Hallo,
für einen Proof-of-Concept-Prototypen möchte ich einen Schubhebel
(ähnlich wie im Flugzeug) bauen, der sich je nach Wunsch "anfühlt" - da
fehlen mir die passenden Vokabeln. Vielleicht "force feedback"?
Im "Leerlauf" soll sich der Hebel ganz leicht von mechanischem zu
mechanischem Anschlag bewegen lassen. Eine Elektronik soll über ein noch
auszudenkendes Antriebssystem beispielsweise
- künstliche Rasten;
- einen Bereich, in dem sich der Hebel schwerer bewegen lässt;
- einen künstlichen Anschlag, der verstellbar ist, simulieren.
Ich hoffe, man versteht, was ich meine.
Der Hebel soll auch durch die Elektronik selbst bewegt werden können
(nach Art des Autothrottle bei einem Flugzeug). D.h., wenn
Automatisierung eingeschaltet ist, soll dem Bediener ein Feedback
gegeben werden, was die Automatik gerade tut.
Die Rasten dienen dazu, bestimmte Standard-Einstellungen blind anfahren
zu können. Ein künstlicher Anschlag soll dazu dienen, den Hebel auf den
gerade erlaubten Maximalwert zu begrenzen, der sich variabel aus dem
Betriebszustand ergibt.
Als Sensoren für Hebelposition und -Kraft würde ich einen hoch
aufgelösten Winkelgeber und Dehnmessstreifen am "Schaft" einbauen.
Dieser Teil der Hardware ist für mich kein Problem.
Meine Frage zielt eher darauf ab, wie man so einen Antrieb und den
Force-Feedback-Teil mechanisch am besten umsetzt. Es muss ja doch ein
höheres Drehmoment aufgebracht werden können. Wenn man aber jetzt
beispielsweise einen Schrittmotor und eine Zahnstange oder ähnliches mit
hoher Untersetzung hernimmt, wäre der Widerstand im Leerlauf schon zu
hoch und außerdem das Gefühl am Hebel "gerastert" durch die
Eigenschaften des Schrittmotors. Gibt es da bessere Konzepte?
Man kann den Hebel an einenn Schrittmotor hängen. Je nach Haltestrom des
Schrittmotors hat man dann kaum, wenig oder viel mechanischen Widerstand
beim Verstellen, zudem kann der Schrittmotor den Hebel bewegen.
Falls die Kraft des Schrittmotors nicht reicht kann noch ein Getruebe
dazwischen.
Nun allerdings per Schrittmotor die übersprungene Rastungen erfassen zu
können, erschjeint mir zu gewagt, man wird einen zusätzlichen Encoder
brauchen für die tatsächliche Position. Das kann ja auch ein lineares
poti sein.
Und weil das Pti weiss wom der Hebel ist, kann man damit auch den
Haltestrom des Schrittmotortreibers umschalten, damit er plötzlich
schwer geht oder Rastungen an wenigen Stekllen bekommt.
Ich könnte mir das so vorstellen.
Als Hebel nimmst du eine Wiegezelle die am unteren Punkt als Drehpunkt
befestigt ist, mit dem Ausgangssignal der Wiegezelle (uber
Auswerteelektronik) steuerst du einen Motor (mit Drehgeber) an, der den
Hebel über eine Spindel bewegt.
So solltest du alles umsetzten können.
Gruß Hopix
Gerhard schrieb:> Wenn man aber jetzt beispielsweise einen Schrittmotor und eine> Zahnstange oder ähnliches mit hoher Untersetzung hernimmt, wäre der> Widerstand im Leerlauf schon zu hoch und außerdem das Gefühl am Hebel> "gerastert" durch die Eigenschaften des Schrittmotors. Gibt es da> bessere Konzepte?
Wenn du einen Reluktanzmotor nimmst, gibt es im stromlosen Zustand kein
Rastmoment. Wenn du damit allerdings wirklich einen Anschlag (also echt
hohes Haltemoment...) erreichen willst, wird der Energieverbrauch und
die Größe bald unschön.
Abhilfe könnte eine elektrische Bremse schaffen.
Ein ordentlicher Schrittmotor hat schon ein nettes Haltemoment und die
Rastung könnte man Elektronisch durch ein und ausschalten der
Motorspannung regeln.
Bei einem "normalen" Motor könnte abruptes loslassen des Hebels zu
ungewollten überschwingen führen
Uto der Sabbernde schrieb:> Bei einem "normalen" Motor könnte abruptes loslassen des Hebels zu> ungewollten überschwingen führen
Das ist wohl wahr aber dann ist der Regler falsch eingestellt.
So ähnlich wird das bei Maschinen gemacht, hier wird eine Handbedienung
eines Schlittens motorisch unterstützt, da überschwingt nichts.
Gerhard schrieb:> für einen Proof-of-Concept-Prototypen möchte ich einen Schubhebel> (ähnlich wie im Flugzeug) bauen, der sich je nach Wunsch "anfühlt" - da> fehlen mir die passenden Vokabeln. Vielleicht "force feedback"?
Interessantes Thema. In "meiner" C172, Baujahr 1965, gibt es die
Möglichkeit, den Drosselklappenschieber zwischen Leicht- und
Schwergängig anzupassen.
Bei Kleinflugzeugen (fly-by-Seilzug) sind mir bisher nur Autopiloten
über den Weg gelaufen, die per Reibrad auf den Seilzug wirken. Der
entsprechende Hebel bewegt sich dann einfach mit und kann mit genügend
Pilotenkraft auch gegen den Automaten bewegt werden.
Aber hast Du mal im Internet gesucht, wie die Elektromechanik in
fly-by-wire-Kisten wie A380 und Konsorten aufgebaut ist? Das müsste Dir
doch Anregungen geben.
Für einen Demonstrator könnte ich mir ein sehr starkes Modellbauservo
vorstellen, mit gesondert rausgeführtem Winkelgeber (Marketingspeak für:
Draht am Poti).
Uto der Sabbernde schrieb:> Ein ordentlicher Schrittmotor hat schon ein nettes Haltemoment und die> Rastung könnte man Elektronisch durch ein und ausschalten der> Motorspannung regeln.
Da passt der Nick
Schrittmotoren werden mit Strom gesteuert, jedenfalls wenn man
irgendwie vernünftig definierte Momente erzeugen möchte. Das hängt damit
zusammen, dass die Stärke des Magnetfeldes vom Strom abhängt.
Die Motorspannung ist da eher nebensächlicht - das sollte sich
inzwischen eigentlich rumgesprochen haben.
butsu schrieb:> Gerhard schrieb:>> Wenn man aber jetzt beispielsweise einen Schrittmotor und eine>> Zahnstange oder ähnliches mit hoher Untersetzung hernimmt, wäre der>> Widerstand im Leerlauf schon zu hoch und außerdem das Gefühl am Hebel>> "gerastert" durch die Eigenschaften des Schrittmotors. Gibt es da>> bessere Konzepte?>> Wenn du einen Reluktanzmotor nimmst, gibt es im stromlosen Zustand kein> Rastmoment. Wenn du damit allerdings wirklich einen Anschlag (also echt> hohes Haltemoment...) erreichen willst, wird der Energieverbrauch und> die Größe bald unschön.> Abhilfe könnte eine elektrische Bremse schaffen.
Schrittmotoren ohne Rastmoment hat doch niemand..
Wenn schon dann speziell für Einsatzzweck wenn kein Rastmoment gewollt
ist.
Danke für eure Gedanken.
Die Sache mit der Kraftmessung ist relativ klar, da gibt es nämlich
schon Vorarbeiten. Die ist auch genau wie hier vorgeschlagen ausgeführt,
nämlich als Wägezelle am Fuß des Hebels in der Nähe des Drehpunktes mit
vier Dehnmessstreifen.
Es gibt auch schon einen fein aufgelösten absoluten Winkelgeber. Wie der
intern genau funktioniert, weiß ich allerdings nicht. Jedenfalls steht
der Winkel digital zur Verfügung genau wie die Kraft.
Mein Problem ist eher die mechanische Umsetzung des Antriebes und der
Bremse, wobei beides natürlich in einem Schrittmotor oder einem
Servomotor etc. zusammengefasst werden könnte.
Eine Bremse, beispielsweise als federbelasteter Reibbelag, der mit einem
Hubmagneten gelöst werden kann, hatte ich auch schon im Kopf. Der
bestechende Vorteil wäre, dass zum Halten (Normalzustand) keine Energie
benötigt wird. Allerdings mache ich mir Sorgen, ob man dann nicht ein zu
hohes "Losbrechmoment" am Hebel aufbringen müsste, was die
Feineinstellung stark erschwert. Die Erkennung einer ganz leichten
Handkraft ist wegen der Drift und überlagerten Vibrationen nicht
trivial.
Meint ihr, ein Schrittmotor mit geringer Untersetzung wäre geeignet?
Gibt es Schrittmotoren mit extra niedrigem "stromlosen Rastmoment"?
Gerhard schrieb:> Gibt es Schrittmotoren mit extra niedrigem "stromlosen Rastmoment"?
Die heißen dann BLDC. ;)
Im Web findest Du Steadycam-Projekte, die auf "artfremd eingesetzten"
BLDC basieren.
>Jedenfalls steht der Winkel digital zur Verfügung genau wie die Kraft.
Wenn Du hier noch optimieren willst, kannst Du die Kraft aus dem
Servomotormoment und den Systemparametern ausrechnen.
Will sagen, ein angezapfter Servoregler liefert Dir alle benötigten
Regelgrößen.
Ich würde das Ganze über einen Schrittmotor lösen.
Über einen Drehgeber/Resolver an der Achse des Hebels lässt du dir die
Position des Hebels erkennen, die wiederum von einer Elektronik
ausgewertet wird, die dann wiederum entscheidet, ob sie mehr Strom auf
die momentane Position geben soll oder nicht. ("Bremswirkung" oder
nicht).
Ein servo kannst du ja beliebig in der Lage ansteuern und für das Gefühl
"Hebel geht frei" fährst du den servo eben schon bei einer winzigen
Kraft am Hebel weiter.
Das Problem mit Vibrationen kannst du durch einen Filter (tiefpass)
umgehen (gibt dann je nach Tau das Gefühl eines hochwertigen audiopotis,
wer das kennt)...
Ein Servo ist doch viel zu träge...
Und es tut dem Getriebe sicherlich nicht gut, wenn man es "umgekehrt"
betreibt, in dem man den Servohebel drückt. (Selbsthemmung etc.)
So schnell wie ein Hebel nach vorne/hinten bewegt werden kann...da
überschlägt sich ja die Ritzel im Servo!
Schrittmotor: kein Verschleiß.
Es muss ja kein 50 Cent Kartoffelservo sein.
Es gibt servos mit Metallgetriebe und massivem Drehmoment und
stellzeiten von <0,1s/60°. Die Teile lachen über alles was der Nutzer
denen so entgegen werfen kann.
Max D.
was ist denn das für ein Arschgelabere.
Was hat das mit der Bauart des Getriebes zutun?
Das Getriebe eines solchen Servos ist dafür ausgelegt, untersetzt
angetrieben zu werden und übersetzt zu arbeiten.
Man beachte außerdem die Kraft auf den kleinen Hebelarm des Servos, der
von einem viel mächtigeren Hebel (vermutlich Faktor 5) bewegt werden
würde.
Machs mit nem Schrittmotor und einer kleinen Elektronik!
Servo, Servo, Servo, ich höre nur Servo.
Da steckt die meiste Mechanik drin, die nicht alltagstauglich ist. In
einem Schrittmotor hat man so gut wie nichts, was verschleißt.
Martin schrieb:> Da steckt die meiste Mechanik drin, die nicht alltagstauglich ist. In> einem Schrittmotor hat man so gut wie nichts, was verschleißt.
Es wird nur nicht funktionieren. Wenn der Schrittmotor versucht einen
Schritt zu machen, es aber gegen den Druck des Bedieners nicht schafft,
ist er komplett aus dem Tritt und funktioniert garnicht mehr.
Probier es einfach mal aus. Halt mal die Achse eines angesteuerten
Schrittmotors fest. Da gibt es nur zwei Fälle: entweder er ist so stark
bzw. wird so stark bestromt, daß man ihn nicht halten kann, oder er
verliert die Synchronisation und bietet dann fast keinen Widerstand.
Gerhard schrieb:> - künstliche Rasten;> - einen Bereich, in dem sich der Hebel schwerer bewegen lässt;> - einen künstlichen Anschlag, der verstellbar ist, simulieren.
Das läßt sich mit einem Schrittmotor nicht erreichen. Entweder er bewegt
sich von selbst schrittgenau, oder er ruckelt nur. In diesem Zustand
kann man ihn eigentlich mühelos in beide Richtungen drehen.
MfG Klaus
Martin schrieb:> Servo, Servo, Servo, ich höre nur Servo.> Da steckt die meiste Mechanik drin, die nicht alltagstauglich ist. In> einem Schrittmotor hat man so gut wie nichts, was verschleißt.
Das Thema RC-Servo habe ich in die Diskussion geworfen, weil der
"Kunde", sprich der TO, eine Lösung für ein "Proof of Concept" sucht.
Alltagstauglich kommt dann später.
Sucht man nach "big servo", poppt z.B. sowas hoch:
https://www.conrad.de/de/big-scale-servo-689-205108.html
BIG SCALE SERVO 689
Technische Daten
Getriebe
Metall
Gewicht
160 g
Servo-Typ
Spezial‑Servo
Lagerart
Doppelt kugelgelagert
Breite
32 mm
Servo-Technologie
Analog‑Servo
Höhe
61.6 mm
Stell-Moment bei 6 V
294 Ncm
Stecksystem
JR
Stell-Zeit bei 6 V
0.12 s / 60 °
Stell-Zeit bei 4,8 V
0.15 s / 60 °
Stell-Moment bei 4,8 V
255 Ncm
>Das Getriebe eines solchen Servos ist dafür ausgelegt, untersetzt>angetrieben zu werden und übersetzt zu arbeiten.>Man beachte außerdem die Kraft auf den kleinen Hebelarm des Servos, der>von einem viel mächtigeren Hebel (vermutlich Faktor 5) bewegt werden>würde.
Naja, 2,5Nm sind doch schon mal ein Anfang, oder?
Was bringt ein proof-of-concept, wenn es später keine sinnvoll
umsetzbare Lösung gibt? und dafür fehlen ein paar mehr Daten, z.B.
- maximale Leistung
- Max. Gewicht
- Max. Rastmoment (wenn ein Schrittmotor schon unerwünscht ist, wird der
Widerstand des Getriebes eine Modellbauservos auch nicht Gefallen...)
- Drehmomente für die verschiedenen Modi, incl. "Anschlag"
- Max. Baugröße
- Max. Kosten
Wenn es auf Kosten, Gewicht, Baugröße und Stromverbrauch nicht ankommt,
würde ich einen Servomotor aus der industriellen Automatisierungstechnik
nehmen, incl. der entsprechenden Reglung (keinen Modellbauservo!). Das
sind hochdynamische Antriebe, mit denen sich die Aufgabe sicher,
zuverlässig und langlebig erfüllen läßt. Damit sich der Hebel leicht
bewegen läßt, würde ich eher einen größeren Motor und maximal ein
einstufiges Getriebe nehmen, z.B. einen Zahnriemen.
Die Sensorik ist damit auch bereits erschlagen. Der Motor hat ja eh
einen hochauflösenden Encoder, und die Kraft auf dem Hebel läßt sich aus
den Regelgrößen ableiten...
Irgendwie werden hier Servos als schrottige Mist-Artikel angesehen.
Gegenbeispiel:
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__66990__Goteck_HB2411T_HV_Digital_Brushless_MG_Metal_Cased_Car_Servo_35g_5_5kg_0_05sec.html
5,5 kg Stellkraft (Bei einem kürzeren Hebel locker genug)
0,05 s/60° => schnell genug
Wenn die Kraft nicht reicht gibt es größere:
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewItem.asp?idProduct=42280
(dann allerdings nicht ganz preiswert, weil kleine Stückzahlen)
Der andere Kritikpunkt an den Servos (das "Rastmoment") ist im Betrieb
total irrelevant, weil man (durch den vorhandenen Kraftsensor) die
Servoposition ja aktiv wegbewegen kann wenn der Nutzer an dem Hebel
rumfummelt, damit merkt der Nutzer garnicht, dass der Servo eigtl.
schwerer zu bewegen wäre, der Servo ist schon "aus dem Weg" bevor der
Nutzer entsprechend Kraft auf den Hebel aufgewendet hat.
Die möglicherweise suboptimale Lebensdauer dürfte bei einem
"proof-of-concept" eher nicht so ins Gewicht fallen...
Max D. schrieb:http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__66990__Goteck_HB2411T_HV_Digital_Brushless_MG_Metal_Cased_Car_Servo_35g_5_5kg_0_05sec.html>> 5,5 kg Stellkraft (Bei einem kürzeren Hebel locker genug)> 0,05 s/60° => schnell genug
Max - ich bin ja voll bei Dir, aber "Stellkraft in kg" und auf der
Website Drehmoment in Kilogramm - das tut schon fast körperlich weh.
Zum Glück kann man den Aufkleber auf dem Servo lesen
Drehmoment 4,5kg*cm
Geschwindigkeit 0,065s/V
Das reicht zwar immer noch dafür, dass sich mir die Zehennägel
aufrollen, aber zumindest kann man erahnen, was gemeint ist.
Deutlich schwächer als mein Vorschlag, dafür viel leichter und kleiner.
Bei Servos kenne ich eigtl. nur die Angabe in "kg-Stellkraft", ich denke
mal das wird daran liegen, dass auch nicht-Ingenieuere sich unter "5kg
Stellkraft" was vorstellen können und durch den mitgelieferten Hebelarm
ist der wirkende Hebel ohnehin auf ~1 cm festegelegt (je nach genauer
Auslegung natürlich plus/minus).
Ich denke es würde allgemein ziemlich helfen wenn der TO mal grobe
Angaben zu den mechanischen Dimensionen macht. Ich hatte erstmal das
Bild von einem kleinen Hebel mit einstelligen cm Länge vor Augen, aber
andere hier klingen eher so als wäre der Hebel mehrere zig cm Lang....
Gerhard schrieb:> Hallo,>> für einen Proof-of-Concept-Prototypen möchte ich einen Schubhebel> (ähnlich wie im Flugzeug) bauen, der sich je nach Wunsch "anfühlt" - da> fehlen mir die passenden Vokabeln. Vielleicht "force feedback"?
Für ein proof-of-concept würde ich mir eine elektrische Lenksäule vom
Auto-Altteilehändler holen. Da ist die Mechnik komplett mit Motor und
Getriebe vorhanden, und um die maximalen Kräfte brauchst du dir keine
Gedanken zu machen.
Wie wäre es mit einem poti mit elektrischer motorischer Verstellung
An Gewissen Punkten kann der Motor dann ein Drehmoment erzeugen und so
die Rasten Simulieren
Stefan schrieb:> http://hackaday.com/2016/04/22/intelliservo/> Hab' ich gerade zufällig gefunden.
100 Punkte, Dankeschön für den Link. Das treibt meinen beschriebenen
Ansatz konsequent weiter. Das wird ein Schubladenthema, falls ich mich
mal langweile - oder jemand von mir einen "proof of concept" haben will.
Ich würde mich der Fraktion der Schrittmotorbremser anschließen.
Damit man weiß, wo man ist, könnte ein 08/15 Poti (notfalls ein
Mehrgangpoti) herhalten.
Oberhalb von 50 Cent überleben die jede normale Mechanik.
