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workshopsundtutorials:mechatronik

Mechatronik

Die Seite befindet sich noch im Aufbau, Inhalte sind noch nicht aufbereitet sondern kurzerhand abgeladen.

Motoren und Servos mit Arduino ansteuern und Stellungswechsel auslesen

Schrittmotoren ansteuern, bipolare und unipolare Schrittmotoren.

Betrieb von Gleichstrommotoren mit Verwendung von Sperrdioden
Gleichstrommotoren Drehzahlregulierung mit PWM
Gleichstrommotoren mit H-Brücke ansteuern
Mit einem MOSFET starke Ströme schalten

Rotation messen: Encoder übersicht (optisch, Hall effekt, Quadratur) und auslesen
Das gleiche Thema hier noch einmal noch ausführlicher.

Vorstellung eines Motor-Kontrollsystems

Spannungskonverter

Einführung in Servos, deren Ansteuerung via GPIO oder PCA9685 Shield, sehr gründliches Einführungsvideo (45 Min.), jede Zeile des Beispielcodes wird erklärt. Das Video behandelt im Detail:

Auf der zum Video gehörenden Webseite steht nochmal alles schriftlich.

Exkurs zum Verständnis:
Funktionsprinzip von Gleichstrommotoren mit Kohlebürsten Teil 1, und Teil 2.

Einsteig in den Bau von Robotern

Hier ist eine ausführliche Dokumentation eines Roboterbaus (insgesamt 3 1/2 Stunden lang) von DroneBot Workshop. Sämtliche Informationen sind auch schriftlich auf der dazugehörigen Webseite enthalten.

Der Roboterwettbewerb FIRST für Schüler bietet Lernmaterialien für den Bau von Robotern, (Programmierung spielt dabei eine untergeordnete Rolle, da nach 15 Sekunden autonomer Fahrt die Roboter mit Gamecontrollern gesteuert werden). Da sich das Programm an Einsteiger ohne Vorkenntnisse richtet sind viele der dort behandelten Themen auch für Hobbyeinsteiger interessant. Eine Hürde stellt dabei die im FIRST-Wettbewerben verwendete Hardware dar, die sehr teuer ist.
Beispielsweise die verschiedenen mechanischen Lösungen für Manipulatoren oder Antriebe die von über 3000 Roboter bauenden Teams im Rahmen der FIRST Roboterwettbewerbe entwickelt wurden können für unterschiedliche Mechanismen eine Inspirationsquelle sein. Die limitierung auf 12V gewährleistet eine sichere Arbeitsumgebung (Brände können entstehen oder die Batterie kann expolodieren, lebensgefährlich ist diese Spannung aber nicht).

https://www.firstinspires.org/resource-library/ftc/robot-building-resources

Advanced robot electrical design

Hier ein Beispiel für eine Übersicht an Manipulatoren

FIRST-Roboter auf einem virtuellen Spielfeld simulieren

Die Software Autodesk Synthesis ist eine Simulationsumgebung für in Inventor und Fusion 360 erstelle Roboter um Modelle virtuell zu testen. Das ermöglicht, das Design zu testen und Iterationen davon zu testen ohne diese zu bauen, wie in diesem Video vorgeschlagen. Rund um die FIRST-Roboter hat sich ein ganzes System an Testsoftware und interessanten Zubehörsystemen entwickelt, hier ist ein Überblick über die Dokumentation.

Jetzt noch was komplett anderes: Ein Arm mit mehreren Freiheitsgraden.

Maschinenbau

Rahmenkonstruktion mit Actobotix-Elementen im Vergleich zu Tetrix-Elementen. Beide Systeme sind in Deutschland aber schlecht verfügbar und haben nicht das metrische System.
In Deutschland verfügbare Profilsystemhersteller: Item, Talux, Bosch, MayTec, RK Rose und Krieger, z.B. von hier, die Preise fangen bei 12€/m an, mit Winkelaussteifungen etc. kommen da schnell höhere Beträge zusammen.
Rahmen lassen sich auch in Holz und Metall fertigen, allerdings lassen sich Konstruktionen aus Profilsystemen leichter abändern. Holz ist am günstigsten, Schichtsperrholz verzieht sich nicht.

Einführung zu Getrieben: Üblich für Robotik ist eine Steigerung des Drehmoments durch verringern der Drehzahl.
Effizienz von Getrieben ist in der Praxis geringer, durch Reibungsverluste.
Überblick über Getriebevarianten: Stirnradgetriebe, Planetengetriebe, Kegelräder, Schneckengetriebe, Umlaufspindeln, Wellgetriebe
Gegenüberstellung von Getriebe vs. Zahnrad und Kette
Tutorial zu Getrieben
Strain wave drives aka Harmonic drives aka Wellgetriebe

Überblick über verschiedene Konstruktionen von Linearführungen
Support Mechanismen für lineare Bewegung im Tetrix-System
Lineare Bewgung mit Zahnstange und Ritzel vs. Rollen
Linear actuators oder Linearantriebe arbeiten mit einer Umlaufspindel, haben dadurch ein starkes Drehmoment, sind aber laut und langsam.

Übersicht über unterschiedliche Räder (omnidirektional und andere)

Kinetik

Diese Youtube-Video Playlist behandelt sehr praxisorientiert die Themen

  • Bewegungen durch Winkeleinstellungen
  • Lineare Bewegungen
  • Transfer von Bewegung
  • Präzision vs. Genauigkeit
  • Mechanische Strukturen(Werkstoffe) und deren Eigenschaften
  • Überblick über gängige Werkzeuge
  • Kontrollsysteme (gehört eigentlich zur Mechatronik)
  • Motorkontrollsysteme (gehört eigentlich zur Mechatronik)

Dieses Video zeigt anhand eines einfachen Arms den Einsatz inverser Kinematik im 2-dimensionalen Raum.

Diese Youtube-Video Playlist beleuchtet ausführlich die mathematischen Hintergründe der Themen

  • Beschreibung von Bewegungen im 3dimensionalen Raum
  • Und weitere, Liste ist noch in Arbeit.

Zu der Playlist gibt es auch einen kostenpflichtigen Onlinestudiengang auf Cursera, ein Skript zu den Inhalten ist kostenlos verfügbar.

workshopsundtutorials/mechatronik.txt · Zuletzt geändert: 03.03.2021 11:08 von felix