Robot kol aktuatörü için hangi motor tipi uygundur?

Selam.
6 eksenli bir robot kol yapmaktayım. "Planetary Gearbox" olarak bilinen bir tork arttırma sistemi ile bir aktuatör tasarladım. Step motor kullanıyorum. Sorum şu: Robot kollarda kullanılacak aktuatörlerde step motor kullanmak ideal midir? Yoksa enkoderli fırçasız motor vs gibi motorlar mı kullanmak daha doğru? Görüşlerinizi merak ediyorum.

Oyumu Enkoderli servo motordan yana kullanıyorum..

Birde bu işi profesyonel mi yapacaksınız yoksa bir tane veya sadece proje olsun diye mi? Profesyonel olacaksa planet dişli çok hassasiyet sağlayamayabilir. Sikloid bir "tork artırma" (Cyloidal Reducer) gerekecektir.

​

Ar-kur-Tek' Alıntı:

Oyumu Enkoderli servo motordan yana kullanıyorum..

Birde bu işi profesyonel mi yapacaksınız yoksa bir tane veya sadece proje olsun diye mi? Profesyonel olacaksa planet dişli çok hassasiyet sağlayamayabilir. Sikloid bir "tork artırma" (Cyloidal Reducer) gerekecektir.

​

Genişletmek için tıkla ...

A) Profesyonel olarak yapmak üzere yola çıktım diyebilirim. Mevcut üzerine çalıştığım robot kol için 6 aydır çalışıyorum. Aslında bitirdim ama bazı şeyleri baştan tasarlamak zorunda kaldım. Özellikle tork ihtiyaçlarını doğru şekilde karşılayabilmeye çalışıyorum şu an.

B) Enkoderli servo motor kullanıldığını çok gördüm. Ancak neden bunun tercih edildiğini de anlamak istiyorum açıkası. Aslında step motorların servolardan daha torklu olduğunu öğrendim. Neden servo motor tercih ediliyor bilemedim ama. Servo motorların daha yüksek hızlarda daha yüksek tork sağlayabildiğini okudum. Voltajı arttırınca motorun hızlanacağını ve amperi de arttırarak motorun güçleneceğini dikkate aldığımızda "Cyclodial" veya "Planetary" gibi tork arttırma/hız düşürme sistemlerinde daha iyi olabileceği düşünülebilir. Dişli kutusunda motor hızlanınca karldırması beklenen ağırlığa bağlı olarak aktuatörü istenen hızda çevirebilmesi beklenir. Bunu yapabilirse aktuatörün dönme hızı ve torku daha kolay kontrol edilebilir diye düşünüyorum.

Ancak step motorlarda hızı arttırınca tork düşüyor. Bu da bir aktuatörüe bağlı bir motoru düşündüğünüzde hızlı bir şekilde dönerken bir yükle karşılaştığında motor duracak ve dönmeyecektir. En temelde sorun bu olabilir.

C) "Cycloidal Reducer" da özellikle cobotların aktuatörlerinde sıklıkla kullanılıyor. Ancak planet dişlilerin hassasiyetinde neden sorun olabileceğini merak ettim. Nasıl bir sorun olabilir?

1: Redükte oranı tasarımınıza ve tasarımdaki sistemi temin etmenizle alakalı bir durum. Yoksa 250/1 bile redükte edersiniz ve elinizde muazzam bir tork olur ama bu sefer hız yerlerde sürünür. Nihayetinde burada önemli olan ne kadar hız ne kadar tork istediğinize bağlı olarak sistemi kurgulamak.

2:Servo motorların Hassasiyetten , momente kadar bir dolu avantajı mevcut .Bunu buraya liste halinde yazmak abes olacaktır. Kaynaklara bakarsanız bu konudaki avantajları görebilirsiniz.

3:Burada mesele açısal olarak pozisyonu tutturmak ve korumak. Siz her serbestlik noktasında 1 derece sapma yaparsanız robotun kol ucundaki sapmayı düşünün artık. Olması gereken noktadan 1-2 santim kaydımı o iş olmaz malum. Planet sistem ise yapısı gereği bir kaç dişli sistemin iç içe geçmesi ile çalışıyorlar. Çok hassas işleseniz dahi bir süre sonra dişliler arasında hem imalattan kaynaklanan hemde çalışma koşullarından kaynaklanan boşluk hassasiyeti öldürecektir ki aşırı hassas sistem imal ettirmenin maliyetini söylemiyorum bile.Yani teknik dilde "Backlash" denilen durum Robotlarda büyük bir problem ve bu konuda en iyi seçenek sikloid redüktörler (Cyloidal Reducer) .Diğer türlü alternatiflerde bundan kaçınmak zor.

Ar-kur-Tek' Alıntı:

1: Redükte oranı tasarımınıza ve tasarımdaki sistemi temin etmenizle alakalı bir durum. Yoksa 250/1 bile redükte edersiniz ve elinizde muazzam bir tork olur ama bu sefer hız yerlerde sürünür. Nihayetinde burada önemli olan ne kadar hız ne kadar tork istediğinize bağlı olarak sistemi kurgulamak.

2:Servo motorların Hassasiyetten , momente kadar bir dolu avantajı mevcut .Bunu buraya liste halinde yazmak abes olacaktır. Kaynaklara bakarsanız bu konudaki avantajları görebilirsiniz.

3:Burada mesele açısal olarak pozisyonu tutturmak ve korumak. Siz her serbestlik noktasında 1 derece sapma yaparsanız robotun kol ucundaki sapmayı düşünün artık. Olması gereken noktadan 1-2 santim kaydımı o iş olmaz malum. Planet sistem ise yapısı gereği bir kaç dişli sistemin iç içe geçmesi ile çalışıyorlar. Çok hassas işleseniz dahi bir süre sonra dişliler arasında hem imalattan kaynaklanan hemde çalışma koşullarından kaynaklanan boşluk hassasiyeti öldürecektir ki aşırı hassas sistem imal ettirmenin maliyetini söylemiyorum bile. Yani teknik dilde "Backlash" denilen durum Robotlarda büyük bir problem ve bu konuda en iyi seçenek sikloid redüktörler (Cyloidal Reducer) .Diğer türlü alternatiflerde bundan kaçınmak zor.

Genişletmek için tıkla ...

1: Haklısınız. Bu çok önemli bir konu. İlk tasarımımda herşeyi yaptım ancak tork yetmedi, kol, ucundaki yaklaşık 3kg ağırlığındaki cismi taşıyamadı. Kolun "Elbow" ve "Wrist Rotate" bölümlerini biraz kısalttım. Aktuatör tekrar yaptım. Bu seferde fazla torklu oldu. Bu da başka sorunlara yol açtı: Aktuatorun ucunun istenen hızda dönmesi için motorun çok hızlı dönmesi gerekti. Bu bir sorun. Çok hızlı donmesi için işlemcini saat hızının yeterli olması lazım. Ben Aruino DUE da çalışıyorum şu an. (En son duruma göre değiştirebilirim) .

Şimdi yaptığım planet dişlisi ise hız iyi ama tork zayıf kaldı. (Tasarımı değiştirip biraz daha arttıracam).

Bir de burada kullanılan malzeme de çok önemli. Örneğin plastikten 3d yazıcı ile yapıldığında bazı alt limitleriniz oluyor. İnce tasarım yapmanız mümkün olmuyor. kırılma sorunları ortaya çıkıyor. Yani mecburen bazı bölümlerde alimunyum veya benzeri sert malzemeler şart oluyor.

2: https://www.amci.com/industrial-automation-resources/plc-automation-tutorials/stepper-vs-servo/
Yukarıdaki linkte detaylı bir iyi step motorla servo motor karşılaştırması var. Buradan bakıyorum.

3. Bu konuda çok doğru: Hassas işlerde sapmalar çok önemli. Dediğiniz gibi en küçük sapma bile sorundur. Bunu dikkate alacağım. Buradan şu çıkıyor: Hassas işlerde çalışacak kollarda Cyclodial kullanılmalı. Cobotların aktuatorlerinde genelde cyloadial kullanılıyor.

İşin hakkı servodur ancak çok yüksek meblalar ile sonuçlanabilir. Bir alt basamağı step motordur hatta standart 1.8 derece adım değilde daha düşük derece oranına sahip stepler kullanılırsa çok daha hassas bir sistem elde edilebilir.Ama ne olursa olsun step te geri bildirim olmadığı için servoya nazaran hata payı daha yüksektir.Ekstra olarak encoder eklenebilir yine servodan uyguna gelir ancak uygulaması zahmetli, meşakkatli olur.

0M42' Alıntı:

İşin hakkı servodur ancak çok yüksek meblalar ile sonuçlanabilir. Bir alt basamağı step motordur hatta standart 1.8 derece adım değilde daha düşük derece oranına sahip stepler kullanılırsa çok daha hassas bir sistem elde edilebilir.Ama ne olursa olsun step te geri bildirim olmadığı için servoya nazaran hata payı daha yüksektir.Ekstra olarak encoder eklenebilir yine servodan uyguna gelir ancak uygulaması zahmetli, meşakkatli olur.

Genişletmek için tıkla ...

Selam.
1) Evet, 0.9 ve hatta 0.45 derece adımlı step motorlar da var. Düşük derece adımlı bu motorlar kullanıldığında evet daha hassas ve keskin sonuçlar alınır. Peki bu düşük dereceli step motorların torkları daha mı farklı? Daha düşük derece ile dönüyor olmasının torka pozitif bir katkısı var mıdır?

2) Maliyet de bu işin önemli bir tarafı. Oturup hesaplama yapmadım ama yüzdesel olarak iki farklı motorun farkı kaç olur bilmiyorum. Yani servolar benzer özellikteki steplere göre yüzde kaç maliyetli olur bilemedim. (Tahmini olan varsa yazabilirse sevinirim.)

3) Step motorlarda geri bildirim yok ama işe göre sensörlerle çözüm bulunabilir diye düşünüyorum. Tabi burada robot kolun işi önemli. Benim amacım koli katlama ve paket taşıma işi için bir kol tasarlamak. Kaldıracağı maksimum ağırlık 4 kg civarı olacak. Aşağı yukarı şöyle bir iş:

Anladığım kadarı ile siz kolaboratif robot düşünüyorsunuz.

Tork meselesini bana kalırsa direkt motordan değil redüktör üzerinden hal edin.Bu maliyeti etkiler. Ayrıca motor üzerinden geri dönüş almak proglamlama ve yapacağı işi tasarlama açısından daha rahat olacaktır.Bunu haricen bir sensör grubu ile yapmaya kalkarsanız sistem epey karmaşıklaşacaktır.

Geri dönüş konusunu sensörle halledemeyebilirsiniz özellikle adım kaçırma durumu olduğuda malesef bunu kontrol ünitesine sensör ile iletemezsiniz kaldı ki sürücününde uyumlu olması gerekir ama enkoder ile mümkün olabilir her motor için bir enkoder mesela. Fakat programlaması uzun ve meşakkatli olur.

0.9 derecelik step motorlar ile hiç çalışmadım ama tork olarak 1.8 derecelik steplerden daha yüksek olacağını düşünüyorum. Yani şöyle söyleyeyim aynı ebatta (fiziksel olarak) ve voltajda 1.8 derece ve 0.9 derece motorun 0.9 olanı daha yüksek tork sağlayacaktır.

Servo olduğu takdirde maliyet açısından iş sadece servo ile bitmiyor sürücüleride bir hayli para tutuyor. Bu gün 4 - 5 tork bir servo motor 3 bin tl üzerinde zira sürücülerin fiyatıda motora yakın oluyor. Bence 0.9 derece yada 1.8 derece step + yüksek oranlı planet redüktör ile istediğiniz hassasiyeti fazlasıyla alırsınız. Sadece motorların torku çok düşük olmasın önemli olan duruş ve kalkışlarda adım kaçırmaması tork daha çok bu durumlarda ihtiyaç oluyor.

Ben bu konuda uzman değilim sadece zamanla edindiğim tecrübeler doğrultusunda fikirlerimi beyan ettim. Forumda daha uzman kişiler muhakkak vardır onlarında fikirlerini almakta yarar var.

Kardeş,arduino ile program yapıyorsun,step motor kullanıp hem puls gönderecen hemde enkoderlerden gelen dataları okuyacan vu bu işlemleri 3-4 motor için yapacan.Program içindeki en küçük gecikmeler step motorunun düzgün çalışmasını önleyecek.Bu iş arduino ile oldukca zor.Eger kullanabiliyorsanız arm tabanlı işlemci kullanmanızı tavsiye ederim.
Bana kalsa prototip çalışması için işi en önce en kolay nasıl başarırım,daha sonra maliyetleri nasıl düşürürüm mantıgı ile yola çıkardım.
İşin kolayı servo motor kullanmanız,en azından hedef verdiginizde geri bildirim almanıza gerek kalmaz.
Bu işde kinamatik bir sürü problem(atalet,hız konum vs) çıkacaktır.Önden keşfedemediginiz problemlere maruz kalmamak için motor güçlerini bir kademe yüksek seçip daha sonra gerekirse küçültürsünüz.
Prototip çalışmalarında maliyet ikinci planda olur,önemli olan işi görür cihazı üretmek.Olurmu olmazmı diye yola çıkarsanız olmama olasılıgı olma olasılıgından daha olası olur.Yapacam diyip yapacaksınız.
Kolay gelsin,inşallah projenizin çalışır vaziyette videosunu burdan izleriz.