Auslegung Schrittmotoren für Greifarm

Hallöchen,

ich bin neu im Forum und möchte gleich mal für ein, für mich ambitioniertes , Projekt um Rat fragen. Ich möchte einen Greifarm bauen welcher aus Nema 17 Motoren und einem Nema 23 Motor bestehen soll. Der Arm soll 500g bei einer Gesamtlänge von 50cm zuverlässig mit einer guten Geschwindigkeit heben können (siehe skizze). Der Arm selbst soll aus PETG 3D gedruckt werden. Jetzt zu meiner Frage. Für die Hauptachse, an dem quasi der gesamte Greifarm hängt, habe ich mir diesen Motor mit 20Nm Drehmoment ausgesucht:

https://www.omc-stepperonline.com/de...ngetriebe.html

Ich brauche einen Rat ob die Kraft des Motors ausreicht und ob er durch das Getriebe nicht zu langsam wird. Bedenken geben mir die Nema 17 Motoren(59Ncm), welche ja auch ein wenig Masse mitbringen.

Ich hoffe ihr könnte mir helfen.
Grüße Scio

Hallo,

das mit den 20Nm, ob das so stimmt? Die haben im Shop einen Nema23 mit 47:1 Übersetzung, 40Nm Drehmoment. Der 47:1 hat 1,25Nm Haltemoment, wie der 4:1 auch.

1,25Nm * 47 = 58Nm. Und 1,25Nm * 4,25 = 5,31Nm.

Bei A... gibt es einen Nema23 mit Getriebe 4:1, mit Haltemoment von 4,78Nm.

Gruß

Um den gesamten Arm vor und zurück zu bewegen, nutzen ähnliche Roboterarme 2 Nema-Stepper (augenscheinlich auch mit Getriebe), nämlich einen Motor rechts und einen links angebracht, die dann zusammen angesteuert werden, wie ein Motor.

Zitat:

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Zitat von Moppi

Um den gesamten Arm vor und zurück zu bewegen, nutzen ähnliche Roboterarme 2 Nema-Stepper (augenscheinlich auch mit Getriebe), nämlich einen Motor rechts und einen links angebracht, die dann zusammen angesteuert werden, wie ein Motor.

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Was für ein Aufwand! Das is mir neu. Doppelt Ausfallwahrscheinlichkeit. "Augenscheinlich.." - kannst Du mal ein BEispiel bringen - ich hab nie sowas noch gesehen

Wie wäre es, einfach mal zu googlen? Das mache ich ja auch so.

MfG

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Das Prinzip findet man auch mit 2 Servos. Von beiden Seiten einer angebracht.

Zitat:

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Wie wäre es, einfach mal zu googlen ..

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Is einfach. Und alles glauben auch . . .

Zitat:

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.. Das Prinzip findet man auch mit 2 Servos. Von beiden Seiten einer angebracht.

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Ja, kenn ich. Jeder Motor für ein Freiheitgrad/(Raumachse/Koordinate).

Zitat:

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Zitat von Scio

.. Jetzt zu meiner Frage. Für die Hauptachse, an dem quasi der gesamte Greifarm hängt, habe ich mir diesen Motor ..

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Danke für die Antwort, der Fehler liegt hier bei mir, ich habe das maximale Drehmoment des Getriebes(bis zur Beschädigung) mit der dem Drehmoment des Motors + Getriebe verwechselt...

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Das Versuche ich zu vermeiden, da die Motoren doch schon ein bisschen was kosten... Wenn's aber nicht anders geht ist es halt so. Als Alternative Idee hätte ich noch, dass man statt den Nema 17 vielleicht nema 14 oder so nimmt, mit weniger Drehmoment aber dafür auch wesentlich leichter...

Grüß Dich Scio,
willkommen im Forum.

Zitat:

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Zitat von Scio

.. Greifarm bauen .. 500g .. Gesamtlänge von 50cm .. guten Geschwindigkeit heben können .. Motor mit 20Nm Drehmoment ausgesucht

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Wumms - 20 Nm ist schon ne Wucht (auch wenns "nur" das zulässige Max-Drehmoment des Getriebes ist).

Zeichne Dir doch mal den Arm auf: ein waagrechter Strich - daran in den <maßstäblich richtigen> Abständen Knubbel (Blackboxes) als Symbol für die jeweilige Baugruppe für die Du einen Schwerpunkt schätzen kannst. Dann wird es Dir leicht sein, einen resultierenden Schwerpunkt des gesamten Armes zu errechnen/schätzen - !!bezogen auf den Drehpunkt!! . Dazu den Abstand dieses resultierenden Schwerpunktes vom Drehpunkt - und schon kriegst Du das "Stillhalte-Moment" der Konstruktion. Nun mal - ein bisschen Augen zu und so - würde ich hundert Prozent draufrechnen und das als (von Dir gewünschte) erforderliche Drehmoment für den Getriebe-Abtrieb nehmen.

Einverstanden? Klar? Nachfragen?

Anm.: ok ok, die Schätzung berücksichtigt nicht die gewünschte Beschleunigung - aber Du willst ja nen Roboterarm bauen, kein Katapult . . .

Nachtrag: Der linke Arm von meinem Archie hat ne gestreckte Länge von 50 cm und ein Gewicht von knapp 500 g - sämtliche Struktur, Servos, Controllerplatinen, Leitungen, etc. Die Hand kann zwar nen (leeren) Yoghurtbecher halten (getestet) - die Maximalbelastung hatte ich noch nie getestet, aber da ist schon was möglich . . . Der Antriebsservo in der "Schulter" für "heben-Gesamtarm" hat rund 1,5 Nm. Und das läuft und läuft . . .

Im Standfuß, zur Drehung in der Horizontalen, genügt ein Motor zum Antrieb.

Die nächste Achse drüber würde ich versuchen mit zwei NEMAs anzutreiben. Wie gesagt, einer links und einer rechts. Damit befindet sich das Gewicht in der Mitte der Motoren und man sollte keine weiteren Lager benötigen, da die Lager in den Schrittmotorantrieben vorhanden sind, die ausreichend stabil sein sollten. Außerdem lassen sich Schrittmotoren hier sehr gut synchronisieren. Es gibt keine mechanische Überbeanspruchung von Teilen, weil ein Motor evtl. ein 100stel früher startet, es kann nichts brechen, es gibt auch keine Kupplung, die abnutzen würde.

Die nächste Achse darüber, wo der letzte Teil des Arms gedreht wird: hier kann man gut was mit Gegengewicht machen, der NEMA17 sitzt dort mit guten 300g schon links außen. Im Gegengewicht zur andern Seite, rechts, sind bis zu 500g Nutzlast; allerdings am längeren Hebel. Vielleicht ist für diesen obersten Drehpunkt im Bild ein Linearantrieb besser geeignet, der den letzten Teil des gesamten Armes bewegt.

Für den Greifer kann man evtl. einen Motor mit weniger Drehmoment verwenden, es sollen sicher keine Teile gequetscht werden. Hier kommt es auf die genaue Funktion beim Greifen und Heben an.

MfG

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Geschwindigkeit, Getriebe, zu langsam? Bei einem Verhältnis von 4:1 sollte das schnell genug drehen. Anhaltspunkt ist für mich immer etwa 1s/Umdrehung. Wenn Du 4s für 360 Grad hast, ist das auch schnell genug und vielleicht sogar schon zu schnell. 4s für 180 Grad würden es auch tun.

Also ich habe jetzt ein wenig gerechnet und auf Stepperonline nach Motoren geschaut. Wenn ich in meiner Rechnung keinen Fehler habe, brauche 8,7Nm Haltemoment. Mit dem Tipp von oberallgeier sind es also aufgerundet 17,5Nm. Bei den Nema 23 Motoren die ich so gefunden habe hatte ich immer das Problem, das diese entweder nicht die nötige Kraft hatten oder die Kraft nur im Bereich von 10-20RPM (0,16-0,3 RPS) ausreichend groß war. Bleiben mir also nur noch die Nema 34 Motoren? Diese sind ja schon die richtig dicken Dinger, das kommt mir alles etwas überdimensioniert vor. Habe ich etwas übersehen?

Bei vielen Motoren war allerdings auch keine Drehmomentkurve dabei... Vor allem bei denen mit Präzisionsplanetengetriebe....

Anhang 35441

Ich habe auch mal geschaut und bin auf einen Nema17 mit 45Ncm Haltemoment, mit 15:1 Getriebe, gekommen. Davon 2 Stück. Dann komme ich auf die ~50cm Armlänge auf ein Gewicht von ca. 2,4kg. Das, was der gesamte Arm wiegen dürfte (voraussichtlich wiegen könnte), inkl. Nutzlast und ohne den Standfuß und die Motoren unten.

Je nach Ansteuerung kann man mit etwa 30% Drehmomentverlust im Betrieb rechnen.

MfG

Zitat:

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Zitat von Moppi

Ich habe auch mal geschaut und bin auf einen Nema17 mit 45Ncm Haltemoment, mit 15:1 Getriebe, gekommen. Davon 2 Stück. Dann komme ich auf die ~50cm Armlänge auf ein Gewicht von ca. 2,4kg. Das, was der gesamte Arm wiegen dürfte (voraussichtlich wiegen könnte), inkl. Nutzlast und ohne den Standfuß und die Motoren unten.

Je nach Ansteuerung kann man mit etwa 30% Drehmomentverlust im Betrieb rechnen.

MfG

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Wie sind da die Drehzahlen? Wenn die Motoren nur 5 RPM schaffen, weil sonst das Drehmoment zu stark einbricht wäre das eher kontraproduktiv :D

Grüße Scio

Die Drehzahl ist doch zu vernachlässigen, ich habe nicht gelesen, dass Du eine Geschwindigkeit vorgegeben hättest. Dann müsstest Du nach der Drehmomentkurve schauen, um danach dem Motor auszusuchen. Oder Du dimensionierst das so, dass sowieso viel zu viel Drehmoment vorhanden ist, so dass 30% kein Verlust keine Rolle spielen.

Das Problem ist, dass Du immer mehr Gewicht bekommst. wahrscheinlich ~ bis zu 1kg zusätzlich, durch die Antriebseinheit an dieser Stelle.

MfG

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So weit ich mich erinnere, liegt das größte Drehmoment bei einer mittleren Geschwindigkeit an. Deswegen erwähnte ich mal die 1s/Umdrehung (etwa). Das habe ich aber nie nachgemessen oder so. Aber es geht auch schneller als 1U/s, etwa 4U/s (oder gar noch mehr) und langsamer natürlich immer.

Etwa 7s für 180° finde ich persönlich noch i.O.
Nicht zu vergessen, dass Masse in Bewegung gebracht wird. Wird die Beschleunigung zu hoch, kommt es zu Schwingungen, beim abrupten Beenden der Bewegung oder bei Richtungswechsel.

Vielen Dank für die Hilfe, vor allem an @Moppi ;D Ich habe mich jetzt für einen Nema 23 Motor mit 15:1 Getriebe entschieden, da dieser auch für zukünftige Projekte genug Kraft haben sollte. Eine letzte Frage habe ich noch: lohnt sich der Aufpreis(ca. 30€ pro Stück) zu einem Präzisionsgetriebe? Welche Vorteile hat so ein Getriebe?

Grüße Scio

Naja-es hat halt weniger Spiel.
Das ist bei einem Stepper in der Regel schon sinnvoll- denn die sind ja dafür gedacht, möglichst präzise zu positionieren.
Wenn danach ein klappriges Getriebe kommt, was mehr Spiel hat als der Motor an Genauigkeit liefert, ist die Präzision wieder zum Teufel...