[WIP] Wall-E

So, hab die letzten Tage einen kleinen Exkurs in das Stresstesten von „Micro“ Servos gemacht, konkret hier Servos in der größe des weit vebreiteten „MG90“.
Es gibt viele günstige Servos dieser Bauform bei Amazon mit Plastik und auch Metall Zahnrädern, aus dem ERCF Projekt ist schon die Erfahrung entstanden, dass diese jedoch bei stärkerer Belastung oft nicht sonderlich haltbar sind.

Daher habe ich jetzt mal ein kleines Testsetup aufgebaut bestehend aus einem XIAO Seeed RP2040 Mikrocontroller, einem Kraftsensor mit HX711 Wägezelle und einem NTC Thermistor.

Der Servo ist in einem kleinen Schraubstock eingespannt, der zusammen mit dem Kraftsensor an einem 2020 Profil angebracht ist.
Oben auf dem Servo ist der Thermistor aufgeklebt um die Temperatur des Servos zu überwachen.

Testablauf, per Mikrocontroller wird der Servo auf den Kraftsensor gepresst um die Druckkraft des Servos zu Messen, ziel sind 100 Messungen, sofern der Servo dies übersteht, nach jedem Durchgang wird 100ms pausiert.
Pro Durchgang wird die Kraft und Temperatur gemessen.

AZ-Delivery SG90

Kosten: 2-3€ pro Servo
Stromverbrauch bei 5V unter Last: ~350mA
Maximale Kraft: ~780g
Median Kraft: 750g
Mittelwert: 648g

Dies ist der „schwächste“ Servo den ich getestet habe, die Kraft ist mit ~800g erstmal ganz ok, jedoch steigt die Temperatur, rapide an. Bereits nach 20 Durchgängen wird 40C° überschritten und ab dem 90. Durchgang wird 70C° überschritten wonach die Kraft auch kräftig nachlässt.
Ich habe diesen Servo etwas weiter laufen lassen und dann bei 160 durchgängen abgebrochen, weil der Servo anfing geräusche zu machen und noch weiter massiv an Kraft verlor.

XTVTX Micro Servo 9G

Kosten: ~3€ pro Servo
Stromverbrauch bei 5V unter Last: ~600mA
Maximale Kraft: ~780g
Median Kraft: 774g
Durchschnitt: 787g

Auch hier stieg die Temperatur relativ schnell an und ging bis auf ~65C° hoch, am Anfang hatte er kurzzeitig einiges mehr an Kraft, pendelte sich dann jedoch bei ~780g ein, vergleichbar mit dem SG90, Stromverbrauch war jedoch deutlich höher als der SG90

Guo Hua A0090

Kosten: ~6-10€ pro Servo
Stromverbrauch bei 5V unter Last: ~400mA
Maximale Kraft: ~1075g
Median Kraft: 1013g
Durchschnitt: 1011g

Dieser Servo ist hier so in Deutschland schwer zu bekommen, aber problemlos über AliExpress Verfügbar, er ist komplett aus Metall gefertigt und deutlich wertiger als die beiden bisherigen Servos.
Er hat auch etwas mehr Kraft als die beiden anderen aber vor allem die Temperatur ist hier deutlich besser, was auf eine bessere Langlebigkeit schließen lässt.

Savöx SH-0255MG

Kosten: ~23€ pro Servo
Stromverbrauch bei 5V unter Last: ~600mA
Maximale Kraft: ~1900g
Median Kraft: 1827g
Mittelwert: 1820g

Das hier ist der teuerste Servo den ich getestet habe, aber er überzeut auch definitiv mit seiner Leistung, die weit über den anderen liegt und das ohne von der Temperatur ins Schwitzen zu kommen oder massiv Strom zu verbrauchen, wenn der Preis nicht deutlich höher wäre, würde ich diesen Servo ausschließlich nutzen.

Zum Abschluss hier nochmal ein Diagram in dem die 4 Servos zum Vergleich drin sind, die durchgezogene Linie ist die Kraft, die gestrichelte ist die Temperatur:

Auch in diesem Diagram sticht der Savöx klar raus, bei der Kraft tront deutlich über den anderen während die Temperatur unten nur knapp über dem Guo Hua liegt und sich scheinbar bei ~35C° einpendelt.

Klasse aufbereitet. Ein super Vergleich. 23€ ist natürlich heftig, aber das sind ja auch „nur“ 10x austauschen des billigsten :wink:
Die unterschiedliche Achsenbeschriftung/Skala irritierte mich beim ersten Lesen.

Ja, der Savöx ist halt wirklich eine Investition, das Thema Servos ist abgesehen von Wall-E, wo ich schon ein paar von den billigen Servos durchgebrannt habe auch für das ERCF Projekt sehr relevant, in dem ich aktiv bin.
Dort haben wir auch das Problem, dass der Servo, oft ein MG90S, sehr fehleranfällig ist und wir sind auf der Suche nach Alternativen.
Der Savöx wäre Ideal, ist aber halt auch kostspielig.
Ich habe jetzt auch nochmal 4 andere Servos bestellt, die ich auch nochmal durchtesten werde:

Hier ist auch nochmal eine kleine tabelarische Übersicht über die Median Kraft, Median Temperatur und Max Temperatur:

Gerade wegen der Temperatur fliegen hier der SG90 und MG90 (clone) halt schon mal raus wenn der Einsatzzweck den Servo von der Kraft auslastet.

So, hier geht es jetzt auch mal ein wenig weiter, habe gestern Abend angefangen die CAD Daten Grundsätzlich zu überarbeiten und habe die „Rückseite“ abgewandelt, so dass diese nach Hinten weg geklappt werden kann, damit man die 2 Bosch 12V Akkus leicht wechseln kann:

Statt integrierter 18650 Akkus hab ich beschlossen auf Standard 12V Bosch Akkus zu setzen, von denen ich eh ein paar habe und die leicht auszuwechseln/laden sind.

Hinten den beiden Akkus in der Rückseite eingebettet ist ein DC-DC Converter der aus den ~12V konstante 5V mit max. 10A bereit stellt.

Die Motoren selbst werden direkt mit den 12V ohne Umwandlung versorgt, die 5V brauche ich für die Servos und den SBC.

Ich habe beschlossen den RP2040/ESP32 Bluepad32 Ansatz zu verwerfen und stattdessen direkt einen Raspberry CM4 auf einem Waveshare Nano Base Board B einzubauen:


Als Software werde ich hier auf ROS - Robotic Operating System setzen, das ist ein international etabliertes System/Framework zum entwickeln von Robotern, was quasi alles vom kleinen Roboterarm bis zum selbst Fahrenden Auto betreiben kann.
Fällt gerade noch etwas schwer rein zu kommen, aber die grundsätzlichen Konzepte klingen sehr vielversprechend.
Grundsätzlich ähnelt es ein wenig MQTT, es gibts Nodes, Topics, Messages, etc. mit denen die einzelnen Komponenten, Services, etc. miteinander kommunizieren.
Darüber hinaus gibts auch diverse Tools zum visualiseren, tracken und simulieren

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