Gelenkarm - mit Zahnrädern?

[Wecali]

Hi,

wie vollziehen Industrieroboter ihre Bewegungen? Untenstehendes Bild scheint mir ein Aufbau mithilfe von Zahnrädern und einiger Elektromotoren zu sein(möglicherweise auch über Pneumatik?).

http://www.kuka.com/NR/rdonlyres/C412CD3E-27C7-4C91-85E8-32AD96A4A1B3/0/L_R262_Grinding_and_polishing_of_implants_01.jpg

Ich hab dazu ein paar Fragen:
- Kann man mit Zahnrädern eine hohe Genauigkeit erreichen? Ich dachte immer, dass Zahnräder nie genau ineinandergreifen und sie daher immer ein bischen "wackeln".
- bei mädler gibts unter der Rubrik Zahnräder auch Edelstahlzahnräder. Dort ist Ncm bei MD angegeben. Was heißt MD? Maximaldruck? Maximaler Kraft, die auf einem Zahn lasten darf?

[HannoHupmann]

Also ich denke dass du mit Zahnrädern es ziemlich genau hin bekommst. Die Industrie Roboter haben meisten eine genauigkeit von 1/100mm auf 10 oder 100 Bewegungsabläufe. Musst mal bei Kuka oder anderem Hersteller kucken.

Das berechnen von Zahnrädern ist nicht so einfach und die Lasten die auf Zahnräder wirken dürfen ist ziemlich schwierig

[Wecali]

Als Motoren werden beim Kuka AC-Servomotoren verwendet. Die installierte Motorleistung beträgt um die 20 KW. Beeindruckend, wo kriegt man eigentlich solche Dinger her?

Ich hab da noch ne Verständnisfrage:

Die stärksten Getriebemotoren, die man bei Conrad bekommen kann, haben so um die 20 Nm Drehmoment. Ich kann mir bei den 20 Nm nicht wirklich was vorstellen (Physik war schon zu lange her).

1 Newton hat eine Gewichtskraft von ca 100 gr.
20 Newton dementsprechend ca. 2 kg.

Bei 20 Newtonmeter stecke ich einen Stab mit der Länge von einem Meter mit dem einen Ende an den Motor. An das andere Ende hänge ich 2 kg dran.

D.h. wenn ich jetzt den Motor einschalte, könnte er das Gewicht grad noch bewegen?

Kommt mir ziemlich wenig vor, ist mein Gedankengang falsch?

[Andree-HB]

...stecke ich einen Stab mit der Länge von einem Meter mit dem einen Ende an den Motor. An das andere Ende hänge ich 2 kg dran.


Dann nimm mal einen Besenstil zwischen Daumen und Zeigefinger und hänge zwei Flaschen Cola am anderen Ende dran - wenn Du das dann hältst und mir ein Bild davon schickst, dann kommst Du in die Zeitung und bist mein persönlicher Held ! :-)

[Schockwellenreiter]

wie vollziehen Industrieroboter ihre Bewegungen? Untenstehendes Bild scheint mir ein Aufbau mithilfe von Zahnrädern und einiger Elektromotoren zu sein(möglicherweise auch über Pneumatik?).

Fast immer werden schnelldrehende AC Servos mit hochuntersetztem Getriebe (zB Harmonic Drives) verwendet (Gut für die Dynamik).

Die Pneumatik Schläuche im Bild sind nur für das Werkzeug, welches vorne montiert ist. Ein Pneumatik Antrieb wäre schlecht geeignet.


Also ich denke dass du mit Zahnrädern es ziemlich genau hin bekommst. Die Industrie Roboter haben meisten eine genauigkeit von 1/100mm auf 10 oder 100 Bewegungsabläufe. Musst mal bei Kuka oder anderem Hersteller kucken.

Das ist leider immer nur eine Herstellerangabe :) . Allein durch Temperaturänderungen und Materialelastizität ist diese Genauigkeit bei größeren Roboter nicht zu erreichen.

Mfg

[womb@t]

Diese Arme werden ja auch oft Kalibriert, also immer nach einem Kompletten Bewegungsablauf! Ich denke dass diese Arme schon in diese Genauigkeit hineinkommen

[HannoHupmann]

@Schockwellenreiter dann schau mal bei Kuka, die haben eine genauigkeit von 0,25mm angegeben bei ihren Robotern. Sind zwar nicht meine 1/100 mm aber immerhin noch ziemlich genau.

[Manf]

Zum Thema Getriebespiel:
http://www.konstruktionspraxis.de/sh/fachartikel/kp_sh_fachartikel_21727.html
Getriebespiel < 1 Winkelminute
Durch die Nutzung eines flexiblen Hohlrades wird bei den Harmonic Planetengetrieben der Baureihe HPG ein Getriebespiel von < 1 Winkelminute ohne jeglichen Spieleinstellmechanismus er- reicht.


Es ist sicher interessant was Faulhaber zu dem Thema sagt:
http://www.minimotor.ch/minicatalog/pdf/Gearheads/dTechnical_info_Gearheads.pdf#search=%22getriebesp iel%22

"Was heißt MD?"
Ausgangsdrehmoment
Dauerbetrieb:
Das Dauerdrehmoment stellt die maximale Belastbarkeit der Abtriebs-welle dar; eine Überschreitung dieses Wertes verkürzt die Lebensdauer.

[Wecali]

Dann nimm mal einen Besenstil zwischen Daumen und Zeigefinger und hänge zwei Flaschen Cola am anderen Ende dran - wenn Du das dann hältst und mir ein Bild davon schickst, dann kommst Du in die Zeitung und bist mein persönlicher Held ! :-)

Stimmt... :D

Mich wundert es nur, dass z. B. die Kukas Gewichte von bis zu 250 kg halten können. Die AC-Servomotoren, die ich mir bisher angesehen habe, könnten nicht mal ihr eigenes Gewicht tragen. Wie machen die das?


Zum Thema Getriebespiel:
http://www.konstruktionspraxis.de/sh/fachartikel/kp_sh_fachartikel_21727.html
Getriebespiel < 1 Winkelminute
Durch die Nutzung eines flexiblen Hohlrades wird bei den Harmonic Planetengetrieben der Baureihe HPG ein Getriebespiel von < 1 Winkelminute ohne jeglichen Spieleinstellmechanismus er- reicht.


Mit jeden Schritt ein bischen weiter in die richtige Richtung. Harmonic Drives werden also bei Industrieroboter verwendet, weil die konstruktionsbedingt kein Spiel haben. Nur verdammt teuer, das ganze...

Gibts außer Industrieroboter und anderer teurer Anlagen noch einige alltägliche Bauteile, die Harmonic Drive verwenden?

Aber eine Frage hätte ich noch an dich:
Bei mädler gibts noch eine andere Bezeichnung namens "Ma". Sie ist unter Getriebe und Getriebemotoren -> Stirngradgetriebemotoren Typ HR/I zu finden. Ist auch in Nm angegeben. Weitere Angaben zu den Motoren in Nm finde ich da nicht, aber das Drehmoment kanns nicht sein, da es für eine Motorleistung mit 90W (bei einem Ma von 150 Nm) viel zu viel ist...

Gibts da eine Seite, wo man solche Fachbegriffe nachschauen kann?

[zephram_c]

das Drehmoment kanns nicht sein, da es für eine Motorleistung mit 90W (bei einem Ma von 150 Nm) viel zu viel istDas ist nicht gesagt. Leistung und Drehmoment sind erst einmal unabhängig voneinander. Wenn das Getrtiebe nur genügend hoch untersetzt, wäre das durchaus möglich - allerdings dreht's dann ziemlich langsam.

[Andree-HB]

Die AC-Servomotoren, die ich mir bisher angesehen habe, könnten nicht mal ihr eigenes Gewicht tragen. Wie machen die das?


...rein über Spezialgetriebe - z.B. ein einfaches Schneckengetriebe hält/sperrt ja auch schon bei Stillstand der Antriebswelle die angehängte Last :

http://www.rotek-motoren.de/pic/ssm2.gif

[Wecali]

das Drehmoment kanns nicht sein, da es für eine Motorleistung mit 90W (bei einem Ma von 150 Nm) viel zu viel istDas ist nicht gesagt. Leistung und Drehmoment sind erst einmal unabhängig voneinander. Wenn das Getrtiebe nur genügend hoch untersetzt, wäre das durchaus möglich - allerdings dreht's dann ziemlich langsam.

D.h. wenn ich zwei Stirnräder habe: Eins mit 10 Zähnen und eines mit 100 Zähnen, dann ist das Übersetzungsverhältnis 1:10. Für eine Umdrehung des großen braucht das kleine Zahnrad 10 Umdrehungen.

Wenn das kleine Zahnrad 1 Nm hat, dann hat bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:10 das große Zahnrad 10 Nm, stimmt das überhaupt?

Gibts Seiten, die solche Formeln etc. parat haben? Ich lande immer auf irgendwelchen Tuningseiten...

Wenn obenstehendes stimmt, könnten Harmonic Drives ein fantastisches Drehmoment aus einem kleinen Servo herausholen.

[Wecali]

Eine letzte Frage hätte ich allerdings noch. Wie kriegen es die Roboterarme hin, saubere horizontale Linien zu zeichnen?

[Amiwerewolf]

die robotterarme bekommen das hin indem sie SIN, COS und TAN in ihren taschenrechner eintippen :-)

jap da liegst du richtig! vorrausgesetzt die antriebswelle ist am kleinen zahnrad. dann braucht aber auch das kleine zahnrad 10 umdrehungen bis das große rad eine hat! (einfach mal sowas am Fahrrad testen :-) )

das das 2. zahnrad mehr drehmoment hat liegt aber nicht an den zähnen sondern genaugenommen am Durchmesser!
Man verwendet immer zahnräder des gleichen moduls (das modul gibt die zahngröße an)
die drehzahl macht der umfang!
dadurch das man immer das gleiche modul verwendet, kann man relativ leicht mit den zähnen rechen

Formeln gibts hier:
https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Zahnrad

[Wecali]

die robotterarme bekommen das hin indem sie SIN, COS und TAN in ihren taschenrechner eintippen :-)


Aber mit einer Auflösung der erwähnten 1/100 mm? Die Zähne von Zahnrädern sind doch ein bischen größer...

Ich stell mir das vor, wenn so ein Arm versucht, einen waagrechten Strich zu fräsen. Das gäbe dann einen gezackten Strich. Das Zahnrad für die X - Achse dreht eins weiter, dann stellt sich die Y - Achse nach... usw.

Von oben nach unten zu fräsen, dürfte eigentlich kein Problem sein - da müsste sich nur das Zahnrad der Y - Achse richtig durchbewegen.

[flozball]

Das Thema Industrieroboter und speziell ihre Mechanik fasziniert und beschäftigt mich im Moment auch sehr. Es sind tatsächlich meisterwerke der Ingenieurskunst.

Also vor einiger Zeit hab ich mal eine Galileosendung zum Thema "Roboter im Legoland" aufgenommen und sie mir nochmal genauer angeschaut. Es ging um die Firma KUKA, die ca. 10 Roboter als sog. Robocoaster für das Legoland umbaute. Ich denke mal, dass es sich dabei um die Schwerlastvariante KR500 handelt, da tatsächlich zwei Personen in Sitzvorrichtung befördert werden. Die Anforderungen an die Sicherheit sind da natürlich enorm.

Nun zum eigentlichen: Am Anfang der Sendung wurde gezeigt, wie KUKA die normalen Roboter immer sechs Stunden vor Auslieferung testet. Zu sehen war dort ein Roboter (in Betrieb) dessen Handgelenk-Abdeckklappe offen stand. Dort sah man ganz eindeutig Zahnriemengeriebe, die die Drehbewegungen der Motoren auf die vordersten drei Gelenke übertrugen. Das verlangt zwar hochfeste Zahnriemen, bietet aber eine spielfreie Übertragung der Bewegungen.

[Klaus W. H.]

Wecali hat folgendes geschrieben

Aber mit einer Auflösung der erwähnten 1/100 mm? Die Zähne von Zahnrädern sind doch ein bischen größer...

Und? Die Zähne verhindern letzlich nur den Schlupf, also ein durchrutschen der Räder. Mit genügender Reibung oder bei geringen Kräften kannst Du auch auf Zähne verzichten. Siehe z.B. Plattenspieler mit Reibradantrieb. Wie weit ein Rad sich dreht ist vollkommen unabhängig von der Zahngröße. Hauptsache die Zähne der Räder passen genau ineinander und sind nicht zu groß. Eine ganzzahlige Abstufung hättest Du nur, wenn Du Schrittmotoren verwendest. Aber denen ist die Zahl oder Größe der Zähne auch wurscht.

[Amiwerewolf]

oft werden auch größere schrittmotoren mit planetengetriebe verwendet

[RG]

das in Industrierobotern ( damit meine ich die 6-Achser und SCARA-Typen) Schrittmotoreein als Achsantrieb verwendet werden wäre mir neu . Meines Wissens werden da nur AC-Servo-Motore mit spielarmen ( praktisch fast spielfreien) harmonic drive-Getrieben und Absolutencodern zur Positionsregelung eingesetzt.
Und die angegebenen Genauigkeiten sind Wiederholgenauigkeiten unter gleichbleibenden Bedingungen ( gleiche Belastung, gleiche Geschwindigkeit, gleiche Bewegungsbahn, gleiche Umgebungsbedingungen...), bei einer Bahninterpolation werden günstigstenfalls Genauigkeiten im Zehntelmillimeterbereich erreicht.