Wie stark soll der Motor sein?

[Operaiter]

Hallo Roboter-Netz,

seit ca einem Jahr lese ich eifrig eifrig in diesem Forum und habe schon viel positives für meine Projekte gewinnen können. Früher habe ich immer mit einem Freund zusammengearbeitet der ziemlich geschickt im Modellbau war. Ich, war mehr so fürs programmieren verantwortlich...

Nun habe ich allerdings ein Projekt bei dem ich leider nichtmehr auf seine Hilfe hoffen kann! Dafür hoffe ich das ihr mir nun vielleicht unter die Arme greifen könnt!

Ich würde gerne einen RoboterBauen der in der Lage ist sich Off-Road zu bewegen. Dabei soll er sich in meinem Rasen, der etwas hoch und uneben ist erstmal bewegen.
Im wohlbekannten Wiki habe ich nun einen schönen Rechner gefunden der uns bisher immer gut geholfen hat. Leider kann ich nun nicht viel mit ihm anfangen :[

Die Frage die nun momentan im Raum steht ist wie stark mein Motor sein muss?!

Um auch in Zukunft viel Raum zu spielen und experimentieren zu haben soll der Roboter ca. 30Kg wiegen sollen. Zu Anfang kann ich dann erstmal eine dicke Batterie mit draufpacken damit er auch schön lange fährt :] Ich habe hier Räder mit einem Durchmesser von 16 cm. Will ich diese denn nutzen?! Warum nicht! :] Schnell muss der Roboter natürlich nicht sein! Maximal vielleicht in Schrittgeschwindigkeit eines Menschen damit ich auch mal etwas gasgeben kann. Dauerlast kann ruhig etwas niedriger liegen.

Nun muss ich zwei weitere Werte des Rechners ausfüllen.
Drehzahl und Übersetzung.

Ich gucke jetzt einfach mal Just for Fun durch den Conrad-Katalog und sehe dort einen Motor:
http://www.conrad.de/ce/de/product/236262/540ER-TUNING-ELEKTROMOTOR-35T/1202032&ref=list
Art #: 236262 - 62

Dieser hat ca. 12.000 U/min.

Wenn ich nun eine Übersetzung von 120:1 wähle fährt er ca. 3km/h.


Klingt ja soweit ganz einfach! :]


Nun kommen wir zum Problem. Nun steht hier ich bräuchte mit Getriebe einen Motor der 13.5Nm an Leistung bringt. Braucht mein Motor nun maximal 13.5Nm oder so im Durchschnitt 13.5Nm?
Weitere Frage: Ich wollte eigentlich zwei Motor installieren. Einen Links, einen Rechts und darüber auch meine Lenkung steuern. Kann ich nun die benötigte Leistung durch zwei auf 6,8Nm reduzieren?

Reicht der gezeigte Motor nun für meine Ansprüche?

Laut Datenblatt gibt der Motor 36.75 W Leistung ab.

Wie kann ich dieses nun in Nm umrechnen? Sind die 36 W nun Spitzenleistung? Oder kann er auch nochmehr kurzzeitig?

Ansteuern möchte ich die Motoren über zwei Regler die ich vom Atmel steuere.

Ich würde mich sehr über eure Hilfe und euer Feedback freuen! Auch ganz andere Lösungsideen bin ich nicht abgeneigt!

Würde sich ein solches Projekt auch mit Schrittmotoren realisieren lassen?

Vielen Dank,
mfg Operaiter

[Operaiter]

...Ich bin ein bisschen hin und her gerissen.

Um meine Anforderungen nochmal etwas zu verfeinern. Ich denke das ich zu Beginn auch noch gut mit 10KG Gewicht auskommen werde. Wollte mir halt was bauen was vll auch mal ne etwas transportieren kann ;-) 10KG-Gesamtgewicht, mit Akku, Motoren und Gehäuse dann ;)

[Calis007]

Also ein untrainierter Mensch auf einen Fahrrad bringt etwa 100W Dauerleistung - und das reicht bekanntlich fuer 15km/h bei 80kg. Daher denk ich mal, mit 2x 36W bist Du auf der sicheren Seite, selbst mit einigen Verlusten im Getriebe, wenn Du den Motor nicht gerade am optimalen Arbeitspunkt betreibst und wenn sich etwas Gras in den Weg stellt..
Konkret kommt es wohl noch drauf an, wie schlimm Deine Unebenheiten wirklich sind und ob Du verhindern kannst, dass sich Gras um die Achse(eigentlich Welle) wickelt - das kann schnell mal einen recht grossen Widerstand ergeben, wenn sich da was ansammelt.

[Operaiter]

Ahhhh, das hört sich ja schonmal sehr gut an! :] Danke Calis007! Sollte ich vielleicht doch noch etwas mehr reservern einsetzen? Beruht deine Rechnung nun auf einen 30KG oder 10KG Robo?

Nun eine Frage zum Stromverbrauch des Motors und die dadurch resultierende Wahl des Motortreibers, bzw des Akkus.

Laut Datenblatt hat der Motor eine Effizienz von 50% und erzeugt ca 40 Watt. Das bedeutet er zieht 80Watt leistung. !?!

Einsetzen in der Formel: Watt = Volt * Ampere
80W = 7,2V * A
A = 11A

Vergleiche ich meine Anforderungen nun mit der Tabelle im Wiki zur Motoransteuerung ( http://www.rn-wissen.de/index.php/Getriebemotoren_Ansteuerung ) finde ich nun einen Motortreiber der meine Anforderungen (mehr als erfüllt - und ggf. Updates zulässt)

Was denkt ihr? Komm ich mit diesem Treiber klar? 30A ist schon etwas übertrieben. Könnt ihr vll noch einen Treiber zwischen 7 und 30A empfehlen?


Angenommen auf meinem Robo sitzen nun zwei Motoren mit jeweils 11A dann komme ich in Summe auf 22A. Angeommen ich hätte eine eine Batterie mit 3,4Ah komme ich auf eine Laufzeit von 15 Minuten. Darf ich das so berechnen oder ist das quatsch?!(Bestimmt kann man dabei noch etwas abziehen weil der Treiber bestimmt eigenverlust in Form von Wärme hat oder so ... :'-( )

Also brauche ich natürlich einen anderen Akku. Wenn ich nun das Gewicht des Roboters reduziere benötigt der Motor weniger Leistung und somit läuft der Spaß auch länger?

Durch zusätzliche Akkus erhöhe ich nun das Gewicht des Robos. Dadurch verlängert sich theoretisch bei gleichbleibendem Gewicht meine Laufzeit. Aber der neue Akku wiegt evt mehr als der alte. Geht meine Rechnun so nicht gegen Null auf?

Fragen über Fragen von einem Technik anfänger. Solangsam frage ich mich ob ich mir nicht doch lieber einen Home-Robo baue. Aber ich glaube das wäre mir zu einfach... *grins*

Danke schonmal für eure Anregungen! :]

[Calis007]

"Beruht deine Rechnung nun auf einen 30KG oder 10KG Robo?"
Ich hab da nichts gerechnet, bloss mal mit einem Radfahrer verglichen..

"Laut Datenblatt hat der Motor eine Effizienz von 50% und erzeugt ca 40 Watt. Das bedeutet er zieht 80Watt leistung. !?!"
Wenn Du unter optimalen Bedingungen Vollgas gibst, wuerde ich das auch so interpretieren, ja.

"Was denkt ihr? Komm ich mit diesem Treiber klar? 30A ist schon etwas übertrieben."
Die 11A, die Du berechnet hast, gelten wohl fuer den leistungsmaessig optimalen Arbeitspunkt, der bei Elektromotoren klassischerweise etwa bei halber Leerlaufdrehzahl liegt (und entsprechendem Drehmoment, das eben die Drehzahl herabsetzt).
Das ist aber nicht der Punkt, an dem der maximale Strom fliesst. Der fliesst bei Stillstand des Motors (Kurzfristig beim Anlaufen, laenger, wenn irgendwas den Motor blockiert) - und der Maximalstrom kann durchaus ein Mehrfaches von Deinen 11A ausmachen - ich halte 30A fuer eher knapp bemessen (aber ok, wenn Du eine Sicherheitsabschaltung einprogrammierst, die den Motor beim Blockieren abschaltet - sonst koennten da mehr als 30A auf Dauer den Treiber killen - evtl. mal so einen Motor besorgen und den Blockierstrom messen, dann weisst Du Genaueres - aber Achtung, nicht jedes Netzteil/Messgeraet schafft so hohe Stroeme ;)

"Angeommen ich hätte eine eine Batterie mit 3,4Ah komme ich auf eine Laufzeit von 15 Minuten. Darf ich das so berechnen oder ist das quatsch?"
Die Stromstaerke ist abhaengig vom Widerstand, und den kennen wir nicht so genau, also is das eher Quatsch; Du wirst vermutlich nicht ganze Zeit ueber bei optimalen Bedingungen Vollgas geben.
Ob es in der Praxis eher ein 'muehsam durchs hohe Gras kaempfen (bei mehr als 11A) oder ein lockeres vorsichhinrollen (bei weniger als 11A) sein wird, haengt wohl von den konkreten Umstaenden ab.

"Wenn ich nun das Gewicht des Roboters reduziere benötigt der Motor weniger Leistung und somit läuft der Spaß auch länger?"
Das ist ziehmlich sicher so, ja - ausser Du verwendest die freiwerdende Leistung fuer hoehere Geschwindigkeit, aber distanzmaessig wird's auf jeden Fall laenger ;)

[Operaiter]

Okay, okay, okay! :)

Ich glaube das hört sich doch alles besser an als ich anfangs befürchtet hatte. :]

"(aber ok, wenn Du eine Sicherheitsabschaltung einprogrammierst, die den Motor beim Blockieren abschaltet - sonst koennten da mehr als 30A auf Dauer den Treiber killen - )"
Wie funktioniert eine solche Sicherheitsabschaltung? Muss ich dazu mit dem Atmega den Strommessen der zwischen Motor und Treiber fließt? Und wenn dieser 30A übersteigt den Motor abschalten? Oder ist dies ein Elektrotechnischer aufbau?


Schade das wir die Laufzeit des Geräts nicht berechnen können. :( Finde es sehr ungenügend mir nun einfach irgendwelche Akkus zu kaufen und festzustellen das sie zu klein sind oder so. Angenommen beide Motoren fahren bei 30A. Dann komme ich auf 60A verbrauch. Das bedeutet der Robotor würde 5 Minuten laufen. ... Ich dachte eher an Laufzeiten von 3h ;)

Leider habe ich zuHause keine Netzteile oder Akkus die einen Test mit 30A zulassen würden. Ob mein Messgerät das kann weiß ich auch noch nicht ;-) Kann mir jemand vielleicht einen anderen größeren Regler empfehlen? Oder ist es preislich (nutzen?) sinnvoller einen Sicherheitsabschalter einzubauen?


Edit
...So ein Mist! :D

Jetzt wollte ich einfach schonmal die Motoren bestellen und mir dann ein Getriebe raussuchen was das kann, was ich will. Leider gibts das so nicht. Zumindestens nicht so das ich auch in der Lage bin es zu befestigen...

Habe mir nunmal einen Alternativmotor rausgesucht. Vielleicht würde nochmal jemand drübergucken? :]
http://www.conrad.de/ce/de/product/222365/GETRIEBEMOTOR-501-45-15V-540ER-MOTOR/?ref=detview

Klasse finde ich an diesem Motor das direkt Material zum befestigen des Motors dabe ist und das Getriebe! :]

Laut des Rechners im RoboterNetz würde der Roller nun doppelt so schnell fahren wie geplant.
Laut der Conrad Seite bringt der Motor 30 Ncm Spitzenleistung. Der OnlineRechner von euhc sagt mir ich bräuchte ohne Getriebe ca. 28Ncm.

Sehe ich es richtig das ich dann mit zwei Motoren etwas das doppelte der Leistung mitbringe als erforderlich? Oder bin ich total falsch und muss beim Drehmoment mit Getriebe gucken? Komme da gerade nicht so ganz mit.

Wäre klasse wenn da nochmal jemand drüber gucken könnte! :]

[Calis007]

"Wie funktioniert eine solche Sicherheitsabschaltung? Muss ich dazu mit dem Atmega den Strommessen der zwischen Motor und Treiber fließt? Und wenn dieser 30A übersteigt den Motor abschalten? Oder ist dies ein Elektrotechnischer aufbau?"

Viel einfacher. Du wirst vermutlich sowieso eine Drehzahlueberwachung haben wollen (Odometrie), und wenn Du feststellst, dass sich das Ding viel langsamer dreht, als es eigentlich sollte (aufgrund der Daten, mit denen Du den Motortreiber ansteuerst), dann schaltest Du ab - das ist in jedem Fall sinnvoll, egal, ob es nun passiert, weil Dein Sensor defekt ist (dann weisst Du nicht mehr, wohin das Ding faehrt), ob der Akku leer ist (tiefentladen is meist nicht so toll) oder ob irgendwas Dein Ding blockiert (dann willst Du auch nicht mit Gewalt da durch). Damit reichen die 30A dann locker.

Ich wuerd auf jeden Fall mal so einen Motor besorgen, evtl. auch nur mal testen, was der so bei kleiner Last braucht, mit etwas Glueck sind das nur 3-4A und alles sieht schon viel freundlicher aus..
Vielleicht kommst Du auch drauf, dass Du mit einem schwaecheren Motor auskommst - aber das haengt wohl stark von dem Gelaende ab, das Du befahren willst, das kann man pauschal nicht so sagen.

Edit: eben Dein Edit gesehen. Der Motor hat (bei 7.2V) nur etwa 1/3 bis 1/4 der Leistung vom anderen. Mit Glueck reicht's, auf was Starkeres kannst Du ja immer noch umbauen - ich wuerd's versuchen.
Spannend an den Daten finde ich, dass die Drehzahl bei maximaler Effizienz (und nicht bei maximaler Leistung) angegeben ist..

[Calis007]

"Laut des Rechners im RoboterNetz würde der Roller nun doppelt so schnell fahren wie geplant."

Ah, der hat nur 1:50-Getriebe. Also an doppelt so schnell bei 1/4 Leistung glaub ich eher nicht mehr, eher an etwas langsamer - schau Dir mal den
http://www.conrad.de/ce/de/product/222366/GETRIEBEMOTOR-1481-45-15V-540ER-MOTOR
an, ist vermutlich eher gelaendetauglich mit dieser Untersetzung ;)

[Operaiter]

Okay den hab ich mir nun angeguckt.

Ich habe keine Ahnung von soetwas. Mir wurde diese Woche nun einfach klar das ich nun Geld in die Hand nehmen muss und einfach mal etwas kaufen muss. Mit Glück ist er stark genug. Mit etwas mehr Glück sogar zu stark. Mit Pech zu schwach dann habe ich Geld ausm Haus geschmissen - Schade ;) :D

Der Motor sieht für mich gut aus. Geschwindigkeit hält sich laut Rechner im sehr guten Rahmen! Wie gesagt soooo wichtig ist diese nun auch nicht ;-) Nun ist bei diesem "Datenblatt" schon ein Stromverbrauch angegeben. 3A bei maximaler Effizient. Was auch immer genau das heißen mag.

Ich würde mir den Motor nun einfach mal bestellen un den Strom messen wärend ich versuche den Motor zu bremsen? Wie bremse ich ihn am besten? Mit einer Zange? Ich hab hier nen einen kleinen Akku liegen der mir 6Volt / 3,4Ah liefert. Kann ich den Motor damit testen? Oder sollte ich auf jedenfall einen Treiber davor setzen?

Zur Positionsbestimmung dachte ich an Impulsgeber. Ich guck mir deine Methode auch mal an. Habe ich nie von gehört!


Also einfach Motor bestellen und messen? Oder können wir anhand der Daten im Artikel sogar schon feststellen welchen Motortreiber ich brauche? Dann kann ich ja heute schon komplettsett kaufen :D
...ich stöbere gerade nur auf Conrad rum. Gibts bessere / übersichtlichere / günstigere Seiten?! :]


Danke!
LG

[Calis007]

Ich bin da auch nicht wirklich der Profi mit viel Erfahrung, vielleicht meldet sich ja sonst noch wer?

Also ganz klar sind mir die Conrad-Daten ja nicht (bzw. die von der "Drehmoment Berechnung" hier..), ich geh mal von dem 148:1 Getriebe aus:
Conrad sagt bei 12V: 1,544 Ncm (Motor direkt, nehm ich mal an) und Spitzen-Drehmoment 60 Ncm (nach Getriebe - ok, also etwa 3/4 Reibungsverluste.. hmm, kommt mir viel vor)
Drehmoment Berechnung sagt (fuer 5kg, hast ja 2 Motoren - aber keine Ahnung, ob das von der Berechnung so gedacht ist): 1,6Ncm (Motor direkt - das passt also ganz gut) aber 240 Ncm nach Getriebe - wohl noch ohne Verluste gerechnet :/

Ich denk mal, basteln und experimentieren kannst auf jeden Fall damit, betrachte es eben als Prototyp um was zu Lernen. Schlimmstenfalls klappt es eben nicht im Gelaende..

"Wie bremse ich ihn am besten? Mit einer Zange?"
Zu brutal hinterm Getriebe ;) evtl. das Rad dranmontieren, dann weisst Du auch gleich, ob es draufpasst ;)
Mit Blockiertests hinter einem Getriebe waere ich sowieso vorsichtig, soll Faelle geben, wo der Motor mehr Drehmoment liefert als das Getriebe aushaelt (aber dann hast auch im Betrieb schnell mal ein Problem - sollte nicht der Fall sein, aber ich moecht auch nicht Schuld sein, wenn Du es blockierst und mit einem Knacks ist das Getriebe im A... ;)

"Ich hab hier nen einen kleinen Akku liegen der mir 6Volt / 3,4Ah liefert. Kann ich den Motor damit testen?"
Was bietet der fuer einen maximalen Laststrom?
Meine grobe Schatzung ist etwa Blockierstrom = 10x Leerlaufstrom, aber das kann natuerlich je nach Motorbauart auch danebenliegen ..
Mit irgendwas um 5A solltest Du jedenfalls rechnen.

"Oder sollte ich auf jedenfall einen Treiber davor setzen? "
Ne, der laesst hoechstens etwas weniger Strom durch als wenn Du den Motor direkt anhaengst. Ausser, Du willst checken, wie warm der Treiber wird, dann schon ;)

"Zur Positionsbestimmung dachte ich an Impulsgeber. Ich guck mir deine Methode auch mal an. Habe ich nie von gehört!"
Odometrie ist nur ein andrer Ausdruck fuer Distanzmessung, sagt nichts darueber aus, welche Sensoren benutzt werden ;)

[Calis007]

Achtung! Habe gerade den Nachsatz bei Conrad gelesen:
"Das angegebene Spitzendrehmoment bezieht sich auf die max. Belastbarkeit des Getriebes."

Koennte also sein, dass es nicht 3/4 Reibungsverluste sind, sondern dass vorher wirklich das Getriebe aufgibt..

[Operaiter]

mhmmm siehst du das Risiko eher das das Getriebe bei einem Bremstest aufgeben würde? Dann sollte ich darauf ja vll verzichten ;)

Oder siehst du auch Gefahr das der Motor niemals funktionieren wird mit meinem Aufbau? Dann sollte ich vielleicht doch nach einem anderen Motor gucken? Oder reicht ein Regler der Stark genug ist?

Wenn sich der Strom * 10 vergrößern würde sollte der Treiber den ich eben genannte habe mit 30A ausreichen.

Wir eigentlich gerade beim Bestellvorgang als du mir das geschrieben hattest :D

[Operaiter]

...Hilft uns das weiter?

In diesem Buch (http://www.mcselec.com/index.php?option=com_content&task=view&id=236&Itemid=67) wird ein Rasenmäherroboter gebaut mit folgenden Motoren http://www.conrad.de/ce/de/product/227560/GETRIEBEMOTOR-RB-35-1100 (2x) Zum Gewicht oder zur Fahrgeschwindigkeit gibt es leider keine weiteren Informationen. Auf dem Fahrzeug befindet sich ein GelAkku mit 12V/7A und das Chassis besteht aus einer 3mm dicken Aluplatte (1m²)die mit Alustreben (10x10mm und 1 m lang) verstärkt wurde.
Mehr Infos zum Gewicht habe ich leider nicht.


Kann uns das in irgendeine richtung weiterhelfen? Ist einer der Motoren die wir in betracht gezogen haben auf einem ähnlichen oder höheren Leistungsniveau? :]

In dem Buch wurde zu diesem Aufbau folgender Motortreiber genutzt:
http://www.conrad.de/ce/de/product/174003/IC-SCHRITTMOTORTR-L293D/SHOP_AREA_17311&promotionareaSearchDetail=005

[Calis007]

"Oder siehst du auch Gefahr das der Motor niemals funktionieren wird mit meinem Aufbau?"
Naja, wenn im Betrieb starke Belastungen auftreten, kann auch da das Getriebe ex gehen - so wuerde ich das interpretieren, oder es ist nur eine "Sicherheitsklausel" von Conrad, d.h. falls Du mit einem defekten Getriebe reklamierst, sagen sie Dir: Da stand ja: nicht mehr als 60 Ncm. (obwohl vllt. im Normalbetrieb eh 120 gehen - drauf wetten wuerd ich aber nicht)

Den L293D verwend ich fuer meine Slotcar-Motoren, aber meine Slotcars wiegen nur 100-150g.. ich glaub nicht, dass der fuer 10kg-Dinger stark genug ist. Beim Max. Laststrom 2.1 A (vom GETRIEBEMOTOR RB 35 1:100 - wohl Blockierstrom) glueht der sicher durch, hiesse also: sehr vorsichtig anfahren und bei Blockieren sofort abschalten, die 300mA unter Last (vermutlich bei hoher Drehzahl und eher wenig Drehmoment) steckt er dagegen locker weg.

Meine Meinung: Kauf irgendwas, bastel rum, hab Spass dabei und wenn was kaputtgeht, verbuch es als 'Lehrgeld' - vermutlich wirst Du ja auch nicht gleich von Beginn an mit 10kg rumfahren.
Immerhin hat der RB35 1:100 nicht diese sonderbare Klausel von wegen max. Belastbarkeit des Getriebes dabeistehen - ist also vermutlich bessere Qualitaet. Langsamer dreht er - aber wie gesagt: Basteln, Spass haben und dabei lernen (10 kg schleppt dieses Ding sicher nicht - 12V mal 0.3A sind 3.6W Stromaufnahme, bei 66% Wirkungsgrad (im Idealfall) bleiben weniger als 2.5W Ausgangsleistung ueber; dafuer ist es leichter und kommt auch mit leichterem Akku aus: Vielleicht faengst Du doch besser mit was Kleinerem = Billigerem an ;)

[Operaiter]

Try & Error

Habe mir nun die RB35 mit dem L293D bestellt. Bin mal gespannt wie die ersten Gehversuche aussehen!

Ich melde mich dann...


Vielen Dank für deine Hilfe! :]