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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Motorsteuerung Mechanik


Autor: Johannes (Gast)
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Hallo,

kennt sich jemand aus mit Mechaniken fuer Positionssteuerungen? Meine
Anwendung besteht darin an einem langen duennen Stab zu ziehen bzw zu
schieben. Die Kraft soll ca. 10N betragen und die Positionsregelung
soll in einem Bereich von plusminus 10 bis 15mm von der Ursprungslage
liegen (moeglichst genau).
Was fuer Motoren verwendet man dafuer am besten (Servo; DC; Stepper;
evtl AC)? was fuer ein Mechanik koennte man da basteln (moeglichst
wenig Reibung)? wer hat nen Tip fuer mich mit einem
Positionsregelungsprojekt?
Habe mit ATmega16 schon etwas Erfahrung...

Johannes

Autor: Rahul (Gast)
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Wenn der Stab senkrecht bewegt wird, könnte man eine Winde benutzen und
ihn per Seil heben und senken.
Zur Führung ein paar Rollen (mit Hohlkehle / Innenradius).
Die Winde könnte man mit einem Inkrementalgeber ausrüsten, dann wäre
die Position ziemlich einfach zu bestimmen (bis auf die Radienänderung
der Trommel durch das auf- bzw. abwickelnde Seil)

Bei waagerechter Lagerung wird es etwas schwieriger:
Wo kann der Stab gelagert werden?
An beiden Seiten?
Es gibt Linear(kugel)lager, die dafür prädestiniert bzw. sogar gedacht
sind.
Die Positionsbestimmung und den Antrieb könnte man über ein Rad machen,
das auf dem Stab aufliegt.
Wie lang ist der Stab? Vielleicht könnte man es auch mit einem
Linear-Antrieb machen (Schrittmotor mit Gewindespindel).

Möglichkeiten gibt es ne Menge. Sonst würde ich dir den Rohloff/Matek
"Maschinenelemente" empfehlen.

Gruß Rahul

Autor: Johannes (Gast)
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Danke dir Rahul,

du hast meiner Phantasie einen kraeftigen Schub gegeben!
Der Stab ist waagerecht gelagert; ca 30 cm lang und duenn. Wie muesste
man den Stepper ungefaehr dimensionieren?
Wo kann man im Netz Spindeln, Spindelmuttern, Stepper Getriebe usw am
besten nachgucken? Gibt es einen reichelt oder Farnell fuer Mechanik
oder Mechatronik?

Den Rohloff/Matek kenn ich vorlaeufig nur dem Namen nach :) meinst du
der lohnt sich fuer die (Hobby-)Praxis der Mechatronik?

Autor: Rahul (Gast)
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Guck mal im RS-Katalog (www.Rs-online.de)
Da gibt es schöne Bilder zu den Dinger. Wenn man sich registrieren
lässt (hat zur Folge, dass man monatlich einen Newsletter bekommt...),
kann man sich auch die Datenblätter angucken.

Bei Reichelt gibt es meiner Meinung nach fast gar keine Mechanik, da
wäre Conrad die bessere Wahl.
Sonst würde ich mal im Modellbaubereich gucken.

Zum Rohloff/Matek kann ich nur sagen, dass ich ihn mir zum Geburtstag
schenken lassen; als Mechatronik-Ing sollte man sowas zumindest im
Regal stehen haben.
Sonst gibt es ja noch die Möglichkeit der Bücherei...

Autor: Michael Wilhelm (Gast)
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www.isel.com
Von denen haben wir verschiedene Sachen im Einsatz.

MW

Autor: Johannes (Gast)
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Hi Rahul,

du meintest wohl rs-online.com, nicht .de :) ich bin kein
Versicherungsexperte

danke dir!
johannes

Autor: Rahul (Gast)
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ja, genau...
Aber vielleicht brauchst du dann eine Versicherung...
ISEL hat tolle Sachen... und gute Preise...

So, nachgeguckt z.B: www.ghw-modellbau.de

Mäder-Zahnräder findet man per google, hat es aber lieber, mit Firmen
zu verhandeln. Laut Aussage eines Vertreters auf einer Messe, liefern
die auch ab 100 Euro an Privat. Könnte sich inzwischen geändert
haben...

Autor: Johannes (Gast)
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Tatsache, isel hat einiges. Danke dir fuer die links!

Was fuer einen Stepper oder Servo muss ich verzenden zenn ich zB auf
0,5 mm genau regeln will. Wie rechnet man sich aus diesen Angaben ein
Getrieb und einen Motor aus.

Kennt sich jemand mit AC-Servos aus? angeblich gibt es das.

Johannes

Autor: Olaf (Gast)
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Die Genauikeit eines Schrittmotors kannst du dir anhand der Schritte pro
Umdrehung und deiner UEbersetzung ausrechnen.

Bei Servomotoren funktioniert das im Prinzip aehnlich, nur kommt es
dann auf die Aufloesung des Inkrementalgebers an.

Was mich ein wenig erschreckt ist doch wie wenig Ahnung du hast. Um
dein Getriebe und Motor auszurechnen musst du z.B auch wissen wie
schnell du etwas bewegen musst und welche Masse das hat. Ich empfehle
dir mal die Kataloge der diversen Motorenhersteller. Die haben da
normalweise auch immer Beispiele drin wie man das berechnet.

Ueberhaubt solltest du dir erstmal Gedanken darueber machen ob du nun
einen Schrittmotor verwenden willst oder einen Servo.

Schrittmotor:

    1. Einfach und preiswert
    2. Langsam
    3. Wenig Kraft beim verfahren, oder sehr grosser Motor
    4. Grosses Haltemoment
    5. Eventuell Positionsverlust bei groben Stoessen gegen die
       Mechanik

Servomotor

    1. Teurer und bedarf einer aufwenigen Regelung.
    2. Bei hohen Geschwindigkeiten ein SpezialIC notwendig das
       den Inkrementalgeber mitzaehlt
    3. Es gibt bei stoessen gegen die Mechanik normalerweise eine
       kleine Abweichung die aber dann ausgeregelt wird.
    4. Besserer Wirkungsgrad als Schrittmotor. (kleiner, weniger
       waerme)

Wenn du soetwas nur einmal brauchst dann kannst du bei den grossen
Herstellern Motoren mit Elektronik kaufen. Du bist dann wohl so
irgendwo mit 500-1000Euro dabei. Das ist natuerlich viel billiger als
sich alles selber zu entwickeln. (wenn Arbeitszeit Geld kostet)
Ansonsten ist es leider so das man viel Erfahrung braucht um wirklich
sicher einzuschaetzen was eine gute Loesung ist. Deswegen kannst du bei
den Motorherstellern auch normalerweise mit einem Ing telefonieren und
dem Fragen stellen.

Allgemein gesagt, es ist ziemlich einfach etwas zu bauen das 10min
funktioniert. Soll es 365Tage im Jahr funktionieren und kostet ein
Ausfall Geld wird es schwierig weil man oft auf Probleme stoesst an die
man nicht denkt.

Willst du dir uebrigens Privat etwas basteln also irgendeinen
Spielkram, wuerde ich einen moeglichst alten und massiven Scanner
ausschlachten. Alleine die Kohle fuer das Linearkugellager und der
Fuehrungsstab koennten einen Bastler naemlich die Traenen in die Augen
treiben.


Olaf

Autor: Johannes (Gast)
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Hi Olaf,

dass ich mich erst schlecht auskenn weiss ich :) darum frag ich ja. Du
bist offensichtlich ein Profi mit Praxiserfahrung...

Danke fuer deine ausfuehrliche Antwort und die vielen Tips. Ich werd
hoechstwarscheinlich einen DC-Servo verwenden. Die Last ist nicht gross
(notwendige Kraft ist ca. 8-10N), und die Geschwindigkeit ist nicht
astronomisch. Ich moechte ca 20mm pro Sekunde schaffen und dabei eine
akzeptable Regelung (Fehler bei max 0.5mm) erhalten. Ich will im
Endeffekt keine Masse Bewegen, sondern ein Geraet bedienen zum
schneiden (das Geraet hat natuerlich selber auch Masse, aber nur sehr
wenig; dafuer hat es aber Reibung, weil es nicht bloss eine Schere
ist)

Es muss nicht 365 Tage funktionieren, aber ab und zu ein zuverlaessiges
Stundchen :)

danke nochmals,
Johannes

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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Also mir scheint ein Servo aus dem Modellbau dafür prima geeignet.
Letztendlich tun die in den Modellen so ziemlich genau das, was
Johannes beschreibt, und sie sind billig zu haben.

Autor: Olaf (Gast)
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Also eine Genauigkeit von 0.5mm ist natuerlich kein grosses Problem.
Auch 0.1mm sind sicherlich noch gut machbar. Das haengt natuerlich vom
Inkrementalgeber und dem Getriebe ab. Du kannst die Genauigkeit relativ
beliebig nach oben schrauben wenn du einen Geber mit hoher Aufloesung
nimmst. Du bezahlst aber dafuer mit hohen Frequenzen beim schnellen
verfahren.

Das Problem ist die Regelung. Sowas zu reglen ist ziemlich kompliziert.
Du kannst dir nun ein Buch ueber Regelungstechnik besorgen und wirst mit
den Ohren schlackern was die da an Mathematik auffahren. Wenn du das
alles drauf hast dann wirst du etwas boeses bemerken. Es ist relativ
einfach deinen Regler zu berechnen, es ist noch einfach zu bestimmen
was du fuer eine Regelstrecke hast, wie denn genau die Parameter deiner
Reglestrecke sind da wird es leider schwierig. Besonders dann wenn sich
deine Strecke aendert, z.B durch Alterung oder Schmutz. Die Optimierung
des Reglers wird am meisten Zeit brauchen.
Relativ verbreitet ist da etwas das heisst Kaskadenregler. Du regelst
dazu die Drehzahl des Motor z.B mit einem PI Regler und dann den
Sollwert dieses Reglers nochmal extra durch deinen Positionsregler.
Wenn du wenig Masse hast und viel Reibung (daempfung) ist dein System
uebrigen eher leichter zu beherschen. .-)
Noch ein Tip am Rande, achte darauf das das Spiel in der Mechanik
geringer als deine Aufloesung bleibt. Sonst regelt der Motor an seiner
Sollposition ohne Last und er bekommt das grosse zittern. :-]

Was die Auswahl der Motore angeht unterhalte dich unbedingt mit einem
faehigen Ing eines der Motorenhersteller (Faulhaber, Maxxon). So ein
Motor wird prinzipiel nach deinen Beduerfnissen zusammengestellt. Also
Leistung und Spannung des Motor, Uebersetzung und Art des Getriebes und
Aufloesung des Inkrementalgebers. Ich schaetze mal du wirst fuer so
einen Motor 150-250Euro auf den Tisch legen.

Solltest du es schaffen das mit einem Modellbauservo hinzubekommen, ich
hab da aber bedenken, dann wird es natuerlich billiger. Die
funktionieren auch nicht sehr lange im Dauerbetrieb weil die billige
Potis fuer die Position verwenden. Vielleicht kannst du ja so einen
Servo als Basis nehmen und auf ein 10-Gang Poti umruesten. Diese Potis
gibt es extra fuer starke Beanspruchung und du hast dann auch eine
bessere Genauigkeit.

Olaf

Autor: Johannes (Gast)
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Hi,

meine Ohren haben schon geschlackert... Theorie hab ich schon viel
hinter mir :) Kaskadenregelung, Zustandsregelungen usz sind bekannt,
aber eben nur in der Theorie... noch.

danke fuer deine Antwort,
Johannes

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