Motorisierte Verwirrung

[Phren]

Hi zusammen

Ich möchte meinen ersten Roboter bauen und bin nun, auch nachdem ich das Tool benutzt habe, etwas verwirrt.
Ich beschreib euch aber erstmal kurz das Projekt damit ihr eine Vorstellung habt:

Geplant ist ein Kettenfahrzeug mit den Maßen 80 x 50 x 35 cm.
Es soll zwar einen kräftigen Motor sowie eine hohe Endgeschwindigkeit und Beschleunigung haben, allerdings möchte ich bei der Auswahl des Motors nicht völlig übers Ziel hinaus schießen.
Mit dem Tool kam ich immer auf Werte zwischen 0,5 und 1,5 Nm. Deshalb kam mir sogar schon die Idee evtl eine normale Autobatterie, oder ein Antriebsset für leistungsstarke RC Autos zu nutzen. Was meint ihr?

Hier noch 2 Bsp aus dem Tool:
Raddurchmesser des Roboters: 7cm
Maximales Gewicht des Roboters: 10kg
Motorgeschwindigkeit: 7000 U/min 20000 U/min
Getriebeuntersetzung 2 : 1 6 : 1
Geschwindigkeit 46,16 km/Std 44 km/h
Erforderliches Drehmoment des Motors (ohne Getriebe): 150 Ncm 35
Erforderliches Drehmoment des Motors (mit Getriebe): 210 Ncm 210

Was mich verwirrt ist der Unterschied der Daten.
Bei Bsp1 wird die gewünschte Geschwindigkeit über ein 2:1 Verhältnis, bei 7000 U/min und 150 Ncm erreicht.
In Bsp2 über 6:1 bei 20000 U/min und 35 Ncm
Ich will es nicht übertreiben, habe aber auch Angst das die Kiste dann am nächsten Stein hängen bleibt. Wie seht ihr das?

Grüsse

Stefan

[Phren]

Keiner eine Idee?
Irgendwer hat doch bestimmt schon schnellere Bots oder RCs gebaut.
Welche Motoren benutzt ihr?

Ich überlege ob ich diesen motor nehme,
http://www.conrad.de/ce/de/product/238146/110-CRAWLER-MOTOR-50X2T-8300-UMIN/1202032&ref=list
so weiß ich zumindest das er die gewünschte Leistung bringt. Dann muss ich mir im Anschluss überlegen wie ich diesen sinnvoll steuern kann. Was meint ihr?

Oder diesen?
http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?cPath=70&products_id=239

[oberallgeier]

... 46,16 km/h ... Keiner eine Idee ... im Anschluss überlegen wie ... sinnvoll steuern ...Vermutlich gibt es einige die ne Idee haben, zumal es in der letzten Zeit vergleichbare Threads gab, wo jemand richtig fette Motoren suchte für ähnlich schnelle Projekte - aber noch keine Ahnung hatte, wie er die in den Griff bekäme. Vielleicht besser andersrum probieren - erst Griff, dann fett ?

[Phren]

Hi Joe^^

Ich vermutete das die Antriebsprobleme die bei stärkeren Motoren auftreten mit der Zeit bestimmt zu lösen wären.
Ich wollte mit dem Projekt wachsen.
Das Fahrzeug muss auch nicht zwangsläufig so groß sein (wie wäre 50x30x20) und soll auch nicht autonom fahren können, es soll bloß beim Ansteuern mit der Fernbedienung über 2-Achen zu steuen sein (zuerstmal) und eine ordentliche Beschleunigung und Endgeschwindigkeit haben.
Ich suche lediglich Rat bei der Dimensionierung des Motors für ein solches Projekt. Was sagst du zu meinen Fragen oben?
1....evtl eine normale Autobatterie, oder ein Antriebsset für leistungsstarke RC Autos zu nutzen. Was meint ihr?
2.Ich will es nicht übertreiben, habe aber auch Angst das die Kiste dann am nächsten Stein hängen bleibt. Wie seht ihr das? Welche Erfahrungen habt ihr bei euren Motoren betreffend der Parameter?
3.Ich überlege ob ich diesen motor nehme,
http://www.conrad.de/ce/de/product/2...02032&ref=list
Oder diesen?
http://www.shop.robotikhardware.de/s...roducts_id=239
Was meint ihr?

Im übrigen, würd ich nun einen kleinen Bot bauen wollen, stände ich ebenso vor dem gleichen Problem, die Dimensionierung des Motors. Es gäbe nur den kleinen Unterschied das ich mich nicht soo extrem ärgern würde wenn ich feststelle das der geplante Motor doch nicht passt, da er nicht so teuer gewesen wäre wie das leistungsstarke Modell..

[oberallgeier]

... würd ich ... kleinen Bot bauen wollen ... gleichen Problem, die Dimensionierung ...Seltsam. Denn auf de Startseite es Forums steht links oben ein Link zur Berechnung des Motordrehmoments. Und wenn Du etwa 50% Drehmoment für die Beschleunigung nimmst, sollst Du sogar die erreichbare Beschleunigung einigermaßen sinnvoll abschätzen können. WENN der Motor ne passende Motorzeitkonstante hat *ggg* - die steht im Datenblatt oder in einem eigenen Messblatt (https://www.roboternetz.de/community/threads/36121-Autonom-in-kleinen-Dosen-R2_D03-Nachfolger-R3D01/page20?p=427784&viewfull=1#post427784) (noch mehr *ggg*).

[Phren]

Datenblätter sind immer was nettes =)
Ich habe ja schon geschrieben das ich das Tool genutzt habe, was dabei herrauskam und was mich daran verwirrte.

Was mich verwirrt ist der Unterschied der Daten.
Bei Bsp1 wird die gewünschte Geschwindigkeit über ein 2:1 Verhältnis, bei 7000 U/min und 150 Ncm erreicht.
In Bsp2 über 6:1 bei 20000 U/min und 35 Ncm
Ich will es nicht übertreiben, habe aber auch Angst das die Kiste dann am nächsten Stein hängen bleibt. Wie seht ihr das?

Das Kennlinienverhalten M/n ist mir auch bekannt, es ist nur so das ich Verständnisprobleme mit dem Verhältnissen von M, v, m, ü habe. Welche Werte kann ich da als "standartnahe" ansehen? Wählt man besser 0,9 Nm, somit einen sehr hohen Strom, mit 8000 1/min bei 2:1, oder 0,225 Nm mit 35000 1/min bei 1:8???
Ein sehr hoher Laststrom ist zwar unschön, ein ständig steckenbleibendes Kettenfahrzeug aber unschöner.
Deshalb kam ich ja auch auf die Idee mit der Autobatterie. Wird sowas eigentlich genutzt bei stärkeren Maschinen oder werden da auch Spezialakkus verwendet? Haben immerhin 45-100 Ah bei 12V. Da ich mich nun für eine kleinere Variante entschlossen habe (50x30x20) kommt die Autobatterie für mich nicht mehr in frage da sie, je nach Ah Wert 11-22 kg wiegen können.

@Joe:
Meintest du MBeschleunigung = 0,5M? Und somit entfallen die anderen 50% auf die Masse?

[Phren]

Irgendwer hat doch bestimmt schon schnellere Bots oder RCs gebaut.
Welche Motoren benutzt ihr?
Erfahrungsberichte und Beispielmodelle bitte =)

[Calis007]

Was mir hier fehlt, sind Angaben dazu, was das Ding eigentlich koennen soll und speziell auf welchem Untergrund es 40+ schaffen soll. Kette scheint mir bei dem Verhaeltnis Laenge zu Breite eher ungeeignet.
Und 10kg fuer die urspruengliche Groesse kommt mir zu wenig vor - aber ok, ich kenn nur die Daten von Modellpanzern, die kommen bei vergleichbarer Groesse mit mehr daher (10kg wiegen da die Ketten alleine)..

[Phren]

Hi,

Das Fahrzeug soll die 40+ auf gerad Strecke fahren. dh. ohne Störgröße. Ich wollte ansich eine RC Kettenfahrzeug bauen welches auch eher die fahreigenschaften eines solchen haben soll, statt der eines Bots.
Mir ist bewusst das das autonome Fahren damit erstmal unmöglich wird, aber man kann ja noch genug andere Funktionen programmieren.
Doch vermute ich nun das dieses Projekt wohl etwas umfangreich für einen Einsteiger ist, oder?
Es gibt einfach zu viele Basics die man nicht kennt, gängige Vorgehensweisen und zumindest die Herstellernamen der gängigsten Bauteile.

z.B.:
Ich möchte das RN-Control verwenden. Nun habe ich gelesen das der Motorausgang des Boards nur mit 1 A belastet werden darf ( ansich auch klar, ist ja nur ein IC ). Wenn ich nun einen leistungsstarken Motor verwenden möchte muss ich diesen ja über besagten Port steuern, der Laststrom muss zugefügt werden. Zunächst denkt man ja an ein Relais, doch was ist mit der PWM? Wie bekommt man die Peaks auf den Laststrom? Ist ein FET evtl. schnell genug? Ein weiterer Thyristor im Lastkreis?

MfG

Stefan

[021aet04]

Ich würde dir raten dich in die Elektronik einlesen. Einen Thyristor wirst du nicht verwenden können. Das ist ein steuerbarer Gleichrichter. Diese werden bei Wechselspannung eingesetzt. Wenn du einen Thyristor einsetzt wirst du den einmal einschalten können und nicht mehr aus (es gibt aber auch spezielle Thyristoren => GTO-Thyristoren). Außerdem sind Thyristoren für hohe Ströme/Spannungen und nicht für kleine Roboter. Du solltest Fets verwenden. Außerdem schreibst du "ansich auch klar, ist ja nur ein IC". Es gibt Motortreiber die verkraften auch mehr und besetehen "nur" aus einem IC
http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?cPath=65&products_id=112

MfG Hannes

[Calis007]

Paar Bilder und Infos zu Kettenfahrzeugen gibts auf http://www.bigtanks.de/site/bigtanks-n.htm
Die 1:8 Modelle kommen in etwa an die von Dir geplante Groesse, fahren aber nur (modellgerechte) 10km/h..

[Phren]

Hi und danke erstmal für die Antwort,

Ich bin Elektrotechnikstudent und verstehe die Theorie, einlesen ist bereits erledigt, nur die Praxis ist aus oben genannten Gründen etwas problematischer.

Zum Thyristor: Man müsste doch nur einen Widerstand zwischen Masse und Kathode löten, somit ist Masse negativer als die Kathode. Dann muss zum Löschen des Thyristors nur noch die Anode auf Masse gezogen werden, Uak kippt und der Thyristor sperrt. Eine zweite Möglichkeit wäre noch den Haltestrom zu unterschreiten.

Der verlinkte RN-VN2 ist auch nur bis 4 A belastbar, zumindest Dauerlast. Bei dem ursprünglich geplanten Projekt wie oben beschrieben wäre auch das nicht ausreichend. Gibt es auch Treiber bis 10, 15 A?
Wenn nein, was ist mit den Fragen von oben?
Werden die Peaks durch einen FET übertragen ausreichend detailliert?

Wenn ich nun einen kleinen Bot bauen möchte, so wie mir nun schon oft geraten wurde, wie sollte ich dann die Motoren ansteuern? Wie habt ihr das gemacht? Ist die Annahme das man sich zuerst einen keinen Bot mit leistungsschwachem Motor bauen sollte, damit 1 A nicht überschritten wird, sodass das RN-C auch alleine zur Ansteuerung ausreicht korrekt?

[021aet04]

Wir in der Firma verwenden Thyristoren (für Gleichstrommotoren und Drahtglühanlagen). Die kleinsten Antriebe sind für 230V/400V Eingangsspannung und min. 20-25A Ausgangsstrom (geht hoch bis mehrere 100A). Da es ausreichend Fets gibt die die Spannungen/Ströme schalten können würde ich keinen Thyristor verwenden sondern einen Fet.

Der Treiberbaustein, den ich gepostet habe kann bis 30A. Ohne Kühlkörper kann dieser Treiber bis zu 4A liefern.

Das Board erlaubt bereits ohne Kühlkörper eine längere Belastung von ca. 4A je Motor, wobei die kurzzeitige Belastung bis 10A und mehr kein Problem darstellt. Der hochmoderne Motorchip verträgt sogar weit höhere Strombelastungen (30A laut Datenblatt), welche aber aufgrund der starken Wärmeentwicklung ohne zusätzliche Kühlmaßnahmen Kühlkörper / Lüfter etc. nicht erreicht und auf dem Board nicht vorgesehen werden. Bei Belastungen bis ca. 2 bis 3 Ampere wird noch nicht mal warm.

Das bedeutet das du nur einen Kühlkörper montieren musst und sollte dies immer noch nicht ausreichen einen Lüfter.

Ich würde einfach diesen Treiber nehmen oder eine einfache H-Brücke mit 4 Fets verwenden. Ich würde Mosfettreiber verwenden damit die Fets schneller durchschalten. Für die oberen Fets (zwischen +U und Motoranschlüsse) würde ich ebenfalls N-Fets verwenden, da diese einen niedrigeren RDSon besitzen als die P-Kanal Fets. Du brauchst dann aber einen Fettreiber der für Highside ausgelegt ist (hat normalerweise eine Ladungspumpe/Chargepump) integriert, die die Versorgung des oberen Fets übernehmen.

MfG Hannes

[Calis007]

"Wenn ich nun einen kleinen Bot bauen möchte, so wie mir nun schon oft geraten wurde, wie sollte ich dann die Motoren ansteuern?"

Klassisch mit PWM und einer H-Bruecke - von ganz klein (L293D) bis handgestrickt mit 4 MOSFETs (Schutzdioden nicht vergessen) .
Kleiner Bot fuer den Anfang ist auf jeden Fall eine gute Idee, da siehst Du dann, was es noch fuer Baustellen gibt - von der Mechanik ueber die Sensorik bis zur Programmierung - dann kannst auch viel besser abschaetzen, was noetig ist fuer was Grosses..

[Phren]

Ok, nun fiehlen doch Worte die mir nichts sagen =)

Was ist der RDSon eines FET ( ich kenne nur den rds, den dynamischen Drain-Source-Widerstand )? Extra FET Treiber? Ok, soweit klar aber warum genau? Was ist Highside?

Ich möchte zuerstmal nur die Schaltung auf einem Board zusammen bekommen.

http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?cPath=65&products_id=132
http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?cPath=65&products_id=110

Brauche ich denn überhaupt solche Bauteile? Welchen Zweck haben sie genau? Nur mehr Features? Das RN-C hat doch bereits die dafür notwendigen Anschlüsse, oder hab ich da was missverstanden?

[Phren]

@Calis007:

Sorry, hab dein Posting glatt überlesen =)
Ich wollte ohne Bot anfangen, aber dafür nur Fertigboards verwenden um schneller mit dem Programmieren anfangen zu können. Den Bot will ich erst bauen wenn ich mir eine funktionierende Steuerung erstellt habe um mit den zu erreichenden Motordaten besser das zu erwartende Gewicht des Bots abschätzen zu können.

Dh. ich möchte mir die Schaltungen vorerst nicht selber bauen. Muss ich dann trotzdem eine H-Brücke und den L293D verwenden oder gibts das als Board?
Ich dachte auf dem RN-C wären schon alle Features drauf ( für kleine Motoren ). Oder?

[Calis007]

RDSon .. Widerstand D-S, wenn das Ding voll durchgeschaltet ist (also das Optimum in Bezug auf wenig Verlustleistung an dem Teil); waehrend der Schaltzeit gibt's natuerlich Zeitpunkte, wo der Widerstand zwar schon klein, aber noch nicht soo klein ist, dann faellt auch mehr Spannung hier ab..)
FET-Treiber u.U. genau dazu, die Schaltzeit klein zu halten (also Gate schnell umladen mit ordentlich Strom)
Highside ist die problematischere Seite einer H-Bruecke (weil da N-Kanal-MOSFETs, die kleineren RDSon haben, nur mit Zusatz-Spannungstrick verwendet werden koennen oder P-Kanal eben mehr Verlustleistung mit sich bringen..)
Genaueres: http://modularcircuits.tantosonline.com/blog/articles/old-h-bridge-secrets/part-1/

[Calis007]

Auf dem RN-Control ist ein L293D drauf = H-Bruecke ;)
Edit: genauer gesagt sind da 2 H-Bruecken drauf, Du kannst damit also 2 Gleichstromotoren jeweils mit PWM und Richtungswechsel bedienen. Also alles da.
Betreffend voriges Posting: Highside ist der Teil der H-Bruecke, der den Motoranschluss auf die Versorgungsspannung zieht (lowside zieht auf Masse) und bei N-Kanal-MOSFETs sind bauartbedingt kleinere RDSon moeglich als bei P-Kanal.

[Phren]

Der RDSon ist also = rds^^
Also schließe ich erstmal daraus das das RN-C erstmal reicht um Motoren zu steuern.
In einer H Brücke sind doch eh die beiden oberen Transistoren PNP und die beiden unten NPN. Braucht man trotzdem sowas? Highside hab ich noch nie gehört, hast du da noch Infos zu? pdf zb?
Treiber zum Verkürzen der Schaltzeiten??? Sind doch eh schon MOSFETs. Trotzdem noch beschleunigen?

[Calis007]

"Highside hab ich noch nie gehört, hast du da noch Infos zu?"
Siehe Link im Posting nr. 17 bzw. mein Edit im Posting nr. 18 ;)

"Sind doch eh schon MOSFETs. Trotzdem noch beschleunigen?"
Wenn die fuer fetten Strom ausgelegt sind, hat das Gate auch eine grosse Kapazitaet, und da dauert das Umladen mit wenig Strom evtl. zu lange. Je nach PWM-Frequenz kann dann da schon ordentlich Strom fliessen, bzw. das Umschalten zu lange dauern und dadurch die Verlustleistung unnoetig gross werden. Beliebig beschleunigen ist aber auch wieder problematisch, ich zitiere mal aus meinem Link von nr. 17:

"There is another factor to be considered however: the faster the devices are switched the more sudden the voltage and current changes will be in the circuit. These changes will then generate EMI interference that is in general not a good thing. In short you don’t want the switching speed (not the frequency!) to be too high or else you will generate too much electro-magnetic noise."

Edit: Noch ein Grund fuer einen Treiberbaustein: Wenn Du nicht gerade logic level MOSFETs verwendest (wie z.B. IRLZ 34 N, den ich oft verbaue), brauchst Du 10V fuers Gate, kommst aber vermutlich mit 5V vom Mikrokontroller daher.

[Phren]

Danke, super informative Antworten. =)
Ich dachte allerdings das auch bei Leistungs-FETs der Umladestrom im pA Bereich liegen würde, da der rds doch durch die negativ vorgespannte Ugs gesteuert wird, also nur das E Feld. Der Widerstand Rb in der Standard Sourceschaltung (sorry, habe grade keinen Link, aber ich denke die kennst du eh) ist doch nur vorhanden um das negative Potential an das Gate zu liefern und um evtl eingespeiste Wechselspannungen nicht kurz zu schließen. Daher dachte ich das auch hier der Strom zu vernachlässigen wäre, weil Rb doch im MOhm Bereich liegt.
Habe ich da was nicht bedacht?

[021aet04]

Der Fet hat ein Gate das wie ein Kondensator wirkt. Beim Einschalten wirkt der Kondensator wie ein Kurzschluss. Je größer die Gatekapazität ist desto höher ist der Strom bzw die Dauer des hohen Stromes. Deswegen verwendet man oft mit µC einen Widerstand zwischen Ausgang des µC und Gate von ca. 10-100Ohm. Der Nachteil ist hier das das Umladen des Gates länger dauert und dadurch der Fet einen höheren RDS hat (wärend des Umladens). Hier ist wieder das Problem das hier eine Verlustleistung abfällt (je nach RDS und Strom der fließt). Dadurch sollte man das Gate so schnell als möglich umladen. Verwendest du keinen Widerstand und hat das Gate eine hohe Kapazität kannst du den Ausgang des µC zerstören. Wenn der Ausgang auf +5V schaltet und das Gate wie ein Kurzschluss wirkt hat man eine direkte Verbindung zwischen +5V und Masse und somit einen hohen Strom der den Ausgang zerstören kann.

Aus diesem Grund verwendet man oft einen Gatetreiber. Dieser ist gleich aufgebaut wie der Ausgang eines µC nur kann der Gatetreiber einen höheren Strom liefern, dadurch wird nichts zerstört. Wenn du den Aufbau des µC Ausgangs nicht kennst. Dieser besteht aus 2 Transistoren. Einer zieht den Ausgang direkt auf +5V (Versorgung) und der andere Transistor schaltet direkt auf Masse.

Ein weiterer Punkt warum man oft Gatetreiber verwendet ist der das beim Umladen der Gates (Highside und Lowside) beide Fets gleichzeitig leiten können und der Strom nur durch die beiden RDS begrenzt werden. Die Gatetreiber verzögern die Umladung zwischen den beiden Gates um eine kurze Zeit (wenn es ein integrierter Highside/Lowsidetreiber ist).

Ist das Gate einmal geladen braucht der Fet "keinen" Strom mehr. Die "gefährliche" Situation ist nur das Umladen des Gates.

MfG Hannes

[Phren]

Das der Effekt gleich dem eines Kondensators ist klingt schon logisch,
MOSFET ist doch auch IGFET oder? Ich dachte immer das wegen der Isolierschicht der Umladestrom 0 ist!?

Naja, ich habe mich nun eh erstmal für den Aufbau auf einer Steckplatine entschieden und wenn ich beim Ansteuern der Motoren erste Erfolge erziele werde ich mir erste Gedanken zur Umsetzung machen.
Stückliste zum Einstieg:
RN-Control 1.4 Mega32
ISP Dongle
RS 232 Leitung
Netzgerät 12V
Steckplatine

nur bei den Motoren bin ich mir noch nicht sicher. was meint ihr? Ich habe mal ein paar raus gesucht:

RB 35 1:50
http://www.conrad.de/ce/de/product/227552/GETRIEBEMOTOR-RB-35-150/1210060&ref=list

oder auch

http://www.conrad.de/ce/de/product/222369/GETRIEBEMOTOR-251-45-15V-385ER- MOTOR/1210060&ref=list

http://www.conrad.de/ce/de/product/222370/GETRIEBEMOTOR-61-45-15V-385ER- MOTOR/1210060&ref=list

Da ich keine Motortreiber benutze darf der Laststrom max 1 A betragen. Weiß jemand wie empfindlich dieses Board bei Anlaufströmen ist?

Gruß

Stefan

[Calis007]

Also der L293D hat einen thermo-shutdown, wenn's dem zuviel wird, wird er hochohmig (nicht ploetzlich, sondern irgendwie eigenartig, bei mir lief mal ein (zu starker) Motor nach einiger Zeit ganz langsam unkontrolliert weiter (so 2-3 sec. lang recht unabhaengig vom Input, dann hab ichs gemerkt und abgedreht, der chip hats ueberlebt, nach Abkuehlen war alles wieder ok), also wenn Du den nicht schlagartig krass ueberlastest, wehrt er sich schon :P
Was die Spannungsversorgung ueber das Board angeht, da hab ich keine Ahnung, wieviel die liefern kann oder was die bei Ueberlast macht.

Du wirst wohl eine Drehzahlueberwachung fuer Odometrie oder zur Regelung programmieren, da solltest auf jeden Fall eine Art Not-Aus einbauen, wenn ein Motor nicht dreht obwohl er sollte, damit vermeidest Du laengerdauernden Blockierstrom

[Phren]

Das Board hat doch auch PWM Ports, oder was meinst du?

Hab nun den oberen Motor bestellt. Was hältst du von dem?

[Calis007]

Das Board steuert einen L293D mit PWM an und von dem gehts dann an den Motor, so wie ich das sehe. Der L293D haelt leichte Ueberlast aus, aber der muss ja selber versorgt werden - wie es damit aussieht, davon weiss ich nichts (hab das Board nicht)..

Und da rn-wissen.de gerade down ist, kann ich auch keinen Blick auf die Schaltung werfen im Moment - gute Nacht ;)
Ahh - geht wieder.. Sieht so aus, als wird der direkt von externer Quelle versorgt (ohne boardeigene Stabilisierung, Regelung oder sonstwas), da sollt es also auch kein Problem geben.