Motor für Roboter-Arm gesucht

[SaimenF]

Hallo Community,

Ich bin gerade dran, für mein Schulprojekt eine elektrisch höhen-verstellbare Tischleuchte mit Motoren zu bauen.
Da ich aber ziemlich neu in Sachen Motoren bin, bräuchte ich dringend eure Hilfe. ;)

Bei der Leuchte ist das Hauptproblem der Platz, die Motoren sollten so klein, aber stark wie möglich sein.
Natürlich sollte sie, wenn der Strom mal weg ist, nicht zusammensacken -> Sollte deswegen sehr schwergängig sein.
Ich habe mich im Internet trotzdem schon mal ein bisschen schlau gemacht und hätte vielleicht etwas geeignetes gefunden, mir aber noch nicht sicher bin.

RoboStar SBRS-5314HTG 280°:
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__64645__RoboStar_SBRS_5314HTG_280_Digital_Metal_G ear_High_Voltage_Robot_Servo_53_1kg_0_14Sec_81g.ht ml


Nun zu der Leuchte selber:
Alle Teile sollten aus Aluminium gefertigt werden, da ich sonst noch keine leichtere Variante gefunden habe.
Jeder der 3 Arme sollte ca. 30cm lang werden.
Die Motoren sollten an den eingezeichneten Stellen im Bild eingebaut werden.

Ich hoffe, dass mir jemand weiterhelfen kann, bin schon halb am verzweifeln ;)


Mfg,
SaimenF


32109

32110

[i_make_it]

Oben der waagerechte Leuchtenteil (Da wo wohl eine Leuchtstoffröhre rein kommt), hat eine Masse und die einen Hebelarm der auf das oberste Gelenk mit Motor wirkt.
Also Masse ermitteln und Drehmoment ausrechnen.
Das muß der Motor dann halten und bewegen können.
Dann kommt es drauf an wie schnell der Motor das bewegen können soll.
Das ist wie mit dem überladenen Kleinwagen an einer Steigung. Liegt die Motorleisung nur knapp Drüber geht das zwar noch aber halt entsprechen langsam.
Damit die Motoren nicht bei Stromausfall wegsacken gibt es 2 Möglichkeiten.
Zwangsbremsen (Kosten Geld und brauchen Platz)
Selbsthemmende Getriebe wie z.B. Schneckenradgetriebe.

Hat man Motor 1 (den Oben) dann kommt noch die Masse des oberen Armteils mit dem Gelenk mit Motor hinzu.
Wieder das Drehmoment ausrechnen und dann den zweiten Motor wählen.
Das geht beim dritten Motor nochmal genauso.

Die Frage ist, soll das nur theoretisch entwickelt werdne oder auch tatsächlich gebaut werden?
Im letzteren Fall sucht man sich Kaufteile wie Lager, Getriebe etc. aus und dann passende Motoren.
Oder Motoren mit passenden Getrieben.
Alles was selbst hergestellt wird, baut man dann da drum rum.
Ist die kostengünstigste Variante.

[SaimenF]

Hallo,

Danke für deine Antwort ;)

Ja, die Leuchte sollte tatsächlich gebaut werden.
Aber wie gesagt, mein Platz ist sehr begrenzt, hättest du vielleicht eine Idee, wie ich so ein Schneckenradgetriebe + Motor unterkriegen könnte?

Wie wäre es mit einem Schrittmotor, wäre so einer auch selbsthemmend?

Mfg

[i_make_it]

Schrittmotoren haben ein Rastmoment, sind aber nicht selbsthemmend.
Die Getriebeauswahl, kann immer erst erfolgen, wenn man die Last ermittelt hat.
Dann kann man feststellen welche Größe an Getriebe und Motor man benötigt.
Erst dann weiß man was passt und was nicht.

Getriebearten findet man hier:
http://www.pdfarchive.info/pdf/B/Br/Brown_Henry_T_-_507_Mechanical_movements.pdf
Das unten sind z.B. gehärtete 4mm Wellen und kleine Schneckenräder.
Links sieht man einen Getriebmotor mit Schnecke.
Mit einem Kegelradsatz könnte man den Motor noch parallel zu Welle legen damit es kleiner baut.
32111
Ob man so eine Baugröße verwenden kann, weiß man aber erst wenn man das durch die Last verursachte maximale Drehmoment kennt.
Per Federn und Zugdrähten kann man auch einen Lastausgleich wie bei einem Aufzug bauen, der kleinere Motoren erlaubt, da nur die Massenträgheit überwunden werden muß und nicht die Gewichtskraft.

[SaimenF]

Hallo,

Dann wäre ich mit einem Schneckenradgetriebe sicherlich gut bedient ;)
Zur Berechnung hätte ich noch eine Frage....

Ich benütze zur Berechnung des Drehmomentes diese Website:
http://www.wolfgang-frank.eu/drehmoment.php

Meint man bei dem Rechner unter dem Kraftabstand, die Kraft die aufgewendet werden muss, um ein Gewicht an einem Hebel von x Metern anzuheben?
Wenn ja, wie soll ich das Drehmoment für meinen Körper berechnen, bei dem das Gewicht am Hebel verteilt ist? :confused:

Mfg

[i_make_it]

Das Tool von der Seite ist Ok.

Und ja, daß meint man damit.

Jedes Objekt hat einen Schwerpunkt,
https://de.wikipedia.org/wiki/Massenmittelpunkt
An diesem Punkt kann man sich die ganze Masse des Objekts konzentriert vorstellen.

Ein Stab von 100cm Länge kann man an eine Schnur hängen die genau bei 50cm angebracht ist.
Wiegt der Stab 1kg und man hat an einem Ende ein Gelenk daß das Drehmoment aufnehmen soll, dann kann man sich das 1kg bei 50cm Denken.
Das Drehmoment ist dann 1kg * 9,81m/s² * 0,5m = 4,905N

Besteht jetzt die Lampe aus:
einem Endstück mit 100g das vom Gelenk 65cm bis 70cm entfernt ist,
dann sind das 0,1kg * 9,81m/s² * 0,675m = 0,662175Nm
einem Endstück mit 100kg das vom Gelenk 0cm bis 5cm entfernt ist,
dann sind das 0,1kg * 9,81m/s² * 0,025m = 0,024525Nm
einer Lampenabdeckung mit 200g die vom Gelenk 5cm bis 65cm entfernt ist,
dann sind das 0,2kg * 9,81m/s³ * 0,35m = 0,6867Nm
und einem Leuchtmittel mit 50g das vom Gelenk 5cm bis 65cm entfernt ist,
dann sind das 0,05kg * 9,81m/s² * 0,35m = 0,171675Nm
Da die Summe links drehenden und die Summe aller rechts drehenden Momente null sein muß, ergibt sich.
0,662175Nm
0,024525Nm
0,6867Nm
0,171675Nm
------------
1,545075Nm

Den Schwerpunkt habe ich der Einfachheit halber immer in der Mitte der Teile angenommen.

Der Motor müsste in dem Beispiel also das Drehmoment der Lampe von 1,545075Nm halten können und noch etwas stärker sien, damit er auch noch in einer vernünftigen Geschwindigkeit was bewegen kann.

Die meisten 3D CAD Programme die mit Volumenmodellen arbeiten, haben eine Möglichkeit Teilen einen Werkstoff und eine Dichte zuzuweisen damit können die dann Masse und Schwerpunkt von Teilen bestimmen.
CAD Programme die kinematische Verkettung von Bauteilen zulassen können so auch Drehmomente anzeigen.

[MisterMou]

Noch eine Idee am Rande.
Ist dir schon die Idee gekommen, die Gelenke mit einer Feder zu entlasten?
So lässt sich bei sorgfältiger Auslegung vielleicht die Selbsthemmung von einem Modellbauservo verwenden.
Außerdem wird weniger Drehmoment benötigt.
Die Federn vom Schaltwerk eines Fahrrads haben ganz schön Dampf und man bekommt sie überall.

[i_make_it]

Das mit dem Masseausgleich hatte ich auch schon vorgeschlagen, das muß aber wohl noch sacken.
Erkennt man daran das es um Höhenverstellung geht, aber trotzdem 3 Motoren eingezeichnet sind.
Bei einer parallelogram Sruktur reicht ein Motor, da die Ausrichtung des Lampenauslegers da immer gleich bleibt unabhängig von der eingestellten Höhe.
Gibt es so bereits bei einigen Schreibtischlampen (ohne Motor).
Bei den Federn muß dann aber die Federkonstante zu der Last passen. Ob da zufällig die einer Fahradschaltung passt müsste man ausrechnen.
Es gibt aber auch Federhersteller wie z.B.: Gutekunst https://www.federnshop.com/de/
Da kann man dann auch mal im Standartprogramm schauen.
Auf der Fachschule war das mein Lieferant für Einzelstücke.
Anrufen und Fragen, dabei angeben das man ein Schulprojekt hat und nur kleinstmengen/einzelstücke braucht.
Vor 23 Jahren waren die so nett. Ob das heute noch so ist weis ich nicht.

[SaimenF]

Danke für eure ganzen Ideen,

Sind wirklich Interessante Sachen darunter, diese müsste ich mir mal genauer anschauen.
Ich habe selber noch ein bisschen "Gehirnt" und war noch auf einen sogenannten Linearantrieb gestoßen.
Die Bewegung der Arme sollte einem Baggerarm ähneln.

http://www.cti-modellbau.de/CTI-Hubzylinder/-74-102-110-170-185-328-333.html

Der Vorteil wäre halt, dass ich weniger Strom benötige anstatt mit 3 Servos und durch die Spindel hätte ich automatisch eine Selbsthemmung.
Wäre dies sonst auch noch eine gute Variante für so einen Arm?

Mfg

[i_make_it]

Gewinde unter Druck- oder Zugbelastung ist selbsthemmend wenn,
der Winkel der Gewindesteigung entsprechend klein ist.
Genau daher kommt beim Schneckenradgetriebe auch die Selbsthemmung, da die Schnecke nichts anderes wie ein Gewinde ist.
Der genaue Winkel der Selbsthemmung ist abhängig von Werkstoffkombination.
Wenn also der Arkustangens des Winkels der Gewindesteigung kleiner ist als die Haftreibungszahl der Werktoffkombination dann ist Selbsthemmung gegeben.
Bei eingängigen Gewinden gilt das fast immer.
Allerdings ist so eine Druckspindel bei einem Längen/Durchmesser Verhältniss größer 10:1 ein Knickstab.
Sollte also nicht nur auf die Druckkraft sondern auch auf Knickung berechnet werden.

Wobei der Händler zwar in Deutschland sitzt, aber die technischen Angaben chinesisch sind.
Da wird Kraft in kg angegeben.
Da wird zwar in einigen Ländern noch so gemacht, siehe:
https://www.roboternetz.de/community/threads/69753-Kraft-%28N%29-und-Drehmoment-%28Nm%29-Angaben-in-nicht-SI-konformen-Ausdr%C3%BCcken-verstehen
In Deutschland ist das aber unzulässig.
Hier gilt Kraft = N (Newton).
In diesem Fall würde ich den Händler also vor dem Kauf um die korrekten technischen Daten bitten.
maximale Druck- und Zugkräfte, Knickfestigkeit etc.
Immerhin ruft der Händler über 125€ für Antrieb, Regler und Versand auf.

Führst Du jetzt die beiden Armteile als Paralleogramme aus und koppelst deren Bewegungen (z.B. per Zahnräder) reicht ein Antrieb für die Höhenverstellung. Wobei die Ausrichtung der Lampe unverändert bleibt.