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Sonntag, 20. Dezember 2020

Alternativen zu den original LEGO Technic Motoren können beispielsweise selbstgemacht sein



Mit etwas Basteln kann ein passender Motortreiber gelötet werden, welches die Power-Function Motoren mit einem Microcontroller angesteuert werden könnten. Dies bedeutet etwas Aufwand, der sich zwar lohnt, aber auch eine Hürde darstellen kann, wenn man sich nur darauf konzentrieren möchte, etwas zu bauen und zu programmieren.

Die Kittenbot Micro:bit bieten da mehr, da sie nicht nur ein Mikrocontroller Board liefern, sondern auch Motoren anbieten, die mit LEGO Technic kompatible sind. Das Tolle an diesen Motoren ist, dass diese einfach mit dem PWM Signal angesteuert werden können und auch mit einem Stecksystem kommen, das in der Microcontroller Welt stark verbreitet ist. Worauf man sich jedoch einstellen muss, ist, dass die Bauform sich von den  der LEGO Technic Motoren unterscheiden.

 

Vorgestellt werden hier:

  • Motor Green und Orange
  • Motor Rot
  • Motor Grau

 

Unterschiede

Beim Kauf verwirrte mich die Bezeichnung ‚Servomotor‘. Ist zwar nicht falsch, aber auch irreführen, da man unter einem Servo immer einen beschränkten Drehbereich ausgeht. Der grüne und orange Servomotor steuern sich wie einen Motorenregler oder, anders ausgedrückt, Fahrtenregler. Beim grauen Motor ist eine Servo-Funktion erkennbar, auch, wenn diese keinen wirklichen Mittelpunkt hat. Denn dieser lässt sich mit dem Standard PWM Signal um fast 360 Grad drehen. Jedoch muss am Anfang festgelegt werden, wo die Mittelstellung liegen soll und, ohne Sensoren zum Kalibrieren, wird dies nur mit manuellen Eingaben möglich sein.

 

 

Grüner und oranger Motor (Servo, ähnliche Form)

Beide bilden dieselbe Funktion ab. Die Bezeichnung 'Servo' stimmt nur bedingt, weil sich das Ergebnis wie bei einem Servo Hack verhält und sich nicht nach links oder rechts (ca. 90 Grad) in eine Stellung bewegt, sondern weiterdreht. Es kann lediglich die Drehgeschwindigkeit reguliert werden.

Aus der Bauformreihe gibt auch eine graue blockgeformte Variante, das sich vermutlich wie die folgende beschriebene Servomotor verhält.

 

Details:

Anschluss: 3 Pins (Steuerung, VCC, GND

Betriebsspannung: 3,3V bis 6V

Stromaufnahme (max.): 200mA bis ca. 450mA (700mA)

Drehmoment: 5 Ncm oder 0,5 Kg

 


 

Grauer Motor (Blockform)

Dieser verhält sich wie ein Servo, kann aber um 360 Grad frei positioniert werden. Also je nachdem von wo man startet, könnte dort der Mittelpunkt sein. Hier fehlt eine mögliches Auslesen der Position, um den Mittelpunkt zu kalibrieren.

 

Details:

Anschluss: 3 Pins (Steuerung, VCC, GND)

Betriebsspannung: 4,8V bis 6V

Stromaufnahme: 900mA

Drehmoment: 20 Ncm oder 2 Kg


 

 

Roter Motor (Blockform)

Dieser kommt ohne Motortreiber, so dass dieser nicht mit einem PWM Signal steuerbar ist. Hier wird ein eigner Motortreiber fällig. Aus meiner Sicht kann man diesen Motor für etwas verwenden, das dauerhaft in einer Geschwindigkeit drehen soll.

 

Details:

Anschluss: 2 Pins (VCC, GND)

Betriebsspannung: 4,8V bis 6V

Stromaufnahme: 900mA

Drehmoment: 20 Ncm oder 2 Kg

 

 

 

Kompatible Bauformen

Interessant ist die Bauform, weil diese mit LEGO Technic oder anderen Klon-Produkten eingesetzt werden können.
Eigentlich ist das Kittenbot Board dazu gedacht, eigene Sets erstellen zu können. Diese sind ebenfalls mit konnektoren Löcher versehen.

 




 

 

 

Fazit

Das Kittenbot Micro:bit ist nicht sonderlich verbreitet, wie Makeblock beispielsweise. Dieses bietet auch Kompatibilität zu LEGO Technik an -scheint es aber nicht mehr zu geben.

Die Leistungsdaten sind leider sehr schwach. Ich hatte von den Servos in Blockform mehr erwartet. Servos mit ähnlicher Baugröße haben oft schon fast das doppelte an Drehmoment. Dies ist aber nicht schlimm, mit unterschiedlicher Zahnradübersetzung kann ein größeres Drehmoment erreicht werden.

 

Dienstag, 27. Oktober 2020

Welchen Motortreiber verwenden


Auf dem Markt gibt's viele Motortreiber für bestimmte Projekte, aber im Detail unterscheiden sich diese bezüglich ihrer Eignung.

Mein Projekt wird ein neuer Motortreiber für die Lego Powerfunction Motoren. Zuletzt hatte ich einen Motortreiber für zwei Motoren gebaut und programmiert, jetzt soll ein Motortreiber für acht Motoren entstehen.

 

Motortreiber MX1508

Den verwendeten Motortreiber MX1508 findet man fälschlicherweise auch unter L298N. Der bereits gebauten Powerfunction Treiber funktioniert prima und ist im Grunde meine erste Wahl. Allerdings möchte ich ein wenig mehr Spannung haben oder zumindest mehr bei der Versorgungsspannung. Maximal 10V sind in Ordnung, womit aber 3S Akkus mit einer Spannung von 11,1V raus sind. Leider ist für diesen Motortreiber kein Datenblatt zu finden.


 

Motortreiber TB6612FNG

Dieser ist ebenfalls so günstig wie der MX1508, kann jedoch mit einer höheren Spannung betrieben werden. Statt auf 2S Lipos, wäre hier auch 3S möglich. Vielleicht 4S, aber das liegt mir dann doch etwas zu sehr drüber.

Klar sollte sein, dass die Powerfunction für eine Betriebsspannung von 9V ausgelegt ist. Wenn man sich im Internet umschaut, findet man einige Bastler, die mehr als das Dreifache an Spannung angelegt haben, bevor solch ein Lego-Motor das Zeitliche gesegnet hat.


 

Motortreiber L298N

Dieser kostet deutlich mehr und findet in meinem Projekt keinen Platz. Ich habe ihn hier mit aufgeführt, weil die Bezeichnung L298N, oft mit dem Motortreiber MX1508 zusammengebracht werden. Das ist schlicht weg falsch und spätestens mit der Betrachtung des Datenblattes L298N auch ersichtlich. Denn alleine die Bauform zwischen beider Motortreibern unterscheiden sich und die Leistungsdaten gehen hier weit auseinander.

 

 


 

Ansteuerung der Module

Prinzipiell werden alle Motortreiber idealerweise mit einem PWM Signal angesteuert. Alle funktionieren mit der ansteuerbare Frequenz von 50Hz, welche auch von vielen gängigen RC Empfänger ausgegeben wird. Höhere Frequenzen sind sinnvoll bei Schrittmotoren mit Einsatzgebieten wie balancierende Roboter oder die Drehzahl der Rotoren bei Quadrocopter, welche eine genaue, bestimmte Drehzahlen erreichen müssen.



Die Lego Powerfunction Motoren sind keine Schrittmotoren und die Lego Servos sind enttäuschend ungenau, so das höhere Signalfrequenzen nicht wirklich eine Verwendung finden. Also kein Kriterium.

 

Steuerbare Spannung und Strom

Die größte Last schaffen die Lego Powerfunction XL Motoren und können bis zu 600mA Strom ziehen. Auch hier erfüllen alle Motortreiber die Anforderungen für das Projekt und alle bieten noch Spielraum, einen zweiten Motor parallel zu betreiben.

 

Bauform und Größe

Der L298N habe ich selbst nicht, aber wenn man im Internet schon das Bild sieht, sind nicht nur die Kondensatoren auffällig, sondern auch dessen Anschlüsse und der große Kühlkörper benötigen deutlich mehr Platz. Damit fällt dieser dann auch komplett raus.

Der Kompakteste ist der TB6612FNG. Am MX1508 sind wiederum Kondensatoren, womit die Bauhöhe um einige Millimeter höher ausfällt. An der Stelle ist sicher zu stellen, ob nun am TB6612FNG noch zusätzliche Kondensatoren benötigt werden. Einmal googlen und schon findet man von SparkFun ein Beispiel, dass zeigt, das keine weiteren Kondensatoren verlötet werden müssen.

Kompensatoren zum Entstören sind nicht nötig, da diese bereits in den Lego Motoren immer mit verlötet werden.

 

Zusammenfassung der Kriterien

Die Bauform war der Grunde für die Entscheidung des zu empfehlenden Motortreiber. Rückblickend waren doch einige interessante Unterschiede zu entdecken, die für den einen oder anderen Bastler interessant sein dürften.

 


Was den Preis angeht, ist der Kauf einer Zweier- oder Fünfer-Packung deutlich günstiger. Die 6 € für einen TB6612FNG ist doch schon eine große Preisunterschied zu den anderen Motortreibern.

 

Fazit

Welcher Motortreiber soll es sein? Die Frage ist natürlich vom Projekt abhängig. Eigentlich hätte für meinen Bedarf auch schon der Motortreiber MX1508 ausgereicht. Denn hier können die Lego Powerfunction Motoren nahezu in ihrer Nennleistung von 9V betrieben werden. Und wenn doch ein 3S 11,1V Lipo Akku eingesetzt werden sollte, dann könnte an der Stelle einen Step-Down davor geschaltet werden. Aber inoffiziell können die Motoren mit mehr Spannung um, womit noch etwas mehr Drehzahl und Drehmoment zu erwarten sind.

Bei meiner abschließenden Betrachtung aller Kriterien fiel ich immer wieder auf dieselben Themen zurück. Datenblatt, Größe, Versorgungsspannung und Betriebsstrom.

Der Preis war eher irrelevant, auch wenn diese sich stark unterschieden. Dennoch habe ich das in der bereits aufgestellten Tabelle aufgenommen.

Auch wenn klar sein sollte, wie ein Motortreiber angesteuert wird, ist ein Datenblatt hilfreich. Das liegt mit unter daran, dass die Bezeichnung in Web-Shops nicht immer stimmen und nur über den Vergleich im Datenblatt weiterhilft, ob man nun das richtige Produkt hat. Und das brachte mich zu der Information der Baugröße, Versorgungsspannung und Betriebsstrom.

 

Ameisen Simulation und andere Dinge

Wer lange sich schon mit C# beschäftig, hat sicherlich schon mal was von AntMe gelesen oder gehört. Diese Idee hatte ich aufgegriffen und mi...