Dobór serw w ramieniu robota

[marianexyx]

Buduję ramię robota, które będzie w stanie grać w szachy, tj. przekładać pionki po planszy. Udało mi się nawet ramię w miarę zaprogramować i już pierwsze przestawienia pionków mam za sobą. Największym moim aktualnym problemem są tanie serwa, których użyłem do budowy ramienia. Luz, który powstaje w urządzeniu praktycznie uniemożliwia dokładne chwytanie pionków.

Problem widać na poniższym obrazku:

Na każdym ze zdjęć silniki są włączone i mają podawaną stałą pozycję.

Na zdjęciu "0" widać ramię w naturalnej pozycji.

Na zdjęciach "1a" i "1b" kolejno dociskam i podnoszę ramię używając bardzo niewielkiej siły. Opór silnika zaczynam czuć dopiero w pozycjach widocznych na zdjęciach.

Na zdjęciu "2a" pokazana jest pozycja ramienia po tym, jak minimalnie go przycisnąłem na zdjęciu "1a". Analogiczna sytuacja jest na zdjęciach 1a-1b. Widać, że martwy kąt jest tutaj dość szeroki.

Między zdjęciami "2a" i "2b" widać jaki może powstać luz na ramieniu.

Im dalej wychylam ramię od punktu zaczepu, tym niżej mi schodzi na luzie.

Nie wiem czy luz na serwach nie został spowodowany też poprzez niejednokrotne przywalenie ramieniem w podłoże, zanim zaprogramowałem poprawnie kinematykę odwrotną i odpowiednie zabezpieczenia.

Szukam zatem serw, które pozwolą mi tego problemu uniknąć. Oczytałem się, że serwa cyfrowe dają przy małym wychyleniu proporcjonalnie dużo większy moment, co powoduje że są one bardziej dokładne od analogowych. Zakładam, że użycie serw z metalowymi zębatkami też zwiększy dokładność. Wyczytałem także, że serwa cyfrowe wymagają specjalnego programatora- jak to wygląda? Czy jest wymagane i skomplikowane?

Czym się zatem dokładnie kieruję przy doborze serw:

-duża dokładność i minimalny luz/kąt martwy (duża powtarzalność),
-w miarę przemysłowa trwałość i żywotność,
-oczywiście cena,
-ew. integralność z łatwo dostępnymi na rynku gotowymi uchwytami na serwa, jak np. te: http://goo.gl/MX8TLK

Czynniki które nie mają dla mnie znaczenia:

-pobór mocy,
-kąt wychylenia (tylko w jednym serwie potrzebuję kąta pracy większego nić 60 stopni),
-prędkość reakcji i obrotu (w sumie dla mnie im wolniej tym lepiej).

Wiem, że takie serwa są drogie, zatem wychodzę do was z pytaniem na co patrzeć, na co uważać; co, gdzie i jak kupić. Co do ceny to wolę nawet trochę przepłacić i mieć odrobinę lepsze serwo niż potrzebuję, niż mieć na odwrót i wywracać pionki podczas ich chwytania, tj. mieć serwo którego nie uzyję.

Serwa których szukam:

-jedno, które jest w stanie unieść wg moich obliczeń max 10kg/cm

-drugie, które jest w stanie podnieść połowę mniej

-trzecie do obrotu ramienia wokół własnej osi. Siła tam może być jeszcze mniejsza, jako że ciężar powstający podczas wychylenia ramienia spada na konstrukcję.

Wymiarów szukałbym "standardowych", czyli właśnie takich jak pod uchwyt w linku powyżej. Takie serwo, których używam ma takie wymiary: http://goo.gl/u5mROF

Może powinien zadać na początku pytanie- czy droga którą idę jest dobra? Raczej wolałbym nie zmieniać koncepcji mojego projektu ze względu na ilość pracy i pieniędzy, które aktualnie włożyłem, ale jak w tej konstrukcji byłoby to niemożliwe do osiągnięcia, to będę musiał przemyśleć to i owo.

__________

Komentarz dodany przez: Treker

[deshipu]

Niewątpliwie serwa to bardzo duży problem w większych konstrukcjach. Zgadza się to, co wyczytałeś, jedynie chciałbym wprowadzić małą poprawkę.

Mamy tak zwane "hobby servo", czyli serwa do modeli zdalnie sterowanych, sterowane sygnałem PWM (pulse-width modulation) i to są te "tanie" serwa, które są popularne. Występują one zarówno w wersji analogowej (w środku jest generator PWM i komparator, do tego sterownik PID który stara się te dwa sygnały zgrać), jak i cyfrowej (w środku jest prosty mikrokontroler który odczytuje sygnał PWM i steruje silnikiem z programowym PID-em). Oba rozwiązania będą pod względem mechanicznym takie same. Cyfrowe serwa zazwyczaj będą potrafiły przyjmować sygnał o wyższej częstotliwości, analogowe oczekują 50Hz i koniec.

Oprócz tego istnieją serwomechanizmy "do robotów". Podejrzewam, że to o te ci chodziło, kiedy napisałeś "cyfrowe". Zamiast sygnału PWM "mówi" się do nich komendami albo po porcie szeregowym, albo po I²C czy innym SPI. W środku mają mikrokontroler i enkoder, dzięki czemu potrafią nie tylko ustawić się do zadanej pozycji, ale także podać ci swoją aktualną pozycję, siłę na nie działającą, etc. a także poruszać się według zadanego profilu przyśpieszenia (hobby servos po prostu starają się dotrzeć do zadanego położenia jak najszybciej). Często też potrafią się obracać 360°. Zazwyczaj produkuje się je także znacznie mocniejsze, nawet 40kg/cm, no i oczywiście kosztują swoje. Popularnym producentem takich serw jest Dynamixel.

Natomiast to, co ja bym ci tu polecił, to przemyślenie konstrukcji tego robota. Zamiast umieszczać ciężkie serwa na końcu ramienia, gdzie są największe siły, daj jak najwięcej przy podstawie i użyj popychaczy. Dodatkowo, dobrze zaprojektowane popychacze pozwolą ci wprowadzić przełożenie, dzięki czemu uzyskasz większą siłę i dokładność kosztem mniejszego zakresu ruchu. 10kg*cm wydaje się dość dużo do przestawiania pionków.

Jako przykład konstrukcji, która daje bardzo lekkie ramię, mogę polecić MeArm, którym ostatnio się zacząłem bawić.

[marianexyx]

A jak jest z kwestią dokładności hobby cyfro serwo i tych do robotów w stosunku do moich analogowych zastosowanych w projekcie? Te do robotów mają wiele cech które są mi zbędne. Prędkością w analogowych daję radę programowo, a i odczytywanie kąta mi chyba na nic. Poza tym w tych drugich wyczytałem, że sam ich sterownik jest drogi.

Konstrukcję zmieniam ciągle równolegle, ciągle naprawiam jakieś błędy, a kształt chwytaka wynika z tego, że taki był oryginalny w zestawie i póki co nie stworzyłem nowego na własne potrzeby.

Co do przełożeń to myślałem o kilku rozwiązaniach, ale z racji czasochłonności projektu staram się mocno nie ingerować w konstrukcję bez większej potrzeby. A te popychacze to jest coś takiego co znajdę w MeArmie właśnie? Co do samego MeArma to konstrukcja jest za mała na moje potrzeby wysięgu ramienia.

[deshipu]

Dokładność, wielkość luzów, solidność mechanicznego wykonania oraz wytrzymałość to cechy, które są bardzo różne powmiędzy różnymi modelami hobby serwo. I niestety producenci zazwyczaj nie podają żadnych informacji o nich, ewentualnie zawsze się chwalą, że ich są najlepsze. Efekty widzisz sam.

Do tego jest na rynku bardzo wiele chińskich podróbek, które nazywają się tak samo i nawet wyglądają z zewnątrz podobnie, natomiast bardzo różnią się tym, co mają w środku. Zobacz na przykład ten komentarz: http://letsmakerobots.com/odd-world-powering-walking-robots#comment-123287

Niestety nie znam dobrego rozwiązaniatego problemu. Osobiście po prostu zakładam, że serwa, które dostanę, będą najgorszym złomem jaki tylko jest możliwy i uwzględniam to w moim projekcie, a potem kupuję najtańsze serwa z Chin. Czasami jestem miło zaskoczony, jak ostatnio, kiedy kupiłem cztery SG92R, które okazały się niesamowicie silne i dość dokładne. Ale zazwyczaj dostaję to, za co płacę.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marianexyx]

A jeszcze małe pytanie- jak odróżnić cyfrowe hobby servo od i te "do robotów"? Różnica będzie widoczna już w nazwie?

[deshipu]

A jeszcze małe pytanie- jak odróżnić cyfrowe hobby servo od i te "do robotów"? Różnica będzie widoczna już w nazwie?

Zupełnie inaczej się je podłącza. "Hobby servo" zawsze ma trzy przewody, dwa na zasilanie i jeden na sygnał. Zazwyczaj mają standardową wtyczkę, nazywaną od jednego z producentów "futaba" -- taka pasująca na 3 piny w odległości 2.54mm, z kablami w kolejności: masa, zasialnie, sygnał, zazwyczaj w kolorach brązowym, pomarańczowym i żółtym, albo czarnym, czerwonym i białym. W przypadku bardzo małych serw na 3.7V występują też miniaturowe wtyczki typu molex, ale nadal mają 3 kabelki.

W przypadku "smart servo", liczba kabli zależy od użytego protokołu, ale zazwyczaj są co najmniej 4: 2 na zasilanie i 2 na komunikację. Często takie serwo będzie miało zarówno kabel z wtyczką, jak i gniazdko do wpięcia kolejnego serwa -- w ten sposób można je łączyć w łańcuszek, bo komendy i tak są adresowane do konkretnego serwa i pozostałe po prostu przekażą je dalej.

No ale najważniejsze jest, że takie serwo musi mieć datasheet w którym będą opisane instrukcje sterujące -- bez tego nie da się go użwyać i po tym najłatwiej je rozpoznać.