Simple Robot

Hallo,

ich bin eben auf diese Seite gestoßen. Da speist einer seinen Arduino Uno mit einem 3x3V Batteriepack und der Arduino dann, über seinen 5V Anschluss, die 4 Servomotoren.
Mich wundert es, dass das geht. Wird beim Arduino echt die nicht benötigte Strommenge einfach weitergereicht an die Pins ? Ich dachte die nicht benötigte Strommenge würde abfallen und könnte nicht verwendet werden.

Viele Grüße,
UnoRookie

UnoRookie:
... Wird beim Arduino echt die nicht benötigte Strommenge einfach weitergereicht an die Pins ? Ich dachte die nicht benötigte Strommenge würde abfallen und könnte nicht verwendet werden.

Ich verstehe ehrlich gesagt nur Bahnhof. Könntest Du das, was Du meinst, anhand einer Schaltung zeigen?

Gruß

Gregor

UnoRookie:
Mich wundert es, dass das geht. Wird beim Arduino echt die nicht benötigte Strommenge einfach weitergereicht an die Pins ? Ich dachte die nicht benötigte Strommenge würde abfallen und könnte nicht verwendet werden.

Der Linearregler auf dem UNO setzt die Leistung = Spannungsdifferenz * Strom in Wärme um, das ist für eine Batterieanwendung wenig effektiv. Außerdem würde ich den UNO nicht als Stromlieferant für Servos nutzen, auch wenn das gerade noch so gehen sollte.

Wenn Du es nachbauen möchtest mein Vorschlag:

Den UNO (ich würde einen Nano oder ProMini nehmen) über seinen eingebauten Linearregler versorgen, da ja wenig Strom fließt. Auch ein eigener StepDown auf 5 V an Anschluß 5V wäre möglich.

Die Servos mittels SteppDown (Schaltregler, daher weniger Verlustleistung) mit 5 oder 6 V (je nach Typ) versorgen.

kulturbereicherer:
Was die Chips können... evt mit gewissen Toleranzen darüber.
Arduino Playground - ArduinoPinCurrentLimitations

Entweder verbrauchen die Servos gerade so wenig das es geht oder die Servos werden direkt von der Batterie betrieben und z.B. über Transistoren geschaltet .

Deine Angaben sind leider nicht hilfreich.

Servos haben eine integrierte Elektronik. Sie werden mittels eines Signals gesteuert und steuern mittels ihrer Elektronik den Motor. Darum Braucht die Ansteuerung (fast) keinen strom aber der Servo muß mit Strom versorgt werden und ein kleiner Servo kann leicht in bestimmten Momente auch bis zu 1A verbrauchen.

Der Spannungsstablisator auf dem Arduino kann nicht unendlich viel Strom liefern. Der max Strom ist unter anderem durch die Verlustleistung beschränkt.

Grüße Uwe

kulturbereicherer:
Arduino Playground - ArduinoPinCurrentLimitations

Diese Seite kannte ich noch nicht. Ich habe mich erst neulich gefragt, wie stark man den 5 V-Pin eines Unos belasten kann. Mein Shield liegt zwar etwas über den angegebenen 200 mA, aber der Uno, der druntersteckt, scheint das auszuhalten.

Gruß

Gregor

UnoRookie:

ich bin eben auf diese Seite gestoßen. Da speist einer seinen Arduino Uno mit einem 3x3V Batteriepack und der Arduino dann, über seinen 5V Anschluss, die 4 Servomotoren.
Mich wundert es, dass das geht. Wird beim Arduino echt die nicht benötigte Strommenge einfach weitergereicht an die Pins ? Ich dachte die nicht benötigte Strommenge würde abfallen und könnte nicht verwendet werden.

Wenn ich das lese, muss ich feststellen, dass dir sämtliche Grundlagen der Elektrotechnik fehlen.
Du verwechselst offensichtlich Spannung und Strom.
Du solltest dir diese unbedingt aneignen und diesen Beitrag lesen.

gregorss:
Diese Seite kannte ich noch nicht. Ich habe mich erst neulich gefragt, wie stark man den 5 V-Pin eines Unos belasten kann. Mein Shield liegt zwar etwas über den angegebenen 200 mA, aber der Uno, der druntersteckt, scheint das auszuhalten.

Diese Werte beziehen sich auf den Kontroller nicht auf die Platine.

Der 5V Pin bzw die GND Pins zusammen des Arduino UNO können bei USB-Versorgung mit fast 500mA belastet werden. Bei Versorgung mit einer Spannungsquelle über Vin oder Netzteilstecker hängt es von der Spannung ab wieviel Strom der Spannungsstabilisator liefern kann.

Die 3,3 V können mit bis zu 100mA belastet werden. Dieser Strom ist von max Strom des 5V Pin zu subtrahieren.

Grüße Uwe

Der Linearregler auf dem UNO setzt die Leistung = Spannungsdifferenz * Strom in Wärme um, das ist für eine Batterieanwendung wenig effektiv. Außerdem würde ich den UNO nicht als Stromlieferant für Servos nutzen, auch wenn das gerade noch so gehen sollte.

Ja ganz genau, das war auch mein erster Gedanke.
Ich hab mal den Stromverbrauch eines SG90 gemessen und der kann beim Anfahren schon mal 0,2 A betragen. Darum stellte sich für mich die Frage, wie der 4 (!!!) Servos an den Arduino anschließen und speisen kann, da der Arduino meines Wissens soviel Strom gar nicht liefern kann und dadurch Schaden nimmt.
Ich hätte die Servos über eine seperate Stromversorgung gesteuert (z.B. sowas wie ein 5V 1-2A Netzteil) und nur per PWM mit dem Arduino verbunden.

Gruß,
UnoRookie

UnoRookie:
Ich hätte die Servos über eine seperate Stromversorgung gesteuert (z.B. sowas wie ein 5V 1-2A Netzteil) und nur per PWM mit dem Arduino verbunden.

Die Masse mußt Du schon auch verbinden.
Grüße Uwe

UnoRookie:
… Darum stellte sich für mich die Frage, wie der 4 (!!!) Servos an den Arduino anschließen und speisen kann, da der Arduino meines Wissens soviel Strom gar nicht liefern kann und dadurch Schaden nimmt.

Naja, wenn man zu einer Zeit immer nur einen Servo speisen muss … kommt halt auf die Bewegungsabläufe an. Die habe ich mir jetzt nicht genau angeguckt. Aber ich kann mich gerade nicht daran erinnern, dass sich mal mehr als ein Servo zu einer Zeit bewegt hat (evtl. mal ein zweiter mit einer sehr geringen Arbeit).

Gruß

Gregor

gregorss:
Naja, wenn man zu einer Zeit immer nur einen Servo speisen muss ... kommt halt auf die Bewegungsabläufe an. Die habe ich mir jetzt nicht genau angeguckt. Aber ich kann mich gerade nicht daran erinnern, dass sich mal mehr als ein Servo zu einer Zeit bewegt hat (evtl. mal ein zweiter mit einer sehr geringen Arbeit).

Gruß

Gregor

Das Problem ist nicht nur das explizite Bewegen eines Servos das Strom verbraucht sondern auch das Halten einer Position gegen einer äußeren Kraft/Drehmoment das Strom braucht.

Diese Überlegungen sehe ich als nicht Zielführend da man die einzelnen dynamischen Zustände nicht wirklich analysieren kann.

Grüße Uwe

uwefed:
Diese Überlegungen sehe ich als nicht Zielführend da man die einzelnen dynamischen Zustände nicht wirklich analysieren kann.

Das stimmt. Ich wollte nur sagen, dass die Rechnung „max. Energiebedarf je Servo mal vier“ meiner Meinung nach zu einfach ist. Wenn man die Bewegungsabläufe geschickt plant, braucht man bei weitem nicht „vier mal den max. Energiebedarf“. Dass auch die Hälfte davon mehr als zu viel ist, steht auf einem anderen Blatt.

Gruß

Gregor

So wie die Schaltung aussieht sind die Servos am 5V Regler des Arduinos angeflanscht. Die Steuersignale selbst brauchen praktisch keinen Strom.

Nun ist die Frage wieviel Strom der Servomotor als Haltestrom verbraucht und wieviel für Lastbetrieb. Und die 4 Servos sind da sicherlich Grenzwertig. Aber wie man sieht, funktioniert es. Vermutlich wird der Spannungsregler aber schnell überhitzt und schaltet dann die Spannung runter. Genau das hilft ihm aber durchzuhalten

Reduziert sich die Spannung reduziert sich auch der Strom am Motor. Der Arduino läuft aber auch bei 4V noch relativ störungsfrei. Diese Servos selbst ziehen lastlos keine 50mA/Motor. Unter Volllast wohl oben genannte 200mA. 400mA für 4 Motoren im Haltebetrieb sind als drin, der Arduino braucht 40mA, bleiben 60mA über für Lastbetrieb eines Servos (160mA). Reduzierst sich dann die Spannungs, ziehen die eh weniger Strom und es stellt sich ein "Gleichgewicht" ein, zwischen Verbrauch und Wärme.

Ich würde hier allerdings 4,5V Batterien benutzen(3 Zellen) ohne den Spannungsregler dazwischen. Neue Batterie hat 1,6V, wird kommen also auf 4,8V maximal. Bis zu 4V runter dürften sie funktionieren, also bis 1,33V/Zelle was ziemlich leer ist. Akkus sind grenzwertig. Haben zuwenig Spannung, man arbeitet bei 3 Zellen zwischen 3,3V und 4,4V. Bei 4V dürfte aber der Servo schon ziemlich an Leistungs nachlassen.

Und 4 Zellen benutzen bedeutet, das man sich die Schaltung killt, sollte man versehentlich Batterien statt Akku einsetzen.

Egal wie, der Regler wäre aussen vor und nicht mehr begrenzend. Und die Akkus bzw Batterien liefern gerne Strom für 4 Servos ohne viel Begrenzung.

Allerdings haben die auch Gewicht und das dürfte der Knackpunkt sein. 3V deutet für mich auf Lithium-Knopfzellen hin. Wüsste sonst keine Batterie die 3V Nennspannung hat. Akkus haben 3,6/3,7V bei Lithium.

3V deutet für mich auf Lithium-Knopfzellen hin.

Ich sehe auf den Fotos einen Halter für 6 AA Primärzellen.
Damit sind das 9V (in etwa)

Und die 4 Servos sind da sicherlich Grenzwertig.

Aber ganz sicher!
Wenn die 4 etwas leisten müssen, schrauben sie sich als Team locker 2A rein.

Die völlige Überforderung des Reglers.
Schon mit einem Servo ist die "OK" Grenze erreicht, oder sogar überschritten.

Reduziert sich die Spannung reduziert sich auch der Strom am Motor.

Einspruch
Ein Motor verhält sich nicht linear.

Grüße Uwe

Jo, aber letztendlich reduziert sich bei kleiner Spannung die Drehzahl, damit das Gegenmoment und dann eben auch wieder der Strom. Im Leerlauf reduziert sich der Strom kaum. Aber wir haben ja keinen leerlauf hier.

In der realen Schaltung wird sich also der Strom reduzieren. Schon deswegen, weil der Spannungsregler solange die Spannung runter fährt bis er thermisch wieder zurecht kommt. Wenn das erst bei unter 3V der Fall wäre, würde die Schaltung flattern und dauern reset machen. Den der 16MHz Takt geht erst ab ca 3V. Drunter ist der Atmel instabil. Im Video ist aber kein reset zu sehen, also kann ich davon ausgehen, das die 3V nicht unterschritten werden.

Und es hilft dem Fragesteller wenig weiter, ihm die Leerlauf Charakteristik nahe zu bringen, wenn er ein Lastmoment mit berücksichtigen muss.

Wenn du den Widerstand eines Kabels misst, misst du auch alle Widerstände als einen Gesamtwiderstand und erklärst das am Kabel 0,5V abfallen (beispielsweise) obwohl eigentlich am Kabel nur 0,4V, am Zu- und am Abgangsstecker jeweils 0,05V und man eigentlich einen Spannungsteiler aus 3 Widerständen hat. Oder sogar noch mehr, wenn man noch genauer ins Detail geht und die Klemmung des Kabels am Steckverbinder sowie den Übergangswiderstand des Steckelements einzeln betrachtet.

Wäre völlig korrekt, aber für die Schaltung absolut egal. Wichtig ist dann nur: hinten fehlen mir 0,5V und bei 3,3V Spannungsversorgung wäre das unter Umständen schon zuviel.

Deswegen denke ich, das man es zur Beantwortung der Frage pauschalieren sollte.