Auswahl des richtigen Servos

[CodeBrowser]

Hallo Robotik-Experten,

ich habe gerade ein kleines Problem bei der Auswahl des passenden Servos für meinen Roboter. Ich plane ein 4-Achsen-Bot, bei dem jede Achse über ein Servo gelekt werden soll. (Eventuell aber auch jedes Rad einzelne). Das Gesamtgewicht soll max. 50kg betragen.

Wenn ich jetzt davon ausgehe, dass sich das Gewicht auf alle 4 Achsen (und demzufolge auch auf alle 8 Räder) gleichmäßig verteilt, dann lasten auf jedem Rad 6,25kg (Liege ich da richtig mit meiner Annahme?). Um das Rad z.B. bei stehendem Fahrzeug zu drehen, muss die Haftreibung überwunden werden. Diese ist Fh = µh * Fgrad (Bei Autoreifen auf Beton µh<1 ~ 0.99) ==> Fh = 0.99 * 61,31N = 60,70N.

Ich habe noch eine kleine Zeichnung beigefügt auf der meine geplante Konstruktion von Getriebe-Moror-Box mit Drehpunkt und Rad schematisch dargestellt ist.

Ich bin mir jetzt noch nicht so ganz im klaren, wie ich hier mit dem Drehmoment der Servos weitermachen soll. Ich habe eine fixen Drehpunkt. Wie kann ich nun bestimmen, welches Drehmoment der Servo brauch um das Rad zu drehen (also lenken)??

Spielt hierbei nicht auch noch der "Angrifsspunkt" der "Lenkkraft" eine Rolle? Also ob dich jetzt z.B. auf meinen Drehpunkt noch ein Zahnriemen mache und z.B. mit einem Schrittmotor die Drehachse direkt bewege oder mit Hilfe eines Standard-Servos über ein Lenk-Gestänge die Drehung durchführe.

Wäre um Tipps und Ratschläge sehr dankbar.

Beste Grüße
Andy

[micky_ficky]

r ... Abstand Radmittelpunkt zu Mittelpunkt deiner Drehung [in m]
F ... Deine Kraft die du wirken möchtest, hier Fh [in N]
M ... gesuchtes Drehmoment [in Nm]

M = F * r

Sagt auch Wiki :)

Wie du die Drehung letzten Endes ausführst spielt natürlich eine Rolle, da ja eventuelle Übersetzungen auftreten können, die dein effektives Drehmoment ändern. Wenn du z.B. mit einem Zahnriemen arbeitest hättest du so eine Übersetzung. Mit einem Lenkgestänge und Servo dürfte sowas nicht auftreten und du kannst obiges Drehmoment verwenden.

MfG
Daniel

[CodeBrowser]

Danke, genau der Hinweis bzgl. dem Abstand vom Radmittelpunkt zum Drehpunkt hat mir gefehlt. Jetzt ist der Groschen gefallen ;-)

Ach ja, wie ist es denn mit meiner Annahme der Gewichtsverteilung auf die Achsen bzw. Räder. Kann ich von so einer Vereinfachung ausgehen?

[micky_ficky]

Kommt drauf an :)
- zu befahrende Oberfläche
- Art der Räder
- Art der Aufhängung

Wenn du z.B. n komplett starres System (keine Federung der Achsen oder dergleichen), Feste Räder (Metall, Holz,...) und nen holprigen Untergrund hast, dann nein.

Wenn dein Untergrund glatt ist, oder zumindest hinreichend glatt in Hinsicht auf die verwendeten Reifen (wird bei dir wohl Gummi sein, am besten sowas wie richtige Autoreifen mit Luftschlauch) und die Federung, dann passt deine Annahme näherungsweise.

MfG
Daniel

[CodeBrowser]

Hmm, dann muss ich wohl noch ein bisschen Rechnen und auch meine Konstruktion überdenken. Momentan waren nur starre Achsen ohne Federung geplant und der Einsatz von Modellbaureifen aus Gummi.

Vielen Dank für die Infos.

Gruß
Andy

[micky_ficky]

Muss nicht schlecht sein... du hast immer min. 3 Reifen auf dem Boden. Wenn die Anordnung nur n bisschen nachgeben kann (tun Gummireifen auch) und du auf Teppich oder Laminat oder dergleichen fährst, dann hast du immernoch keine Probleme...

Für was genau ist denn dein Bot gedacht?

MfG
Daniel

[ranke]

r ... Abstand Radmittelpunkt zu Mittelpunkt deiner Drehung [in m]
F ... Deine Kraft die du wirken möchtest, hier Fh [in N]
M ... gesuchtes Drehmoment [in Nm]

M = F * r


Dazu noch eine Bemerkung.
Genaugenommen sollte für "r" der Abstand zwischen Lenkachse und Radaufstandspunkt (der Punkt, in dem sich Rad und Boden berühren)eingesetzt werden. Solange die Lenkachse senkrecht steht ist das aber das selbe, wie der Abstand zum Radmittelpunkt. Die Formel gilt nur, wenn das Rad bei der Lenkung nicht abrollt, also über den Boden radiert.
Aus der Formel kann man schnell ablesen, dass man die Lenkkraft gering halten kann, wenn man die Lenkachse sehr nahe an den Radaufstandspunkt bringt (im besten Fall geht die Lenkachse genau durch den Aufstandspunkt). Das ist aber technisch nicht so einfach, weil man die Lenkachse lagern muss, diese Lager müssten dann genau in der Radebene liegen, wo man keinen Platz hat. Gerne stellt man die Lenkachse deshalb nicht ganz senkrecht, sondern etwas schräg, so dass man die Lagerung der Lenkachse auf der Innenseite des Rads, nahe der Radebene anbringen kann.
Die Lenkachse möglichst nahe an den Radaufstandspunkt heranzubringen hat noch den weiteren Vorteil, dass Antriebskräfte, die ebenfalls im Radaufstandspunkt wirken, kein Moment bezüglich der Lenkachse aufbringen, damit wird das Lenkservo nicht durch Antriebs- und Bremskräfte belastet.

[CodeBrowser]

@micky_ficky: Eigentlich war der Bot als Experimentier- und Test-Plattform in unserer Firma geplant. Leider sind wir alles Software- und Hardware-Ingenieure und haben nicht viel Ahnung vom Maschinenbau ;-) Deshalb sollte das alles so einfach wie möglich gehalten werden. Allerdings sollte der Bot auch auf Schotterwegen fahren können. Soll also kein reiner Indoor-Bot werden.

Aus diesem Grund denke ich momentan auch ernsthaft über eine normale Modellbau-Einzelradaufhängung mit Achsschenkel und Querlenker nach. Das würde dann auch (wie ranke schon richtig gesagt hat) die benötigte Kraft für die Lenkung reduzieren, da ich den Drehpunkt sehr nahe an der Radnabe habe. Ebenfalls könnte ich dadurch recht einfach Modellbau Öldruckstoßdämpfer einbauen. Wir dann leider etwas teuere. Daher weiß ich noch nicht ob das in mein Budget passt

[micky_ficky]

Die Formel gilt nur, wenn das Rad bei der Lenkung nicht abrollt, also über den Boden radiert.
Da es hier um das nötige Moment geht, dass nötig ist um die Haftreibung zu überwinden passt die Formel. Wenn das ganze in irgend einer Bewegung ist sollten die nötigen Momente ohnehin kleiner sein, da es sich dann um Kombinationen aus Gleit- und Rollreibung handelt, die ja für gewöhnlich etwas bis sehr viel kleiner sind.

Dieser Punkt ist insbesondere auch für dich interessant Codebrowser. Das heist nämlich, dass du letzten Endes weniger Kraft benötigst wenn sich der Bot bewegt. Wenn du also einfach bei ner Lenkeinstellung fürs gerade Fahren den Bot in Bewegung versetzt und erst dann lenkst tuns die Servos wahrscheinlich auch noch wenn weniger Räder Bodenkontakt haben. Du gibst möglicherweise etwas an Genauigkeit auf, dafür halten sich die Kosten in Grenzen.


Interessant wäre noch: warum 8 Räder? machst du dir damit nicht unnötig das Leben schwer? Ne bessere Manövrierfähigkeit als bei z.B. 4 Rädern hast da auch nicht. Dadurch das du keine durchgehenden Achsen verwenden willst sondern jedes Rad einzeln antreiben und steuern willst bekommst auch noch n paar fiese Effekte rein, eben zum Beispiel Momente auf den Servo die du nicht haben möchtest...

MfG
Daniel

[CodeBrowser]

Das stimmt, wenn der Bot in Bewegung ist, dann ist das benötigte Drehmoment für das Lenken kleiner. Dennoch versuche ich das System so auszulegen, dass ein Lenken im Stand möglich ist.

Der Grund für die 8-Räder ist das benötigte Drehmoment für den Vortrieb. Da es sich um ein Experimental-Projekt handelt ist noch nicht abzuschätzen, wieviele Aufbauten noch dazu kommen werden und wie sich dadurch das Gesamtgewicht des Bots erhöht. Daher hatten wir zu Beginn mit einem Gewicht irgendwo zwischen 30-40kg kalkuliert. Damit das Teil dann auch noch fährt, wird ein recht großes Drehmoment benötigt. Daher die Verwendung von 6-8 Motoren (die etwas kleiner sein können) die gemeinsam das Drehmoment liefern können. Ein weitere Grund ist die technische Herrausforderung. Es wird pro Motor auch ein komplettes Prozessorboard verwendet die über CAN vernetzt werden. Die Herrausforderung besteht nun darin, dieses Verteilte System zu Koordinieren.

[micky_ficky]

"Weil wir es eben machen wollen" passt für mich :)

Das mit dem Drehmoment is letztendlich Quark, da du mit sagen wir mal 2 großen Motoren wahrscheinlich das selbe Drehmoment hinbekommst, diese sind dann aber wahrscheinlich so leicht im Vergleich zu den 8 kleineren, dass ihr noch ewig Luft habt :) Außerdem hast dann die ganzen Probleme mit unerwünschten Momenten auf Achsen und Motoren nicht, die dir bei höherem Gewicht das Leben wohl ganz schön schwer machen werden...

[CodeBrowser]

Hm, also das mit den größeren Motoren glaube ich noch nicht so recht. Ich hatte eine weile nach passenden Motoren gesucht aber leider keine gefunden. Wenn das Fahrzeug 20-30kg (versuchen wir mal eine Diät ;-) ) dann brauchen wir dennoch 8-12Nm Drehmoment. Und eine gute Kombination von Preis, Drehzahl, Drehmoment, Stromverbrauch und Gewicht ist echt schwierig. Und dann ist da noch das Getriebe-Motor-Problem. Denn ich habe auch bei ein paar Herstellern bzgl. Getriebe-Motor-Kombination angefragt . Aber da geht es bei 300-500€ pro Einheit los. Und dafür reicht das Budget leider nicht. Dann war da noch die Idee eines Selbst-Bau-Getriebe.....wir haben auch einen Prototyp gebaut (ich weiß gerade nicht ob man das noch so nennen kann.......;-)

Könntest du mir vielleicht spontan einen Tip für passendere Motoren und Getriebe geben?

Gruß
Andy