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Willkommen beim Wiki des Mechatroniklabors an der Hochschule Hamm-Lippstadt.

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Allgemeines

Komponenten

Gecko Drive

Die optoentkoppelten Eingänge bei Geckodrives sollten nicht gegen Masse, sondern gegen +5V geschaltet werden.

Der Regler im Gecko arbeitet analog und nicht über einen Microcontroller. Die interne Schaltung besteht aus ein paar digitalen Standard-IC's (Zähler, Addierer, Flip-Flops, Schmitt-Trigger-Nand-Gatter), OPV's, DA-Wandlern und einigen passiven Bauteile.

Über DIP-Schalter kann man den maximalen Motorstrom einstellen, der bis 7A betragen kann.

Quelle: http://linuxwiki.de/EMC/ServoGecko

Schrittmotoren

Ein Schrittmotor ist ein Synchronmotor. Der Rotor kann durch ein gesteuertes, schrittweise rotierendes elektromagnetisches Feld der Statorspulen um einen minimalen Winkel (Schritt) gedreht werden. Es kann man in mehreren Schritten jeder Drehwinkel, wenn er ein Vielfaches des minimalen Drehwinkels ist, realisiert werden.

Mit einem Schrittmotor kann ohne aufwendige Wegstreckenerkennung genaue Positionen anfahren. Da Schrittmotoren exakt dem außen angelegten Feld folgen können, ist ein Betrieb ohne Sensoren zur Positionsrückmeldung möglich. Da alle Schritte im Links- und Rechtslauf gezählt werden, erkennt die Elektronik immer die exakte Position der Achse. Wie groß ein Schritt ist, hängt vom jeweiligen Motor ab, aber zumeist beträgt ein Schrittwinkel 1.8°, sodass mit 200 Schritten eine Umdrehung realisiert werden kann.

Man unterscheidet grundsätzlich zwei verschiedene Schrittmotormodelle. Der unipolare Schrittmotor hat zwei Spulen mit einem jeweiligen Mittelabgriff. Für ihn ist eine Spannung ausreichend. Der bipolare Schrittmotor hat mit vier Spulen und polt die Spannungen kontinuierlich um.

Wird ein Schrittmotor durch ein externes Lastmoment oder durch die anzutreibende Masse beim starken Beschleunigen überlastet, kann der Rotor dem Drehfeld nicht mehr folgen. Es werden Schritte übersprungen und eine korrekte Information über die aktuelle Position des Rotors ist nicht verfügbar. Bei einem solchen Schrittverlust springt der Motor in die vorherige oder nächste Position gleicher Phase. Auftretende Schrittverluste summieren sich und führen dann zu einer ungenauen Positionierung. Sanftes Anfahren und Verzögern ist für höhere Geschwindigkeiten in jedem Fall zu empfehlen, um Schrittverlust zu vermeiden.

Die Kenngrößen eines Schrittmotors: • Schrittwinkel, das heißt der Winkel für einen Vollschritt. Ein Vollschritt tritt bei der Umschaltung des Stromes von einer Wicklung auf die nächste auf. • Phasenanzahl • Schrittanzahl n pro Umdrehung • maximaler Strangstrom I • ohmscher Spulenwiderstand R • Spuleninduktivität L • Drehmoment im Stand (Haltemoment) für einen gegebenen Strom und Drehmomentverlauf mit steigender Drehzahl • Wicklungsanschlussgestaltung (ohne Mittelanzapfung, mit Mittelanzapfung, mit gemeinsamer Mittelanzapfung)

Arduino Mega 2560

Der Arduino Mega 2560 ist ein Mikrocontroller Board, basierend auf dem ATmega2560 (datasheet). Er verfügt über 54 digitale Input/Output Pins (von denen 14 als PWM Output nutzbar), 16 analoge Inputs, 4 UARTs (Hardware Serial Ports), einen 16 MHz Quarz Oszillator, eine USB Verbindung, eine Strombuchse, einen ICSP Header und einen Reset-Button. Er besitzt alles Notwendige um den Mikrocontroller zu betreiben. Um loszulegen müssen Sie den Arduino Mega 2560 lediglich per USB Kabel mit einem Computer verbinden oder an ein AC-to-DC Netzteil oder eine Batterie anschließen. Der Mega ist mit den meisten für den Arduino Duemilanove und Diecimila entworfenen Shields kompatibel. Der Mega 2560 ist ein Update des Arduino Mega und ersetzt diesen.

Der Mega 2560 unterscheidet sich von allen vorherigen Arduino Boards darin, dass er keinen extra FTDI USB-to-Serial Treiber Chip nutzt, sondern einen als USB-To-Serial Converter programmierten ATmega16U2 (in den Versionen bis R2 Atmega8U2).

Quelle: Arduino, http://arduino.cc/de/Main/ArduinoBoardMega2560, Zugriff am 26.11.2013

Kennzahlen Arduino Mega 2560:

- Operating Voltage: 5 V

- Input Voltage (recommended): 7-12 V

- Input Voltage (limits): 6-20 V

- Digital I/O Pins: 54 (of which 15 provide PWM output)

- Analog Input Pins: 16

- DC Current per I/O Pin: 40 mA

- DC Current for 3.3V Pin: 50 mA

- Flash Memory: 256 KB of which 8 KB used by bootloader

- SRAM: 8 KB

- EEPROM: 4 KB

- Clock Speed: 16 MHz

Quelle: Arduino, http://arduino.cc/de/Main/ArduinoBoardMega2560, Zugriff am 26.11.2013

Anleitungen

LabView: Einleitung

Das Programm LabView des Herstellers National Instruments ermöglicht die Programmierung von Simulationsmodellen und/oder Eingabe/Ausgabe- Programmen mittels einer graphischen Oberfläche. Dabei ist die Handhabung ähnlich den Produkten Matlab Simulink oder LEGO Mindstorms BricX.

Installation der Hardware

Um mit der Programmierung zu starten, muss zunächst ein leeres Projekt erstellt werden. Dieses enthält später alle Informationen, Schnittstellen und graphischen Oberflächen, die man für ein Programm benötigt.

Möchte man das Projekt mit einem Eingabe/Ausgabegerät verwenden, muss dieses zunächst hinzugefügt werden. Die folgenden Screenshots zeigen die nötigen Schritte, um einen I/O Controller cRIO 9024 mit dem Projekt zu verbinden:

Screenshots

Die Hardware wurde nun mit dem Programm "bekannt gemacht" und kann verwendet werden.

Grundlegendes: VI und Blockdiagramm

In ein erstelltes leeres Projekt kann nun ein "Visual Interface", kurz VI genannt, eingefügt werden. Dazu muss auf das weiße-Blatt-Symbol oben links geklickt werden:

Screenshot

Es erscheint daraufhin ein leeres VI. Dieses stellt ein graphic user interface für die Interaktion mit dem späteren Programm dar. Das eigentliche Programm wird in einem "Blockdiagramm" genannten Fenster erzeugt und editiert. Das Blockdiagramm wird folgendermaßen geöffnet:

Screenshot

VI und Blockdiagramm stehen in direkter Beziehung. Es können Eingaben im VI gemacht werden, die das Blockdiagramm beeinflussen und es können Ausgaben des Blockdiagramms auf dem VI dargestellt werden:

Screenshot

Erste Schritte: Programmieren im Blockdiagramm

In das leere Blockdiagramm können nun Schleifen, Variablen und Funktionsbausteine per drag&drop aus dem "Funktionsmenü" eingefügt und miteinander verknüpft werden. Die Verbindungen zwischen Bausteinen werden grafisch durch Linien gebildet, die mit der Computermaus gezogen werden:

Screenshot

Die Funktionspalette enthält eine Vielzahl an Elementen, die unterschiedlichste Möglichkeiten von Berechnungen, Umformungen, Vergleichen etc. bieten. Besonders beachtet werden muss, dass nicht jeder Baustein mit jedem verknüpft werden kann, da teilweise die verwendeten Datentypen nicht kompatibel sind. Am sinnvollsten ist es, wenn man einen neuen Baustein einsetzen möchte, diesen zunächst anzuklicken und unter "Hilfe" die Beschreibung zu studieren. Dort sind alle Eingangs-und Ausgangsgrößen, die Funktion und die benötigten Datentypen des Bausteins beschrieben:

Screenshot

Als Start kann zunächst eine endlose (while-) Schleife eingefügt werden. Als Abbruchbedingung kann beispielsweise ein Bedienelement auf dem VI dienen, welches man folgendermaßen einfügt:

Screenshot

In die äußere Schleife können nun die benötigten Bausteine hineingezogen werden und laufen dann solange wie die äußere Schleife.

Eine Eingabemöglichkeit im VI, die dann auf das Programm Einfluss nimmt, lässt sich folgendermaßen umsetzen: Man fügt zunächst einen "Eingabebaustein" im Blockdiagramm ein. Dieser erscheint dann gleichzeit auch im VI und kann dort beliebig platziert werden.

Beispielprogramm

Es soll nun ein Beispielprogramm erstellt werden, welches einen im VI vom Benutzer eingegebenen Wert für eine Berechnung nutzt und diesen dann wieder an das VI ausgibt.

Zunächst wird die Endlos-while-Schleife eingefügt:

Screenshot

In die Schleife wird dann ein Eingabebaustein eingefügt und im VI entsprechend platziert:

Screenshot

Der Eingabewert kann dann im Blockdiagramm für beliebige Berechnungen/Steuerungen verwendet werden. In diesem Fall wird der Wert mit der Konstanten Zahl 1000 Multipliziert. Dafür wird ein mathematischer Funktionsbaustein (Multiplikation) aus der Palette "Mathematik" eingefügt:

Screenshot

Beide Bausteine werden dann durch eine Linie miteinander verbunden. Die Farbe der Linie gibt an, um was für einen Datentyp es sich handelt. In diesem Fall ist es ein Datentyp "double", der stets die Farbe orange hat.

Dieser Wert soll dann auf einem Anzeigefeld im VI dargestellt werden. Dafür fügt man ein Anzeigelement aus der Funktionspalette ein und verbindet es mit dem Ausgang des Multiplikator-Bausteins.

Screenshot

Starthilfen

Hilfe erhalten Sie hoffentlich in einem der unteren Links.

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