Delta Roboter

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davidrpf
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Delta Roboter

Beitrag von davidrpf » 07 Apr 2019, 12:35

Hallo zusammen,

nachdem ich den Polarkoordinatenplotter schweren Herzens wieder in Einzelteile zerlegt habe, möchte ich nun mein aktuelles Projekt vorstellen: Ein fischertechnik Delta-Roboter, der über einen Arduino gesteuert wird. Delta-Roboter, die eine spezielle Form der parallel Kinematik aufweisen, gibt es im Bilderpool aktuell nur wenige. Ausdrücklich erwähnen möchte ich daher den Delta 3D Drucker von Severin, der allerdings über einen prismatischen Antrieb verfügt: https://ftcommunity.de/categories736b.html?cat_id=3262

Im Gegensatz dazu habe ich mich für eine Konstruktion mit drehbaren Schenkeln entschlossen, die höhere Geschwindigkeiten ermöglicht: Folgendes Video gibt einen kurzen Überblick über Kinematik, Arbeitsbereich und Geschwindigkeit des Roboters: https://youtu.be/WYtq_7WfIS0

Die drei Achsen werden jeweils über Schrittmotoren angetrieben, um sowohl eine hohe Positioniergenauigkeit, als auch schnelle Verfahrbewegungen zu erreichen. Gesteuert wird der Roboter über den Arduino Mega mit Shield, den ich bereits zur Steuerung des Polarkoordinatenplotters verwendet habe. Eine der größten Schwierigkeiten besteht darin, die Schwingungen des Roboterarms zu reduzieren. Dies habe ich mit einem Leichtbaukonzept umgesetzt: Jedes Parallelogramm besteht aus einer Messing- sowie einer Kunststoffstange. Diese Konstruktion ermöglicht, dass die bewegte Masse auf ein Minimum reduziert wird, ohne dass Einbußen bei der Steifigkeit in Kauf genommen werden müssen.

Das Projekt ist noch nicht abgeschlossen. Der nächste logische Schritt wäre ein praktisches Anwendungsbeispiel für Delta Roboter....

Konstruktive Grüße
David
Polarkoordinaten Plotter https://youtu.be/u6XwKxZuxqk
Autofabrik: https://youtu.be/mX9JWcca6kQ

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steffalk
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Re: Delta Roboter

Beitrag von steffalk » 07 Apr 2019, 13:19

Tach auch!

Wow. Klasse! Da muss ich einfach mit der Tür ins Haus fallen und mindestens einen Beitrag für die ft:pedia erbitten. Insbesondere die Mathematik dahinter ist doch sicher ganz extrem spannend. Und natürlich auch, wie Du die Bahnsteuerung so flott hinbekommen hast.

Gruß,
Stefan.

tintenfisch
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Re: Delta Roboter

Beitrag von tintenfisch » 07 Apr 2019, 19:45

davidrpf hat geschrieben:[...]
Im Gegensatz dazu habe ich mich für eine Konstruktion mit drehbaren Schenkeln entschlossen, die höhere Geschwindigkeiten ermöglicht: Folgendes Video gibt einen kurzen Überblick über Kinematik, Arbeitsbereich und Geschwindigkeit des Roboters: https://youtu.be/WYtq_7WfIS0
[...]
Sehr schön und elegant um nicht zu sagen "anmutig"!

Gefällt mir sehr gut.

juh
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Re: Delta Roboter

Beitrag von juh » 07 Apr 2019, 23:09

Hallo David,

sehr beeindruckend! Ich muss gestehen, dass ich eine so leichtfüßige, flotte und präzise 3D-Ansteuerung mit ft nicht für möglich gehalten hätte. Natürlich stellt sich die Frage, wie sich eine Nutzlast dann im Anwendungsfall auswirkt, aber auch als reine Demonstration ja schon ein tolle Stück.

Programmierst Du die Ansteuerung komplett selbst oder setzt Du Vorhandenes ein? Z.B. die AccelStepper-Library oder 3D-Drucker Firmware für Kossel/Rostock etc.?

lg
Jan
Meine fischertechnik Designs für den 3D-Druck: https://www.thingiverse.com/juh/designs

geometer
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Re: Delta Roboter

Beitrag von geometer » 08 Apr 2019, 01:07

Hallo David,

ein erstklassiger Delta-Roboter! Er ist dem Delta-Roboter aus unserem Buch "fischertechnik Roboter mit Arduino" gar nicht mal so unähnlich. Den habt Ihr, Stefan und Du, Euch übrigens beide auf der Convention 2017 angeschaut, das aber wohl wieder vergessen? Ich kenne das natürlich: Als Aussteller blickt man manchmal durch andere Modelle hindurch.

Ein Foto von der Convention 2017: http://ftcommunity.de/details59fb.html?image_id=46683

Und ein Video, in dem unser Delta das Spiel Solitaire in 1 min 20 s löst: https://youtu.be/na5otsiuvfA

Viele Grüße

Thomas

davidrpf
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Re: Delta Roboter

Beitrag von davidrpf » 08 Apr 2019, 09:29

Hallo zusammen,
steffalk hat geschrieben:Wow. Klasse! Da muss ich einfach mit der Tür ins Haus fallen und mindestens einen Beitrag für die ft:pedia erbitten. Insbesondere die Mathematik dahinter ist doch sicher ganz extrem spannend. Und natürlich auch, wie Du die Bahnsteuerung so flott hinbekommen hast.
Danke für das Lob! Im Moment möchte ich nicht zu viel versprechen, aber ich könnte mir vorstellen, einen Beitrag zu erstellen: Zeitplan ca. Q2 / Q3
juh hat geschrieben: sehr beeindruckend! Ich muss gestehen, dass ich eine so leichtfüßige, flotte und präzise 3D-Ansteuerung mit ft nicht für möglich gehalten hätte. Natürlich stellt sich die Frage, wie sich eine Nutzlast dann im Anwendungsfall auswirkt, aber auch als reine Demonstration ja schon ein tolle Stück.
Die Schrittmotoren sind eigentlich schon recht leistungsfähig. Man könnte die Nutzlast beispielsweise erhöhen, indem ich das Geschwindigkeitsprofil anpasse. Statt 100% nur noch 60-80%, das bringt schon recht viel und der Roboter ist dadurch nicht wirklich "langsamer". Grundsätzlich ist die Nutzlast bei Delta-Robotern im Pick&Place Bereich eher gering.
juh hat geschrieben:Programmierst Du die Ansteuerung komplett selbst oder setzt Du Vorhandenes ein? Z.B. die AccelStepper-Library oder 3D-Drucker Firmware für Kossel/Rostock etc.?
Bis jetzt habe ich die Steuerung selber programmiert (ich hab sie vom Polarkoordinaten Plotter übernommen). Die Inverse Kinematik basiert hauptsächlich auf einem paper von Robert L. Williams II (Ohio University), die ich selbst implementiert habe und nur an wenigen Stellen in puncto Rechenzeit optimiert habe. Ich plane allerdings, mir die 3D Drucker Firmware mal anzuschauen, da gerade im Breich Trajektorienplanung noch Optimierungsbedarf besteht.
geometer hat geschrieben:ein erstklassiger Delta-Roboter! Er ist dem Delta-Roboter aus unserem Buch "fischertechnik Roboter mit Arduino" gar nicht mal so unähnlich. Den habt Ihr, Stefan und Du, Euch übrigens beide auf der Convention 2017 angeschaut, das aber wohl wieder vergessen? Ich kenne das natürlich: Als Aussteller blickt man manchmal durch andere Modelle hindurch.
Stimmt, jetzt erinnere mich wieder an deinen Delta-Roboter! Hatte der nicht eine Nunchuck-Steuerung an dem Tag?

Gruß
David
Polarkoordinaten Plotter https://youtu.be/u6XwKxZuxqk
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geometer
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Re: Delta Roboter

Beitrag von geometer » 08 Apr 2019, 20:44

davidrpf hat geschrieben:Stimmt, jetzt erinnere mich wieder an deinen Delta-Roboter! Hatte der nicht eine Nunchuck-Steuerung an dem Tag?
Ja, genau. Das sieht man auch auf Dirks zweitem Foto: http://ftcommunity.de/details6765-2.html?image_id=46684

davidrpf
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Re: Delta Roboter

Beitrag von davidrpf » 28 Jul 2019, 08:31

Hallo zusammen,

wie angekündigt hat der Delta Roboter nun noch eine konkrete Aufgabe erhalten: Wie es auch bei industriellen Anwendungen üblich ist, setzte ich den Delta Roboter dank seiner schnellen und präzisen Bewegungen für eine Pick and Place Anwendung ein.

Die Aufgabe des Roboters besteht darin, bunte Steinchen von einem Förderband zu greifen und nach ihrer Farbe zu sortieren. Die Bewegung der Steine wird erstmalig beim Durchqueren einer Laserlichtschranke erfasst. Über den Encodermotor wird die Momentangeschwindigkeit des Förderbandes gemessen (dies ist notwendig, da der Encodermotor mit Gleichstrom betrieben wird und bereits kleine Veränderungen der Spannung sich erheblich auf die Bandgeschwindigkeit und damit die Genauigkeit der Maschine auswirken). Aus diesen Informationen wird berechnet, wie der Delta Roboter angesteuert werden muss, um den Stein zu greifen.

Das folgende Video gibt einen Eindruck über die Pick and Place Aufgabe: Delta Roboter als Pick and Place Roboter

Besonders elegant wäre es nun noch, wenn die Position der Steinchen nicht nur in Bandrichtung, sondern auch quer dazu erfasst werden könnte...

Gruß,
David
Polarkoordinaten Plotter https://youtu.be/u6XwKxZuxqk
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steffalk
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Re: Delta Roboter

Beitrag von steffalk » 28 Jul 2019, 12:45

Tach auch!

Dass die Maschine so schnell und dabei immer noch genau genug arbeitet, ist eine echt starke Leistung. Klasse!

Schwer beeindruckt,
Stefan

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DirkW
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Re: Delta Roboter

Beitrag von DirkW » 28 Jul 2019, 14:44

Hallo David,

tolles Modell, Gratulation von mir. :D

Damit du auch die Steine quer greifen kannst, würde ich über dem Transportband
die Kamera von fischertechnik installieren und dann die X-Werte des Werkstücks auslesen.

Grüße
Dirk

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Re: Delta Roboter

Beitrag von ThanksForTheFish » 28 Jul 2019, 18:19

Einfach spitze. Eine hervorragende Demonstration was mit fischertechnik alles möglich ist.
Eine tolle Idee bestens umgesetzt.

Viele Grüße, Ralf
Samstag, 16.11.2019 Stammtisch in Wennigsen

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Harald
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Re: Delta Roboter

Beitrag von Harald » 28 Jul 2019, 22:16

Ich bin komplett begeistert!

Anstelle der Messingstangen könnten Fahrradspeichen noch etwas an träger Masse einsparen. Zur Adaptierung muss dann irgendwas mit Gewinde m2 am einen Ende hin; das andere Ende mit dem gekröpften Kopf ist ein bisschen 'tricky'.

Nur eine ganz banale Frage: woher kommt der schwarze Winkelstein 60° mit drei Nuten? Von ft kenne ich den nur in rot, als #31918.

Gruß,
Harald

PS: womit macht/bearbeitet man eigentlich diese Art von Videos?
--- Ich liebe es, wenn ein Modell funktioniert. ---

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Re: Delta Roboter

Beitrag von davidrpf » 29 Jul 2019, 07:22

Vielen Dank für euer Lob!
DirkW hat geschrieben:Damit du auch die Steine quer greifen kannst, würde ich über dem Transportband
die Kamera von fischertechnik installieren und dann die X-Werte des Werkstücks auslesen.
Danke für den Hinweis. Ich sollte mal prüfen, wo ich eine Kamera anbringen könnte, sodass der Deltarobter (bzw. dessen bewegter Endeffektor) nicht den Aufnahmebereich der Kamera stört. Gegebenenfalls müsste man die Kamera schräg zum Band anbringen. Außerdem bleibt zu prüfen, ob die Datenauswertung schnell genug erfolgen kann, denn das Motion Tracking ist eine sehr zeitkritische Routine derzeit.
Harald hat geschrieben:Anstelle der Messingstangen könnten Fahrradspeichen noch etwas an träger Masse einsparen. Zur Adaptierung muss dann irgendwas mit Gewinde m2 am einen Ende hin; das andere Ende mit dem gekröpften Kopf ist ein bisschen 'tricky'.
Die Messingstangen mit abgeflachtem Kopf sind eigentlich aus der Motivation heraus entstanden, Rastbauteile (insbesondere Zahnräder) formschlüssig mit einer Metallachse verbinden zu können, für bessere Präszision, Dauerlauf- und Verschleißeigenschaften. Im ft Sortiment gibt es sowas derzeit nur beim 3D Drucker. Aber stimmt, Fahrradspeichen sind auch eine gute Alternative. Ich schau mal, was sich da machen lässt...
Harald hat geschrieben:Nur eine ganz banale Frage: woher kommt der schwarze Winkelstein 60° mit drei Nuten? Von ft kenne ich den nur in rot, als #31918.
Hehe, da hab ich auch etwas getrickst: Der schwarze Winkelstein ist ein 3D Druckbauteil. Im Gegensatz zum roten #31918 ist sein Inkreisradius deutlich größer, sodass mittig noch Platz für eine 4mm Bohrung zur Schlauchdurchführung ist. Ich habe das Teil gerade eben auf Thingiverse geladen, sodass du es mal dreidimensional anschauen kannst: https://www.thingiverse.com/thing:3777279
Harald hat geschrieben:
PS: womit macht/bearbeitet man eigentlich diese Art von Videos?
Aufgenommen habe ich das Video mit meinem Smartphone unter Berücksichtigung einiger der vielen guten Hinweise zum Thema Modellfotographie aus der ftPedia. Wichtig ist vor allem viel Licht, dann kommen Farben und Details meist schon recht gut raus. Die älteren Videos auf dem Kanal sind üblicherweise mit iMovie geschnitten, das aktuelle mit Adobe Premiere Rush (da gibt es aktuell eine Testversion mit bis zu 3 Exporten). Rush untersützt unter anderem diese Textboxen, sodass sich einzelne Baugruppen nochmal einzeln hervorheben lassen. Im Prinzip sind beide Programme kostenlos, auf das nötigste beschränkt und sehr intuitiv in der Anwendung.

Gruß
David
Polarkoordinaten Plotter https://youtu.be/u6XwKxZuxqk
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Re: Delta Roboter

Beitrag von davidrpf » 29 Jul 2019, 10:22

ThanksForTheFish hat geschrieben:Eine hervorragende Demonstration was mit fischertechnik alles möglich ist.
Und um für die Möglichkeiten des ft Systems etwas Werbung zu machen, hab ich auf Hackster einen kurzen englischsprachigen Beitrag verfasst: https://www.hackster.io/ArduinoFT/pick- ... ega-3eff40
Hackster ist eine internationale Community, die meisten Projekte dort befassen sich mit dem Thema Mikrocontroller und Elektronik. Viele der Mitglieder, die Fischertechnik noch gar nicht kannten, sind überrascht, welche Möglichkeiten das System bietet. Beim Plotter gab es sogar schon Anfragen nach einem Bausatz :D
Polarkoordinaten Plotter https://youtu.be/u6XwKxZuxqk
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Re: Delta Roboter

Beitrag von steffalk » 29 Jul 2019, 18:07

Tach auch!

Den hackster.io-Beitrag hab ich doch gleich mal völlig zurecht "respected" :-)

Notiz: Unter https://www.hackster.io/nanoframework finden sich auch ein paar nanoFramwork-Sachen mit fischertechnik.

Gruß,
Stefan

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Harald
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Re: Delta Roboter

Beitrag von Harald » 29 Jul 2019, 19:32

Vielen Dank für die Video-Hinweise. Ich habe da ziemlichen Nachholbedarf.

Das Durchgangsloch im 60er Winkel habe ich jetzt auch wahrgenommen. Umppf, klar, irgendwo muss der Stift drin stecken, der da den Taster drückt.

Zu den Messingstangen noch was: zumindest die kurzen quer eingebauten Teile sind deutlich als massiv erkennbar. Die langen Teile sind es vermutlich auch. Das muss ja nicht sein. Im Baumarkt gibt es Messingrohre in vielen Durchmessern, im Modellbauhandel alle Durchmesser bis mindestens 15 mm in verschiedenen Wandstärken. Ähnliches gilt auch für Alu - da lohnt sich ein bisschen Stöbern vor Ort. Online wird erfahrungsgemäß lange nicht alles angezeigt. Gerade langgestreckte Teile wären auch umständlich und teuer zu Versenden.

Mit einem 3D-Drucker sieht das mit Adaptern von Rohr/Speiche auf ft natürlich auch wieder anders aus!

Gruß,
Harald
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Re: Delta Roboter

Beitrag von davidrpf » 30 Jul 2019, 08:40

Harald hat geschrieben: Zu den Messingstangen noch was: zumindest die kurzen quer eingebauten Teile sind deutlich als massiv erkennbar. Die langen Teile sind es vermutlich auch. Das muss ja nicht sein. Im Baumarkt gibt es Messingrohre in vielen Durchmessern, im Modellbauhandel alle Durchmesser bis mindestens 15 mm in verschiedenen Wandstärken. Ähnliches gilt auch für Alu - da lohnt sich ein bisschen Stöbern vor Ort. Online wird erfahrungsgemäß lange nicht alles angezeigt. Gerade langgestreckte Teile wären auch umständlich und teuer zu Versenden.
Ja, alle verwendeten Messingstangen sind massiv. Die Idee, diese durch Rohre zu ersetzen finde ich super. Beim Kauf der Stangen hatte ich sogar zunächst schon ein (passendes) Messingröhrchen in der Hand, da in meinem Baumarkt das Rundmaterial ausschließlich nach Material und Außendurchmesser sortiert ist. Manchmal muss man einfach "out of the box" denken".... Vielen Dank für den Hinweis!

Gruß,
David
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Masked
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Re: Delta Roboter

Beitrag von Masked » 30 Jul 2019, 16:07

Hallo David,
sieht gut aus!
Was zur weiteren Präzisierung auch noch helfen könnte, wäre die Versteifung des Traggestells. Die Winkelträger-Konstruktion schwingt doch noch ganz ordentlich mit.
Grüße,
Martin

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Re: Delta Roboter

Beitrag von davidrpf » 30 Jul 2019, 16:48

Hallo Martin,

das ist ein guter Einwand. In einem Video des Roboterherstellers Fanuc kann man ganz gut sehen, wie massiv die Tragkonstruktion des Roboters ist, obwohl dieser bloß wenige Gramm schwere Bauteile handelt.

Die U-Träger können immerhin die Durchbiegung des horizontalen Trägers aufgrund des doch relativ schweren Roboters (ca. 2kg, hauptsächlich aufgrund der Motoren und Kugellager) gut abmindern. Problematisch sind aber insbesondere die Winkelträger. Statikstreben zur Versteifung bringen gar nichts (ich habe die Aufschwingung hierfür mit einer Zeitlupenaufnahme analysiert), lediglich eine deutlich massivere Ausführung mit zusätzlichen , im 45° Winkel stehenden Winkelträgern (siehe auch Fanuc Video) könnte Abhilfe schaffen. Optimalerweise sollte ich die Trägerkonstruktion eigentlich mit Alus (z.B. Makerbeam) verstärken.

Alternativ kann man den Roboter auch von unten an einer Tischplatte mit Schraubzwingen festklemmen, solang der Tisch sehr massiv ist. Dadurch ist der Roboter nur leider nicht mehr portabel.

Gruß,
David
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