20 mm um die Sollposition, da die Winkelinformation der Potis zusammen mit dem Lageregler Werte darunter nicht richtig auflösen können.

C) Bei Bahnbewegungen, z.B. Linearbewegungen, fährt der Roboter keine Linie, sondern eiert von A nach B. Sieht nicht hübsch aus und ist auch zu nichts zu gebrauchen...

Nebenbei haben die Modellbauservos auch noch ordentlich Getriebespiel.

Außerdem hab ihr noch einen anderen Effekt, die fehlende Positionsrückmeldung. Schreibt ihr ein Programm mit festen Anfahrpunkten A->B->C->D, und die Strecke sind unterschiedlich lang, wisst ihr nicht wann der Roboter im Punkt B angekommen ist. Dies muss aber so sein, denn wenn ihr Position C an den Servocontroller vorab schickt, wird Position B einfach überschrieben, und der Roboter bricht seine aktuelle Bahn ab, überspringt Punkt B und fährt gleich Punkt C an. Das heist ihr müsst abhängig von der Distanz der Punkte Wartezeiten in eurem Programm implementieren...

Was kann getan werden, um die Effekte zu reduzieren...

- Externe Positionsgeber -> Absolutencoder, Inkrementalgeber anstatt der Potis
- Entsprechende Getriebeübersetzungen, welche spielfrei ausgeführt werden, um die Ungenauigkeit der Potis zu vermeiden
- Schrittmotoren mit Zahnriemen.

Wenn ihr mal ein Beipiel für Roboter mit Servos sucht...schaut nach den fertigen Roboterarmen Lyxmotion. Gibts genug Videos bei Youtube. Und diese haben maximal 100g Gewicht am Endeffektor und sehen schon von der Bewegung/Genauigkeit grauenhaft aus....

Ich würde euch zu Schrittmotoren in Verbindung mit Zahnriemen raten...da kann man einiges Machen, und die Kosten halten sich in Grenzen. Vorteil ist, das hier alls Schrittmotoren in dem Grundkörper des Roboters untergebracht werden können. Somit kann der ganze Arm zwar Steif, aber auch relativ leicht gebaut werden....

Beispiele für Roboter mit Schrittmotoren und Zahnriemen:

http://www.youtube.com/watch?v=tkDbm...eature=related
http://www.youtube.com/watch?v=2Dq5C...eature=related

Als Hinweis:
Es gibt durchaus Servos die für diese Aufgabe zu gebrauchen sind...das sind spezielle Robotikservos mit integriertem optischen Encoder, Mosfets, anpassbaren Reglerparametern sowie einer Positionsrückmeldung. Kosten dann allerdings 200 Euro/Stück.

Gruß

[Edding]

Hallo, wir sind jetzt zeitlich wieder an dem Projekt.
Nun wollen wir die Platine kaufen, haben aber gerade ein Verständnis-Problem, welches die richtige Platine ist.
Kann man 7 Motoren mit diesem Board: http://shop.myavr.de/Systemboards/my...p.php&artID=40
ansteuern?
Ansonsten hatte wir zum Testen an folgende Platine gedacht: http://www.pololu.com/catalog/product/1354. Was haltet ihr davon? Wir wollen als bevor wir richtig anfangen erstmal versuchen alte Servos anzusteuern, um ein Gefühl dafür zu bekommen und zu wissen, wie der Quelltext ungefähr auszusehen hat. Vielleich habt ihr noch ein paar Tipps oder so? Wir würden das ganze jetzt mit C++ versuchen. Habt sonst noch gute Empfehlungen was Platinen angeht? Sollten auf jeden Fall USB haben und mit C/c++ programmierbar sein.

Ich hoffe Ihr könnt uns helfen.
viele Grüße (:

[MisterMou]

Beide Boards sind möglich, bei dem einen musst du den Code zur Ansteuerung der Servos selbst schreiben und die Software. Bei dem anderen nur die Software für den Computer.
Such dir mal die Ansteuerung von Servos raus, ist n PWM Signal.
20ms Low
1,5-2,5ms High für den Ausschlag des Servos
20ms Low
1,5-2,5ms High für den Ausschlag des Servos
….

Die 20ms können auch weniger sein, kommt auf die Servos an. Mehr geht immer, dann ist die Positionsaktualisierung entsprechend niedriger. 20ms sind ein grobes Richtmaß.

Ich würde die Elektronik selbst bauen, da lernt man eine ganze Menge. Ich habe in meiner gesamten Elektronikzeit nur Messgeräte, Labornetzteil und einen USB Programmer gekauft

[Richard]

Hallo, wir sind jetzt zeitlich wieder an dem Projekt.
Nun wollen wir die Platine kaufen, haben aber gerade ein Verständnis-Problem, welches die richtige Platine ist.
Kann man 7 Motoren mit diesem Board: http://shop.myavr.de/Systemboards/myAVR Board MK2, bestückt.htm?sp=article.sp.php&artID=40
ansteuern?
Ansonsten hatte wir zum Testen an folgende Platine gedacht: http://www.pololu.com/catalog/product/1354. Was haltet ihr davon? Wir wollen als bevor wir richtig anfangen erstmal versuchen alte Servos anzusteuern, um ein Gefühl dafür zu bekommen und zu wissen, wie der Quelltext ungefähr auszusehen hat. Vielleich habt ihr noch ein paar Tipps oder so? Wir würden das ganze jetzt mit C++ versuchen. Habt sonst noch gute Empfehlungen was Platinen angeht? Sollten auf jeden Fall USB haben und mit C/c++ programmierbar sein.

Ich hoffe Ihr könnt uns helfen.
viele Grüße (:

Schaut euch einmal dort um http://www.shop.robotikhardware.de/s...alog/index.php ,speziell für Servosteuerung
http://www.shop.robotikhardware.de/s...roducts_id=198 . Für hoch genaue Antriebe http://www.nodna.de/Roboter-und-Zube...tor--1434.html oder auch http://de.nanotec.com/linearaktuatoren.html

Gruß Richard

[Edding]

Danke für die schnellen antworten. Wir werden uns bald absprechen welche Platine wir kaufen. Zum Glück haben wir noch 5 alte billige Servos rumliegen, an denen wir uns Proben wollen.

Lg