Roboterarm Motorwahl

[i_make_it]

Kann man machen, aber dann hat man in der Summe mit einigem an unnötigem Gewicht zu kämpfen.
Dadurch werden dann notwendigerweise andere Teile wieder größer und schwerer und man kann echte Probleme bekommen.

Die übliche Vorgehensweise ist, mit der Nutzlast (3-5kg) den Greifer zu dimensionieren (notwendige Greifkraft, Formstabilität der Teile)
Mit den Massen und den maximalen Hebellängen ermittelt man die Kräfte die aufs Handgelenk wirken.
Dann kann man da Lager und Antrieb dimensionieren.
Dann den Unterarm entsprechend steif (Biegung, Torsion) konstruieren und da die Kräfte aus Masse und Hebelarmen ermitteln die auf den Ellenbogen wirken.
So hangelt man sich dann vor bis zum Basisgelenk.


Das war mal eine Ideenskizze für einen 5-Achs Vertikal Knickarm mit Servos (6-Achs wenn man an Stelle des Fragezeichens noch eine Achse einbaut)
Die Lager sind Kupferhohlnieten die als Gleitlager fungieren.
Je nach Servos könnte der wohl auch 500g handhaben, aber mit den Lagern ist die Lebensdauer halt nicht besonders.
Es ist eher eine Möglichkeit kostengünstig ein Demonstrationsmodell zu bauen.
Wenn man die Servoelektronik rauswirft, und an dem ersten Zahnrad nach dem Motorritzel eine Sensorik anbaut, hat man DC Getriebmotoren mit Encodern und kann programmtechnisch damit alles umsetzten was man auch für einen großen Roboter braucht.


Und das eine Ideenskizze für einen Unterarm eines 6-Achs Vertikal Knikarm in der 2-3kg Klasse mit 12V DC Encoder Motoren. (wie die Pololu mit CPC Encoder)
Hier habe ich die Zahnriemen weggelassen die die Motoren mit den Kegelrädern verbinden.
Die Motoren sind nach hinten verlegt, um die Hebelarme für die Masse zu verkürzen, was sich bei der Auslegung der Motoren für die Achsen 2 und 3 bemerkbar macht.

[max1992]

Noch kurz zum Verständnis was ist mit Kräfte aus Masse und Hebelarmen gemeint? also einfach alle Hebelkräfte bis zB dem Schultergelenk addiert?

und wenn ich dann unten beim Basisgelenk/dem Kugellager dort bin wirkt auf dieses dann auch nur diese Hebelkraft, die beim Kauf beachtet werden muss, oder wie)

Übrigens danke für die Skizzen machen das ganze echt deutlich

[i_make_it]

Hab den Post noch ergänzt, schau noch mal drüber.

Vom Prinzip ja, jedes Teil hat eine Masse (in Kg) die eine Gewichtskraft verursacht.
Man nimmt immer die Roboterpose die am ungünstigsten ist, also die längsten Hebelarme und und somit das größte Drehmoment verursacht.
Dann nimmt man jedes einzelne Teil und ermittelt seinen Masseschwerpunkt. von diesem Masseschwerpunkt bis zur Drehachse die man dimensionieren will, geht der jeweilige Hebelarm.
Am Ende werden alle Einzelmomente aufadiert. Da die Summe aller (Dreh-) Momente null sein muß, ist das Lager (das kann mehr als nur ein einzelnes Kugellager sein) entsprechen zu dimensionieren.
Neben diesen rein statischen Kräften/Momenten kommen noch dynamische Kräfte hinzu die von den Lagern aufgenommen werden müssen.
Beschleunigt man eine Achse mit Maximalwert und bremst sie aus der Beschleunigung mit Maximalwert ab, dann wirken Massenträgheit und Fliehkräfte (Diese Kräfte können ein vielfaches der statischen Kräfte betragen. Bei 10g z.B. 10 mal so viel)

[Pali64]

Hallo Max hallo i_make_it ,

Danke i_make_it das du dich da so reinlehnst. Finde ich Toll
Ich hätte es so ähnlich gelöst nur dass ich für eine bessere Axialstabilität nicht Kugel, sondern Trapezförmige Walzlager genommen hätte (ähnliche Dinger wie die Radlager beim Auto)
Durch die Trapezförmigen Walzlager denke ich eine höhere Seitenstabilität zu erreichen (So wie das Rad beim Auto welches ja praktisch nur seitliche last hat.)

Bei den Servos, hat man den Vorteil durch den Analogen Potentiometer bzw. Spannungseingang kann man wunder bar 2 Servo miteinander Synchronisieren.
Das einzige was man muss ist die Polarität des Motors und des Geberpotis zu kehren, das die 2 Servos gegenseitig laufen. so kann man die dann Parallel ansteuern und mit den Abgleichpoti die auf dem Servo sind sie Perfekt aufeinander Abstimmen.
So hat man dann keine "Totlast" unter den beiden Servos.

Für den Arm selbst nehme ich Aluminium Rohre um die Torsion zu verhindern, welche bei 4 Kant entstehen könnte.

Als Controller nehme ich aber keine Atmel oder Arduino sondern MSP430.
Einfach wenn's auch nur ist das ich diese in- und auswendig kenne, und Rollenweise an Lager habe.

Gruß Pali64

[i_make_it]

Reden wir noch über 3-5kg Handlinggewicht?

Kegelrollenlager wie bei Radlagern sind so eher Schwergewichte unter den Wälzlagern.
Halt Radlager, Hauptspindellager bei Werkzeugmaschinen etc.

Einfach Bauteile auswählen und zusammenwerfen, kann funktionieren, ein methodisches Vorgehen bei der Konstruktion hilft aber Unter-/Überdimensionierung zu vermeiden.
Was Torsion angeht, die kann man nicht vermeiden in dem man anstelle eines eckigen Bauteilquerschnitts einen runden nimmt. Torsion nennt man die innere Bauteilspannung die durch äußere Kräfte, in dem Fall Drehmomente, längs der Drehachse eines Bauteils entstehen.
Ich denke das die Biegektäfte bei einem Roboterarm größer sein werden wie die Torsion.

Mal ein paar Links um den Themenkomplex etwas anzukratzen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Konstruktionslehre
https://de.wikipedia.org/wiki/Technische_Mechanik
https://de.wikipedia.org/wiki/Statik_%28Physik%29
https://de.wikipedia.org/wiki/Kinematik
http://www.optimus-spitzencluster.de...ellnachvdi.pdf
http://files.hanser.de/hanser/docs/2..._Leseprobe.pdf

http://www.smerobot.org/08_scientifi...ich_IPA_05.pdf

[max1992]

Ich werde vermutlich über die 3-5 kg Handlinggewicht hinausgehen wenn der Roboter das packt (und das sollte er mit den Motoren)
Will also wirklich die 76Nm die vorhanden sind ziemlich ganz nutzen
was dann auf die Länge von 60cm ca einem Handlinggewicht von 12,6 Kg entspräche (Armgewicht natürlich mitgerechnet)

Das mit den Kräften die auf den Arm wirken muss ich mir heute Abend mal anschauen, aber werde mir da wohl erst das genaue Material, plus den genauen Aufbau überlegen um einigermaßen sinnvolle Gewichtswerte zu erhalten.

[Pali64]

Guten Morgen i_make_it Guten Morgen MAX.

Danke i_make_it für den Hinweis.
Habe mich etwas unglücklich ausgedrückt. Ich weiß das man die Torsion nicht vermeiden kann, eigentlich hätte ich schreiben sollen:
"Die Verformung der Bauteile durch die Torsion zu reduzieren bzw. minimal zu halten" ändert aber nichts daran das Rohre gegenüber 4 Kant da klare Vorteile haben.

In Bezug auf die Lager:
Solche Lager wie du sie Vorschlägst sind schwierig zu bekommen, und liegen bei uns auch nicht an Lager, darum denke ich:
Ich werde aber wahrscheinlich trotzdem Walzlager nehmen (Die von CNC's eignen sich da Hervorragend) die sind Leichtgängig und können sowohl Längs wie auch Querkräfte perfekt aufnehmen.
Und da wir Industrie-Maschinenhersteller sind, haben wir auch solche am Lager.

Übrigens Danke i_make_it für die Links (Ich bin weniger in der Mechanik zuhause und kann da mal mein mittlerweile bald 40 Jahre altes Studium auffrischan )
Ich mache eigentlich sonst hauptsächlich Elektronik & Software, obwohl ich mal Mechanik studiert habe, habe ich dann doch den FEAM Engineer gemacht und nicht Maschienen Engineer.
Deshalb ist da mal etwas aufzufrischen keine dumme idee DANKE i_make_it


Gruß Pali64

[max1992]

Ich schaue jetzt erstmal, dass ich einen Plan zusammenbekomme, so dass ich mir auf der Grundlage dann die teile aussuchen kann

[i_make_it]

Wenn es um Kosten bei der Teilebeschaffung geht und man nicht unbedingt Maschinenbau taugliche Teile nehmen muß, kann man auch über den Tellerrand schauen.

Drehringe für Fernseher ab 250mm und 30Kg Traglast aufwärts gibt es ab 16€
Bsp.:
http://www.amazon.de/Hama-Universell...ama+drehteller

http://www.amazon.de/SO-TECH%C2%AE-D...ama+drehteller

Für kleinere Durchmesser:
http://www.amazon.de/BS-Rollen-Druck...SA7S585M7P2BFE

Das entspricht Axial Rillenkugellagern.
Man braucht halt mindestens eine Tischbohrmaschine oder einen GUTEN Bohrständer und einen Kreisschneider, um die Teile für die eigenen Bedürfnisse anzupassen.
Damit kann man aber kostengünstig z.B. die Lagerung des A1 Gelenkes herstellen.
10 oder 20mm dicke präzissionsgesägte Aluplatten, 20mm Rundführungsstangen mit Stirngewindelöchern oder Rohrstücke und Gewindestangen und man kann eine Basis mit verspannter Lagerung aufbauen die auch mal 50-60Kg trägt.
Die Lebensdauer solcher Lager ist natürlich nur ein Bruchteil von richtigen Indurstrie Wälzlagern.

Bsp. für präzisions Aluplatten:
http://www.amazon.de/Metall-Aluminiu...s=b%26T+metall

Bsp. für 20mm Präzissionswelle:
http://www.amazon.de/gp/product/B011...1&sr=8-1-spell

[max1992]

Werde mir das wohl direkt irgendwo kaufen müssen, da ich nur eine Handbohrmaschine besitze