5-Achs-Arm für Mecanum Wheel Roboterbasis PDF Drucken E-Mail
Geschrieben von: Malte   
Mittwoch, den 08. April 2015 um 12:52 Uhr

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Mir gefiel die Idee, auf meiner Mecanum Wheel Plattform einen Arm zur Verfügung zu haben - ähnlich dem Kuka youBot. Es zeigte sich, dass mit den Antriebsmodulen, die ich für meine Mecanum Wheel Plattform gebaut habe, auch eine versuchsweise sehr simpel umgesetzte Positionsregelung auf Anhieb recht gut funktionierte. Weil ich außerdem noch einige Exemplare der Platine für die Module übrig habe, lag nahe, die Module als Stellmotoren für einen robotischen Arm zu verwenden. Der Arm ist aktuell mit fünf Achsen geplant. Die ersten drei Achsen wurden auf Grundlage der Antriebsmodule aufgebaut, für die zwei noch nicht aufgebauten Achsen des Arms werde ich etwas kleinere Getriebemotoren verwenden.

Die Abtriebswellen der Getriebemotoren, auf denen die Antriebsmodule basieren, sind (zumindest radial) recht solide gelagert. Die ersten zwei Achsen des Arms werden direkt von den Getriebemotoren angetrieben, ohne zusätzliche Lagerung. Die erste Achse dreht dabei den gesamten Arm. Dass der Motorabtrieb dabei axial belastet wird, ist zugegebenermaßen nicht ganz optimal. Die zweite Armachse wird ebenfalls direkt angetrieben und schwenkt den Unterarm. Insgesamt ist der mechanische Aufbau im Prinzip sehr simpel, die Konstruktion basiert im Wesentlichen auf Aluminiumblechen. Zum Anschluss an die Motorwelle wurde eine Flanschnabe aus Aluminium angefertigt. Die Bohrung in der Nabe wurde auf Passung für die Welle aufgerieben, eine Spannhülse sperrt die Motorwelle in der Nabe.

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Hätte ich für die dritte Achse (diejenige, die den Oberarm schwenkt) den Motor ebenfalls direkt zum Antrieb verwendet, wäre die zweite Achse durch das relativ hohe Gewicht des Motors über den Hebel des Unterarms schon recht stark belastet worden. Das hätte die Payload des gesamtem Arms deutlich verringert. Deswegen wurde hier die Drehachse vom Motor getrennt. Ich verwende dazu einen Zahnriemen. Um die zweite Achse zu entlasten, wurde der Getriebemotor so angeordnet, dass er als Gegengewicht dient: der eigentliche Motor für die dritte Achse liegt hinter dem Lagerpunkt der zweiten Achse, wie man auf den Bildern weiter unten erkennt.

Zur Lagerung der dritten Achse wurden zwei PVC Buchsen angefertigt, die in die Bleche, die den Unterarm bilden, eingepresst wurden. In den Buchsen läuft eine eloxierte Aluminiumwelle, auf der ein Zahnriemenrad befestigt wurde. Das Rad wurde soweit aufgerieben, dass es auf die Alu-Welle gepresst werden konnte, und dann durch eine Spannhülse fixiert. Axial läuft das Rad gegen die Lagerbuchsen.

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Das Zahnriemenrad am Motor wurde ebenfalls auf Passung aufgerieben, auf die Motorwelle gepresst und durch eine Spannhülse gesichert. Das Rad auf Motorseite ist etwas kleiner als sein Gegenüber, es ergibt sich also noch eine leichte Untersetzung und Drehmomenterhöhung für die dritte Achse.

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Der Unterarm ist erstmal nur eine Art Platzhalter, aber an dem Bauprinzip werden ich festhalten. Was nicht so bleiben kann wie es jetzt ist, ist die Verbindung des Unterarms mit seiner Welle. Das ist aktuell eine einfache Verschraubung ohne jeden Verdrehungsschutz. Bei Belastung löst sich je nach Richtung - erwartungsgemäß - eine der Schrauben. Ich werde zunächst mal versuchen, ob ich mit einer großen Unterlegscheibe und einer gekonterten Verschraubung an diese Stelle die nötige Verbindungsstabilität erreichen kann.

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Test der ersten drei Achsen | Um einen Eindruck von der Funktion der ersten drei Achsen zu bekommen, habe ich die Motoren einfach direkt mit zwei unterschiedlichen Spannungen (5V und 12V) versorgt und dabei die Polarität ein paar Mal gewechselt. Der erste Freiheitsgrad hat etwas viel Spiel, wie man bei hohen Winkelgeschwindigkeiten (insb. im zweiten Freiheitsgrad) sieht. Zum einen ist dafür das axiale Lagerspiel verantwortlich (gegen das ich nichts machen kann). Zum anderen habe ich die Flanschbuchse für die erste Achse etwas zu weit aufgerieben, das macht sich jetzt als Spiel bemerkbar. Da werde ich mittelfristig eine neue Buchse anfertigen.

Fortsetzung folgt!

 

Zuletzt aktualisiert am Dienstag, den 14. April 2015 um 14:56 Uhr
 

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