StepFish Schrittmotor controller (3D-Druck)

[juh]

Hallo,

der ftPwrDrv-Controller ist bereits vorbestellbar und wohl kurz vor der Auslieferung. Mich reizt aber nun mal das Selbermachen, daher hier meine eigene Lösung. Sie ist theoretisch nachbaubar, aber gegenüber dem ftPwrDrv-Controller (und der Lösung von Frans) software-seitig und wahrscheinlich auch hardware-seitig eher im Nachteil. Pluspunkt ist aber der schönere Name: StepFish




Beim trainierbaren Roboterarm (hier ein aktuellerer Video), den ich als Demonstrator aufgebaut habe, dient StepFish mit einem Arduino-Bootloader als standalone Controller für die Minebea-Stepper und den Servo-Greifer und als I2C master, der das LCD steuert. Die Bedienung erfolgt über eine kleine IR-Fernbedienung, der Empfänger ist an einem der drei frei verwendbaren Pins angeschlossen, ein weiterer Pin treibt den Greifer-Servo. Perspektivisch soll StepFish aber als I2C-Slave arbeiten, ich arbeite noch an einem I2C-wrapper für die AccelStepper-Library.

Auf thingiverse finden sich nicht nur die .STLs für das Gehäuse sondern auch eine ZIP mit den Dateien zum Herstellen der einseitigen Platine. Deren Bestückung ist tricky, da die Anschlusspins auf der Kupferseite angebracht sind. Sollte tatsächlich jemand an einem Nachbau interessiert sein, bitte kontaktiert mich hier per PM oder auf thingiverse, dann liefere ich Details nach.

https://www.thingiverse.com/thing:3537610

lg
Jan

[PHabermehl]

Ach, ist der süß!

Gefällt mir sehr gut!

Gruß
Peter

[Arnoud-Whizzbizz]

Im Moment arbeite ich daran, wie ich meinen 'Zauberling' (Arduino-basierter Silberling) dazu bringen kann, eine Reihe von Schrittmotoren über I2C zu steuern. Dafür kann ich mir natürlich ein ftPwrDrive kaufen. Das kann (nach level-shiften, weil ich einen 3,3V I2C-Bus verwende) dafür verwendet werden, aber da ich noch einen ATmega328 IC und einige A4988-Treiber liegen habe, denke ich darüber nach, so etwas wie den StepFish zu machen.

Auf Thingiverse.com schriebst du: "StepFish firmware will be based on the AccelStepper library, basically offering an I2C-wrapper to provide AccelStepper functionality over I2C, with additional endstop configuration and optional servo/interrupt functionality."

Ich kann jedoch Ihre Software nicht finden, die es ermöglicht, den StepFish als I2C-Slave zu verwenden. Hat das jemals funktioniert? Oder ist es sinnvoller, dafür die Software des ftPwrDrive zu suchen, wenn ich selbst etwas basteln möchte?

Kurz gesagt, bevor ich anfange, etwas zu machen, muss ich schauen, was schon da ist und was andere schon gemacht haben.

[juh]

Hi Arnoud,
es gibt leider keine Version, die veröffentlichbar wäre, auch wenn ich das immer noch auf meiner Liste habe. Der Code von ftPwrDrive ist sicher die kompetentere und bessere Option.
Viel Erfolg
Jan

[Bjoern]

Hi Arnoud,

wobei ich sagen muss das Stefan die aktuelle Version noch nicht ins Git gepackt hat. Da geht es aber nur um die Unterstützung der aktuellen HW.
Die hat sich im Laufe der Zeit auch verändert und wurde dadurch an manchen Stellen etwas einfacher einzustellen. Das betrifft aber nur die Stromstärke und normalerweise änderst du das nicht .

Björn

[elektrofuzzis]

Hi,

AccelStepper ist recht einfach zum laufen zu bekommen. Die ersten Versuche auf dem ftPwrDrive liefen damit. Probleme bekam ich mit mehreren Steppern gleichzeitig.

Es gab für die chinesischen CNC Shields mal eine I2C Diskussion, die m.E. nie fertig wurde.

Der ftPwrDrive Code ist stark auf die HW zugeschnitten, hier gibt es demnächst eine neue Version mit optimierten Referenztastern. (Die gute Nachricht so nebenbei: ft Reedkontakte laufen am ftPwrDrive als End- und Referenztaster. Als Referenzpunkt sind sie massiv genauer als die Taster.)

Gruss

Stefan

[Arnoud-Whizzbizz]

Danke!

AccelStepper ist in der Tat sehr einfach, ich habe es schon ausprobiert mit ein Nema14. Aber ich habe mich gefragt, ob jemand bereits einen Master/Slave-Wrapper darum geschrieben hat (oder ob die Bibliothek selbst dies bereits unterstützt, konnte ich nicht sehen). Ich denke, dazu komme ich noch, aber probiere es erstmal über I2C ohne zweiten Arduino-Slave für meinen 'Zauberling'.

Schön, dass der ftPwrDrive noch weiterentwickelt wird! Es ist in der Tat nützlich, sofort einige Inputs zu haben, denke ich. Das hat mich auch mit der Idee des StepFish angesprochen. Der ftPwrDrive erscheint mir sehr schön und durchdacht! Ich werde das in Zukunft auf jeden Fall prüfen (obwohl ich wahrscheinlich auch den ft-Extender direkt mitbestellen muss)

Im Moment versuche ich zu sehen, ob ich ein Silberling mit einem PCF8575 herstellen kann. Es hätte dann acht konfigurierbare (TTL-Pegel) Eingänge (Referenztasten)/Ausgänge (Signal-LEDs) und wahlweise acht Treiberausgänge, vier normale Motorausgänge oder zwei Schrittmotorausgänge. Ich habe noch einen Satz DRV8833-Boards (einmal falsch bestellt, ich brauchte TB6612FNG), mit denen das möglich sein sollte (theoretisch, haha). Sie können vier PCF8575 auf dem I2C-Bus haben, also ist alles schön skalierbar.

Ich habe es gerade auf einem Steckbrett aufgebaut, also wenn ich es zum Laufen bringen kann...

PCF8575-test.jpg (191.93 KiB) 13273 mal betrachtet

[Bjoern]

Hallo Arnoud,

in Kürze produziere ich die nächste Charge vom ftPwrDrive. Das Projekt lebt natürlich noch.
Wir werden aber keine extremen Änderungen mehr an der Platine vornehmen. Die läuft ja gut.

Theoretisch kannst du dir ja einen eigenen Level Shifter bauen und brauchst dann den ft-Extender nicht.

Uns ging es bei beiden Projekten aber darum, das dieser jeder ganz einfach einsetzen kann und die Geräte auch passende ft-Gehäuse haben.
Somit kann jeder einfach in die Materie einsteigen und sich keine Gedanken machen, ob das Setup funktionieren könnte oder nicht.
Es läuft direkt und jeder kann dies innerhalb von 5 Minuten überprüfen.

Björn

[Arnoud-Whizzbizz]

Ja, ich verstehe deinen 'Drive' (haha), im Grunde will ich das Gleiche, aber genau wie du mag ich den Weg dorthin auch sehr! Und es führen mehrere Wege nach Rom

Ich denke, ich werde Ihre Schnittstelle auf jeden Fall ausprobieren und weiterverfolgen wollen! Ich möchte vorerst eine ziemlich spezifische Schnittstelle mit dem Silberling-Formfaktor, damit ich Programmierung und klassische Elektronik kombinieren kann.

Meine ersten Experimente gelingen übrigens mit den 16 voll programmierbaren Ein- und Ausgängen des PCF8575. Ich werde zuerst eine Bibliothek dafür schreiben, zur Verwendung mit dem 'Zauberling'.

Alles wird fortgesetzt. Ich werde deine Projekte sicher weiter verfolgen!

[juh]

AccelStepper ist in der Tat sehr einfach, ich habe es schon ausprobiert mit ein Nema14. Aber ich habe mich gefragt, ob jemand bereits einen Master/Slave-Wrapper darum geschrieben hat (oder ob die Bibliothek selbst dies bereits unterstützt, konnte ich nicht sehen).

Das Interessante ist, dass es um ein wenig mehr als einen Wrapper geht. Denn das polling per run() bzw. runSpeed() will man ja nicht über den I2C-Bus machen und ihn damit verstopfen. Dann könnte man auch gleich einen beliebigen I2C Bus-expander nehmen und braucht keinen Arduino mit Firmware. Der Slave sollte also eine kleine state-machine implementieren, die eigenständig die Stepper "pollt", das run()-commando müsste dann nur einmal über den Bus gehen. Womit dann aber auch gleich die Frage der Endstops mit auf dem Tisch hat. Die kann natürlich der Master überwachen, aber eleganter wäre, das macht der Slave auch gleich, v.a. wenn sie am Slave angeschlossen sind.

Alles lösbar und eher eine Fleißaufgabe, aber wie gesagt, es geht nicht um einen Wrapper, der einfach das AccelStepper-Interface 1:1 umsetzt.

vg
Jan

[Arnoud-Whizzbizz]

Ja, zu dieser Erkenntnis komme ich auch. Die Grundidee war ebenfalls, einen zweiten Prozessor zu verwenden, aber eine Art 'control-language' zu machen, mit der auf einer höheren Ebene über den I2C-Bus kommuniziert werden kann. Dies würde zwar weniger individuelle Kontrolle geben, würde aber für die meisten einfachen motorischen Aktionen ausreichen.

Aber ich stimme zu, dass mit 16 MHz eine Lösung ohne einen lokalen Treiber für den zweiten Arduino in Geschwindigkeitsprobleme geraten könnte. Zu viel Aufwand. Vor allem, wenn man auch noch die vierstufigen Signale komplett aufbauen muss, weil es noch über einen I/O-Expander läuft. Es könnte immer noch eine nette Idee sein, zu sehen, ob dies zum Beispiel mit einem ESP32 möglich ist. Spielerei

Ich lasse die Idee, Schrittmotoren zu steuern, jetzt für eine Weile stehen und stelle zuerst meinen I/O-Expander für TTL-Pegel-I/O und die Steuerung normaler DC-Motoren fertig. Ich denke auch, dass ich aus Kompatibilitätsgründen meine Spannung des I2C-Busses auf 5V anpassen werde. Vielleicht in einer zukünftigen Version mit einem Jumper einstellbar machen. Ebenso die Pullup-Widerstände.

Dann tauche ich in die Schrittmotoren ein und werde mit der Steuerung über A4988 oder TMC2100 spielen. Es war eher eine wilde Idee, Schrittmotoren über ein TB6612FNG-, DRV8833- oder L298N-Modul anzusteuern, aus Sicht der Flexibilität und rein, weil es theoretisch möglich ist.

Wenn es nur schnell und gut sein soll, melde ich mich beim Gundermann Software Webshop. Auf jeden Fall ist es schön zu wissen, dass diese Entwicklungen auch weitergehen, ich freue mich schon auf die neue Version dieser Schnittstelle!

[juh]

Ja, zu dieser Erkenntnis komme ich auch. Die Grundidee war ebenfalls, einen zweiten Prozessor zu verwenden, aber eine Art 'control-language' zu machen, mit der auf einer höheren Ebene über den I2C-Bus kommuniziert werden kann. Dies würde zwar weniger individuelle Kontrolle geben, würde aber für die meisten einfachen motorischen Aktionen ausreichen.
[...]
Dann tauche ich in die Schrittmotoren ein und werde mit der Steuerung über A4988 oder TMC2100 spielen. Es war eher eine wilde Idee, Schrittmotoren über ein TB6612FNG-, DRV8833- oder L298N-Modul anzusteuern, aus Sicht der Flexibilität und rein, weil es theoretisch möglich ist.

Alles klar. Zwei Gedanken noch: Bezüglich 'control language' für I2C und andere Schnittstellen gibt es eine Reihe von interessanten Lösungen wie z.B. CBOR, die gegenüber Ansätzen wie JSON kaum zusätzlichen Traffic verursachen, das Leben aber wesentlich leichter machen weil sie einem z.B. das leidige Encoding von floats etc. abnehmen und für die es entsprechende libraries (z.B. MicroCBOR) wie Sand am Meer gibt.

Und dann sind bei dem Thema natürlich auch immer noch die dezidierten Treiber wie AMIS−30622 oder TMC223 mit eigenem I2C Interface zu erwähnen, mit SPI gibt es auch einiges. IIRC hat Rey Vilo ein ft-Projekt mit dem TMC223 online. Einfacher, aber weniger flexibel und die Chips, geschweige denn fertige Module, gibt es nicht an jeder Ecke.
vg
Jan

[Bjoern]

Hallo Arnoud,

Wenn es nur schnell und gut sein soll, melde ich mich beim Gundermann Software Webshop

Betonung liegt dann wenn hier auf dem gut. Schnell kann jeder.

Du hast im ftPwrDrive eben alles drin und der kümmert sich autark um alles. Und du siehst, bis du den Punkt hast vergeht ein wenig Zeit.
Und du darfst natürlich gerne zm schnuppern bei mir im Shop vorbei schauen. Da findest du ja auch Bilder der Platine und bekommst so ein Gefühl über die ganzen Bauteile.

Björn

[Arnoud-Whizzbizz]

Ich hatte mir Ihren Webshop bereits angesehen. Aufbau und Funktionsweise des ftPwrDrive sind klar.

Was ich mit „schnell“ meinte, ist, wenn ich es lieber nicht selbst herausfinde, weil ich diesen Prozess selbst so sehr mag. Für mich liegt ein großer Teil des Reizes im Experimentieren.

[juh]

aber wie gesagt, es geht nicht um einen Wrapper, der einfach das AccelStepper-Interface 1:1 umsetzt.

Dank des Anstoßes durch die Nachfrage von Arnoud habe ich dieses schöne Projekt wieder vorgeholt und inzwischen vorläufig fertig gestellt:

https://github.com/ftjuh/AccelStepperI2C (oder direkt im Arduino Bibliotheksmanager)

Da ich den Servosupport nicht einfach nur dazu frickeln und das Ganze eher generisch einsetzbar wollte, ist es etwas grundständiger aufgesetzt. Es ist also nicht nur eine Firmware für den StepFish, sondern auch direkt verwendbar, um z.B. solche Shields per I2C anzusprechen. Neben klassischen AVR-Arduinos, die bei vielen Steppern im Microstepping-Betrieb an ihre Grenzen stoßen, werden als Slaves (und Master) auch ESP8266 und ESP32 unterstützt, natürlich auch im Mischbetrieb.

Auch wenn die firmware/das Projekt unter der Bezeichnung AccelStepperI2C läuft, ist der Kern ein allgemeiner I2C-wrapper, der Ressourcen des Slaves verfügbar macht und relativ leicht um weitere, optionale Funktionalitäten erweitert werden kann.

Aktuell enthalten ist als Basis die AccelStepper-Schnittstelle, die aus Sicht des Masters weitgehend identisch zum Original ist, nur dass die Schrittmotoren eben am I2C-slave hängen, wo sich die lokale state machine um alles kümmert. Neben Endstops lässt sich auch eine zusätzliche Interrupt-Verbindung konfigurieren, so dass der Master automatisch Bescheid bekommt, wenn ein Endstop oder ein vorgegebenes Ziel erreicht wird. Da Schrittmotoren gehörige Kräfte entwickeln können und die I2C-Kommunikation grundsätzlich fehleranfälliger ist, gibt es verschiedene Schutzmaßnahmen für Fehlervermeidung und -management.

Ähnlich funktionieren der Servo-support und der Pin-Control-Support, letzterer macht wie ein digitaler und analoger Port-Expander überschüssige Pins des Slaves per I2C nutzbar. Auch hier sind die Interfaces jeweils den Originalen nachempfunden, so dass man existierende Sketches mit relativ geringen Anpassungen auf den remote-Betrieb umstellen könnte. Prinzipiell ließe sich das System um weitere Funktionen wie z.B. das Ansprechen von DC-Motor-Controllern erweitern.

vg
Jan

[Arnoud-Whizzbizz]

Howdy, Bjoern, Juh und andere Handwerker. Es scheint mir ein sehr nützliches und lehrreiches Projekt zu sein, hatte nur eine Menge Dinge herumliegen, die noch nicht fertig waren. Endlich bin ich so weit, dass ich vorsichtig mit den Schrittmotoren verfahren kann. Hatte gehofft, es mit 28BYJ-48-Motoren und Juhs schönen Gehäusen (top!) von Thingiverse aufzubauen, aber leider sind diese Motoren jetzt zwei Monate unterwegs. Aber zwei Versionen dieser 'CNC-Boards' sind jetzt im Haus und der 'Probeaufbau' ist endlich fertig.

Wollte von Anfang an ordentlich experimentieren können, also musste erstmal ein Silberling-XXL gedruckt und die China-Fehler im Leiterplatten-Routing behoben werden.

Silberling-XXL-Case.jpg (126.51 KiB) 11642 mal betrachtet

Ich habe mir CNC Board V3 angesehen, es aber vorerst übersprungen. Obwohl dieses Board den Vorteil hat, dass es vier Motoren steuern kann, bietet Version 4 Platz für einen Arduino Nano, was es einfacher macht, es in ein eigenständiges Modul zu verwandeln.

Okay, ich bin an Bord. Testaufbau funktioniert mit drei NEMAs bei 12 V. Microstepping funktioniert auch wie erwartet. Vielleicht mal die direkte GRBL-Steuerung anschauen, dann spiele ich im Stepper-over-I2C.

Du hörst, wenn ich etwas weiter bin!

3x-Stepper-v4-Board.jpg (119.9 KiB) 11642 mal betrachtet

[juh]

Hey Arnoud,

das sieht klasse aus, ich bin gespannt auf die nächsten Schritte.

Falls übrigens jemand die CNC 4 boards noch nicht kennt, noch mal die ausdrückliche Warnung, dass die Microstepping-Jumper bei denen fehlerhaft verbuden sind und manuell korrigiert werden müssen, im Netz gibt es dazu verschiedene Anleitungen. Das 3er ist ok, braucht aber wie von Arnoud angemerkt mehr Platz, da es ein klassisches Arduino-Shield ist.

AccelStepperI2C entwickle ich übrigens gerade noch wie angedeutet weiter zu einem komplett modularen I2C-slave framework, das wird dann aber passender unter dem I2Cwrapper laufen.

vg
Jan

[Arnoud-Whizzbizz]

Das Gleichrichtermodul auf dem Bild ist ein bisschen Quatsch. Solange keine traditionellen Silberlinge im Setup verwendet werden, kann es gehen. In meinem Fall wird ein 'Zauberling' kommen, der das Ganze steuert. Ich hatte jetzt ein Testprogramm mit einigen netten Bewegungen der Motoren direkt in den Nano hochgeladen.

Mit diesem CNC-Board inklusive Nano sind Sie für weniger als 5 Euro einsatzbereit. Das V4-Board erforderte jedoch tatsächlich einige Anpassungen auf beiden Seiten des Boards. Da ich aber noch das nötige hinten anschließen wollte, war das ziemlich schnell erledigt. Die Motortreiber erhalten direkt 12 Volt von der externen Stromversorgung, der Vin des Nano (der auch 5V für die Treiber liefert) erhält nur 9 Volt von der universellen Stromversorgungsplatine unten.

Alle Schritteinstellungen können nun von sehr schnell (1/1) bis sehr präzise, ​​aber sehr langsam (1/16) mit den Jumpern vorgenommen werden. Jetzt mit A4988-Treibern, aber ich habe andere herumliegen (TMC2208 und TMC2100).

modifications.jpg (151.34 KiB) 11550 mal betrachtet

Im Moment möchte ich die G-Code-Sprache ein bisschen mehr erforschen und damit spielen. Dann Kontrolle über I2C. Ich habe bereits vorzeitig mit Steuerservos und zusätzlichen I/O über I2C gespielt, aber ich werde später damit fortfahren.

Leider wird das Wetter wieder schön...

[fishfriend]

Hallo...
Ich setzte schon länger das CNC (3) Shield mit meiner fischertechnik Fräse ein.
Beim G-Code gibt es verschiedene Varianten. Ich nehme dazu Estlcam, der das automatisch umsetzt und auch den Arduino entsprechend programmiert.
Es muss ja nicht unbedinngt eine Fräse sein die man ansteuert, man "kann" auch fischertechnik Roboter damit betreiben.
Zusätzlich hat man den Vorteil, dass man Zeichnungen improtieren kann, die dann in G-Code umgesetzt werden.
Man "kann" auch die G-Code Dateien selber noch ändern.
Mit freundlichen Grüßen
fishfriend
Holger Howey

[Arnoud-Whizzbizz]

Hallo Holger,

Guter Tipp, die 'Estlcam'! Ich habe mir auch "Grbl Controller" angesehen, aber beide Programme sind im Grunde Windows-Programme (ich bin hauptsächlich Mac/Linux). Aus diesem Grund bin ich bei einem (scheinbar hervorragenden) Java-basierten Open-Source-Programm UGS ('Universal Gcode Sender') gelandet, das anscheinend auch alle von Ihnen genannten Möglichkeiten (und vielleicht sogar noch mehr) völlig kostenlos auf allen Plattformen bietet.

Siehe https://winder.github.io/ugs_website/