Günstige Bezugsquelle für starke Schrittmotoren

[jmoors]

Hallo alle,

ich suche eine günstige Bezugsquelle für starke (20W - 100W bei 12V) Schrittmotoren. Diese sollen im Direktantrieb einen Roboter antreiben, deswegen ist die Halteleistung vernachlässigbar. Ich stelle mir rund 50€ als Preis für eine Motor vor. Da ich die Motoren als Verschleißteil sehe, sollen sie nicht so teuer sein. Der Schrittwinkel/Anzahl Schritte ist auch erst mal sekundär. Ich habe auch schon ein paar China-Quellen besucht, aber noch nicht das Passende gefunden. Hat jemand eine Idee, wo man Schrittmotoren günstig beziehen kann?


VG, Jürgen

[021aet04]

Warum Schrittmotoren und nicht DC Motoren?

MfG Hannes

[i_make_it]

starke (20W - 100W bei 12V) Schrittmotoren

Also Starke Schrittmotoren bei 12V ist schwer.
Bei Selbsbau CNC Fräsen werden die Schrittmotoren meist zwichen 24 und über 50V betrieben.

Suche mal nach "100W NEMA 23 Stepper".

Wenn Du eine exakte Positioneirung, exakte Geschwindigkeit, und die notwendige Regelung haben willst, sind DC Motoren aber auf jedne Fall besser und meist auch günstiger.
Zum Vergleichen mit Steppern ist aber das Drehmoment besser als die Leistung.

[jmoors]

Das Ganze soll ein Roboter werden, der einen Raum selbstständig erkundet und mit Hilfe von LiDAR vermisst. Der Roboter muss in der Lage sein, sich eine bestimmte Entfernung vorwärts zu bewegen, bevor wieder ein LiDAR-Modell des Raumes erstellt wird. Deswegen wollte ich Schrittmotoren im Direktantrieb verwenden. Wenn ich jedoch sehe, dass ein starker Schrittmotor Nema 23 Bipolar 3Nm (https://www.omc-stepperonline.com/de/hybridschrittmotor/nema-23-bipolar-3nm-425ozin-42a-57x57x114mm-4-drähte-cnc-schrittmotore-23hs45-4204s.html) gerade mal 15W hat, frage ich mich, ob ich die richtige Technologie einsetzen will.

Wie löst ihr so etwas?


VG, Jürgen

P.S.: Vielleicht sollte ich dazu sagen, dass ich keinerlei Erfahrung mit Schrittmotoren habe....

[i_make_it]

Eigentlich wählt man die Motoren ja nicht darnach aus, ob es ein LIDAR gibt oder nicht sonder anhand einer geforderten Leistung, eines Drehmoments und geforderten Drehzahl.
Sehr oft werden DC-Getreibemotoren verwendet.
Wenn die Kohlen stören aber BLDC.
Stepper kommen durchaus auch zum Einsatz.

Die Frage ist halt warum die 12 V bei 100W?
Das sind 8,3A.
Bei 24 V nur noch die Hälfte und bei 48 grade mal 2,08A.
Die notwendigen Leiterquerschnitte für die hohen Stöme bringen ja auch noch mal Gewicht dazu.
Nicht umsonst geht man bei Überlandleitungen mit der Spannung rauf um bei gleicher Leistung Leitung und damit Gewicht zu sparen.

[jmoors]

Der Gedanke an Stepper kam auf, weil der Roboter ein Bild des Raumes erstellen, sich eine bestimmte Strecke fortbewegen und dann wieder ein Bild des Raumes erstellen soll. So soll nach und nach ein 3D-Modell des Raumes inkl. toter Winkel (vom 1. Standpunkt aus gesehen) entstehen. Wenn ich die Bilder zusammenlege, muss ich wissen, wie weit und wohin sich der Roboter fortbewegt hat. Ein DC-Motor sagt mir das leider nicht freiwillig und ich kann ihn ohne Aufwand (Lochscheibe auf der Achse, Lichtschranke, die die Lochscheibe ausliest, Auswerteelektronik, usw.) nicht so beeinflussen, dass er es tut.

Die 100W sind vielleicht etwas hoch gegriffen, aber der Roboter wird nach meiner groben Schätzung 20 KG wiegen und soll auch über kleinere Hindernisse (Teppichkanten, usw.) problemlos hinwegfahren können. Der Direktantrieb eliminiert Spiel in einem evtl. Getriebe.

Die 12V sind eine angenehme Versorgungsspannung, da alles Akkubetrieben ist und ich die Akkus vorrätig habe. Ich kann natürlich auch zwei Akkus 6S1P LiPo in Reihe schalten und habe dann 44.4V. Ich weiß aber nicht, ob die Motoren das vertragen. Leider sind Angaben wie P-tot, Ri und Umax selten bei den Motoren angegeben. Ich habe mich auch noch nicht mit Schrittmotorsteuerungen beschäftigt. Wie liegt bei denen i.d.R. die Umax?

VG, Jürgen

[i_make_it]

Was Du machen willst nennt sich SLAM (self localisation and mapping).

Stepper besitzen auch keine Odometrie. Du gibst Schritte vor, aber ob die auch ausgeführt werden oder ob es Schrittverlust gegeben hat, kannst Du nicht 100%ig sicher sagen, da es keine Rückmeldung gibt.
Wahrscheinlich wird es zu keinem Schrittverlust kommen, da es dazu nur unter Extrembedingungen kommt.
Beim SLAM verlässt man sich aber sowieso nur am Rande oder gar nicht auf Odometrie.
Landmarken sind oft besser um sich von einem bekannten zu einem unbekannten Bereich vorzutasten.
Auch mit Beschleunigungssensoren wird da oft gearbeitet.
Wobei da die Sensordrift kompensiert werden muß.

Bei Steppern und Odometrie wird halt Schlupf der Räder nicht erkannt.
Zusammen mit Beschleunigungssensoren, kann man aber ekennen ob sich die Beschleunigungswerte verändern während die Raddrehung gleichmäßig ist.
Damit lässt sich dann Schlupf erkennen. Beim Auto nennt man das ASR. die Odometrie macht man dort mit den ABS Sensoren.

Die bei Selbstbau CNC-Fräsen oft genutzten Motor Treiber sind für 9-42V ausgelegt.
Bsp.: https://www.amazon.de/Gaoxing-Tech-tb67s109-Schrittmotor-Controller/dp/B06XSD5XPR/ref=sr_1_2_sspa?ie=UTF8&qid=1516217337&sr=8-2-spons&keywords=schrittmotor+treiber&psc=1
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[jmoors]

Irgendwie habe ich das Gefühl, ich habe beim Thema Schrittmotoren noch etliche Lücken. Ich habe gerade einen Schrittmotor gefunden, der anscheinend 64W Leisten kann. Der wiegt aber 12 KG! Wenn ich das mit den Motoren aus meinen Flugzeugen vergleiche: 700W-Motoren wiegen da 250 Gramm! Ich befürchte, ich muss doch auf DC-Motoren umschwenken und dann mit dem LiDAR vermessen, wo sich der Roboter befindet. Jetzt die Preisfrage: Wo bekommt man abgestimmte Motoren-Getriebe-Kombinationen, am liebsten mit Brushless-Außenläufer und Metallgetriebe, wo der Motor irgendwas größer 20W an 12V aufnimmt und am Ende des Getriebes rund 300 U/min rauskommen? Gibt es bevorzugte Quellen für solche Anwendungsfälle? Andererseits kann ich vom RC-Modellbau allerlei Motoren bei Hobbyking bekommen, man könnte sogar darüber nachdenken, eine Segelwinde als Antrieb einzusetzen, falls das mit dem Getriebe zu kompliziert wird. Deswegen die Zusatzfrage: Wo kaufen Roboterbauer ihre Getriebe: Gibt es da gute Quellen/Shops?

VG, Jürgen

[hbquax]

Wie hast du denn die erforderliche LEISTUNG ermittelt?

Zur Erinnerung: Leistung ist Kraft mal Geschwindigkeit oder Drehmoment mal Drehgeschwindigkeit. Wenn dein Roboter langsam fährt, brauchst du auch nicht viel Leistung.

[i_make_it]

Also Odometrie ist prinzipiell unabhängig vom Motor(typ).

Man kann das auch ganz primitv selbst bauen
Bsp.:
https://www.roboternetz.de/community/threads/68437-Vorstellung-eines-aktuellen-kleinen-Weihnachtsurlaub-Projekts-(ab-22-12-)/page2?p=622209&viewfull=1#post622209

oder Encoder kaufen
Bsp.:
https://www.amazon.de/POLOLU-3542-Sensor-3-5%C3%B718VDC-encoders-Digit-outputs2/dp/B01MPZRTRH/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1516288988&sr=8-1&keywords=pololu+encoder

https://www.amazon.de/Wisamic-Inkrementaler-Drehgeber-Incremental-Eingangsspannungsbereich/dp/B015GYY7XU/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1516289016&sr=8-1&keywords=encoder

[jmoors]

Da ich da ziemlich Ahnungslos bin, habe ich im RC-Network rumgefragt (http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/627602-Frage-an-die-Physiker-Berechnen-der-Leistung-eines-E-Motors?highlight=jmoors+Roboter). 10W zum Fahren sollten reichen. Minimale Hindernisse sind zu überwinden, z. B. ein Steinchen auf dem Fließenboden oder eine Fuge zwischen den Fließen. Das sollte bei 10cm-Rädern aber kein Problem sein.

[hbquax]

http://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Kategorie:Motoren
http://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Motorkraft_berechnen
https://www.roboternetz.de/community/misc.php?do=page&template=motorberechnung/

@Admin: Wäre der Thread nicht unter "Motoren" besser aufgehoben?

Viel Erfolg!
Nils

[jmoors]

33221

Ist jetzt als Direktantrieb ausgelegt. Ich muss nur einen Motor finden, der 300 U/min macht...

[hbquax]

Ist das für deine Anwendung nicht schon zu schnell?

[i_make_it]

Ich habe mal die Angaben aus den verschiedenen Posts zusammengetragen, die relevanten Daten rausgezogen und ein paar Annahmen gemacht:


(20W - 100W bei 12V) Schrittmotoren. Diese sollen im Direktantrieb einen Roboter antreiben

der Roboter wird nach meiner groben Schätzung 20 KG wiegen und soll auch über kleinere Hindernisse (Teppichkanten, usw.) problemlos hinwegfahren können

Die 12V sind eine angenehme Versorgungsspannung, da alles Akkubetrieben ist und ich die Akkus vorrätig habe
Ich kann natürlich auch zwei Akkus 6S1P LiPo in Reihe schalten und habe dann 44.4V.

Wo bekommt man abgestimmte Motoren-Getriebe-Kombinationen, am liebsten mit Brushless-Außenläufer und Metallgetriebe,
wo der Motor irgendwas größer 20W an 12V aufnimmt und am Ende des Getriebes rund 300 U/min rauskommen?

Minimale Hindernisse sind zu überwinden, z. B. ein Steinchen auf dem Fließenboden oder eine Fuge zwischen den Fließen. Das sollte bei 10cm-Rädern aber kein Problem sein.


Masse: 20kg => (Fg=200N) (Fgr= max. 100N)
Raddurchmesser: 100mm => (U=314mm)
Umax: 300 U/min => (Vmax=1,57m/s)
amax: ? (eventuell 0,25m/s²)
Kletterfähigkeit: 10mm (Kurzfloorteppich) ?

Wenn der Roboter mit einem Rad auf eine Kante kommt, könnte es sein das ein Rad mal kurz in der Luft hängt und ein Weiteres Rad entlastet wird und Schlupf hat.
Angenommene maximale Radlast 100N.

Ausgehend von den Teppischen die ich selbst habe, habe ich die Höhe mal mit 10mm angenommen.

mit einer Beschleunigung von 0,25m/s² kommt man in gut 6 Sekunden auf Endgeschwindigkeit.

Jetzt kann man das maximal notwendige Drehmoment ausrechnen und dann die notwendige Leistung.

[hbquax]

Bei Ebay gibts Schrittmotoren mit 3 Nm um die 35 €. Davon vier Stück und alles ist hübsch. Wenn die dir zuwenig Strom verbrauchen, kannst du ja noch ein paar Blinklichter auf deinen Roboter bauen...

[jmoors]

Der Robby soll mit 2 angetriebenen Rädern vorne und einem Gleiter/drehbaren, nicht angetriebenen Rad hinten fahren. In Folge dessen sollten es 6Nm-Motoren sein. Ich bin die nächsten Tage beschäftigt, werde aber nach Motoren in der Stärke suchen. Zur Schrittmotorsteuerung: Irgendwas, was ich auf gar keinen Fall machen sollte? Gibt es Steuerungen, die ihr empfehlt? Das Ganze soll ein Arduino steuern.

Vielen Dank für eure umfangreiche Hilfe,

Jürgen

[hbquax]

http://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Schrittmotoren
Da gibt es ein eigenes Kapitel "Fehler"...

[jmoors]

Danke für den Link. Irgendwie hat mein Gehirn das schon mal gelesene ignoriert. :-(

Ich habe jetzt gelernt:

- Lieber eine hohe Spannung. Auf die 40V könnte ich mit 2 x 6S1P 5000mA/h = 12 x 3,7V = 44,4V kommen.
- Wenn ich die hier (http://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Schrittmotoren#Schaltung_zum_Anste uern_eines_Schrittmotors_mit_L298_und_L297) gezeigte Schaltung nehme, brauche ich noch eine Verstärkerstufe dahinter.
- Haltemoment ist ungefähr gleich mit Drehmoment. D. h. ich brauche zwei Motoren mit 10Nm (Ein bisschen Angst-Power wurde dazu addiert...) Haltemoment.
- Das Gewicht eines solchen (https://www.omc-stepperonline.com/de/hybridschrittmotor/doppel-schacht-nema-34-cnc-schrittmotore-85nm-1204ozin-5a-86x114mm-34hs46-5004d.html) oder solchen (https://www.omc-stepperonline.com/de/hybridschrittmotor/nema-34-cnc-high-torque-schrittmotore-13nm-1841ozin-5a-86x86x150mm-34hs59-5004s.html) Steppers ist mit 5KG schockierend, auch wenn der Preis näher an meine Erwartungen kommt.
- Hier gibt es sehr kompetente und hilfsbereite Menschen! Danke dafür!

Ich habe mich entschlossen, vor allem auf Grund des hohen Gewichtes der Motoren, mein Antriebskonzept zu überdenken. Vielleicht finde ich eine Lösung ohne Schrittmotoren, so dass ich Gleichstrom oder Drehstrommotoren aus dem Modellbau (mit Getriebe?)nutzen kann. Dafür muss ich aber erst ein bisschen hier drin (https://www.amazon.de/gp/product/3642046037/ref=oh_aui_detailpage_o00_s00?ie=UTF8&psc=1) lesen, um die Möglichkeiten der Bildverarbeitung besser zu verstehen. D. h. ich tauche erst einmal eine oder zwei Wochen ab. :-)


Vielen Dank für eure Hilfe!!!

Jürgen

[hbquax]

Muss das Ding denn 20 kg wiegen?

[021aet04]

Die L297 bzw L298 sind schon sehr alte Bauteile, da hat sich mittlerweile viel getan. Es gibt bestimmt bessere Bauteile (die du nach dem Motor wählen musst). Wenn überhaupt kannst du den L297 verwenden (erzeugt die Steuersignale) und statt des L298 (das ist der Leistungstreiber der die Wicklungen treibt) baust du einen eigenen Treiber dran (diskret oder integriert). Die bessere Variante ist aber geeignete moderne Treiber suchen, wenn es ein Schrittmotor bleibt.

MfG Hannes

[jmoors]

Muss nicht, aber mit allem Drum und dran werde ich dahin kommen. Ich kann mir vorstellen, dass der Robi auch geringfügig schwerer wird. Das Teil soll von der Bauart in Richtung R2D2 gehen.