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Thema: Eigenbau-Linearantrieb - sinnvoll?

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Eigenbau-Linearantrieb - sinnvoll?

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    Hallo,

    ich brauche nochmal 'ne Kopfwäsche

    Und zwar grübele ich darüber, die normalerweise für Arb- und Beinantriebe eingesetzten Servos durch eine Art "Pseudo-Hydraulik" zu ersetzen: ein (Getriebe-)Motor mit auf der Welle befestigter Gewindespindel verschiebt beim Drehen eine Mutter mit daran befestigtem Rohr, so daß sich direkt eine lineare Bewegung ergibt (siehe Anhang). Den Istwert könnte man dann mittels Poti direkt am Gelenk abgreifen oder per Gabellichtschranke die Wellenumdrehungen erfassen und über die Gewindesteigung direkt den Weg ausrechnen.

    Der Hintergrund ist, daß ich schon jahrelang drei dieser Mechaniken als Fensteröffner im Gewächshaus verwende (mit "frisierten" Scheibenwischermotoren und M10-Spindeln, aber nur mit Endschaltern) und so mit geringstem Aufwand sehr große Stellkräfte erziele - weit mehr als bei einer herkömmlichen Getriebekonstruktion mit ähnlichen Abmessungen/Gewicht. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Geschichte selbsthemmend ist - Strom wird nur zur Bewegung und nicht im Stillstand gebraucht.

    Allesdings habe ich keine Vorstellung davon, ob man das so einfach auf MicroMot-Größe (C*NRAD 222352-62 oder noch kleiner) runterskalieren kann oder ob dann die Nachteile (Reibungsverluste, Lebensdauer usw) überwiegen. Hat das eventuell schonmal jemand ausprobiert?

    Viele Grüße,
    Thomas
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken pseudo-hydraulik.gif  

  2. #2
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    Wird auch im Modellbau 1:87 benutzt..... zwar mit getriebe vor aber naja nen 6mm Motor hat ja auch sonst zu hohe drehzahl+keine kraft ....
    Möglich ist alles

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    ein Problem solcher Eigenbau-Stellantriebe sind die ungenauen Gewindespindeln (Schlag und Steigungsfehler) . Aber wenn man der Mutter radial genügend Bewegung läßt wirds auch nicht klemmen .

  4. #4
    Moderator Robotik Einstein Avatar von HannoHupmann
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    Spiel ist die eine Geschichte und wenn ich das richtig sehe willst du es für ein Roboterbein verwenden. Ein Problem solcher Linearantriebe ist die Geschwindigkeit. Die sind meist nämlich ziemlich langsam und brauchen ewig bis sie sich soweit bewegt haben.

    Entweder baust du komplizierte Hebel welche dir die Notwendige Geschwindigkeit erzeugen. Oder dein Bot bewegt sich nachher halt seeeehr langsam.

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von UlrichC
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    Moinsen,
    das funktioniert sehr gut.
    Es ist in ähnlicher Form in hochwertigen Kalibriergeräten mit Schrittmotoren verbaut.
    Wenn man die Gewinde richtig wählt, ist das fast schon prof.

    Das mit dem Geschwindigkeitsverlust ist in dem Zusammenhang einfach zu erklären...
    Man könnte diesen Aufbau mit einem Schneckengetriebe vergleichen.
    Und so ähnlich kann man dann auch die resultierende Übersetzung nach der Gewindesteigung errechnen.

    Ich kenne das Übersetzungsverhältnis eines Servos nicht genau, aber dass könnte man auch im Linearantrieb "vielleicht" genauso hinbekommen.

    In Summe würde ich auch behaupten dass der Antrieb an sich komplizierter ist als die Lösung mit den Servos.

    PS:
    In deiner Zeichnung kannst du dir das Rohr (hinter der Mutter) sparen... wenn du die Mutter als Lagerpunkt nimmst, ... hast du 100x mehr Möglichkeit den Antrieb zu verbasteln.

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von vohopri
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    Hallo Thomas,

    ja das geht und lässt sich dimensionieren. Bei richtiger Dimensionierung ist ein Spindelantrieb nicht zu langsam. Eine zusätzliche Übersetzung ins Langsame zwischen Motor und Spindel kann sogar notwendig sein.

    In deiner Prinzip Skizze fehlen noch Details, aber die lassen sich lösen.

    Du brauchst ein Axiallager. Elektromotore haben üblicherweise Radiallager und gehen bei andauernder grösserer axialer Belastung entsprechend bald kaputt.

    Du brauchst eine seitliche Führung von Rohr und Spindel.

    Grüsse,
    Hannes

  7. #7
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    Hallo Thomas,

    bei uns in der Firma haben wir diese Art Linearmotor (Also Motor, Geber, Spindel mit Kugelumlaufmutter) an fast jeder Kantensteuerung / Mittenregelung im Einsatz.

    Da werden mit Motoren, die einen Durchmesser (inkl. Getriebe und Geber) von 60 mm und eine Länge von 200 mm haben, Schlitten mit Stellwalzen bewegt, die locker mal 100 kg wiegen. Alledings auf sehr hochwertigen und leichtgängigen Führungsschienen.

    Die machen max. 25 mm / sec. Strecke. Ob das aber das Maximum der Mechanik ist, kann ich Dir nicht sagen.

    Das "Geheimnis" wird die Steigung und die Art der Spindel sowie der Mutter auf der Spindel sein.

    Nur mal so angemerkt.

    Ach so: Die Teile laufen mit 24 V / 5 A

    Gruß

    Michael

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Hallo,

    und danke erstmal für die Hinweise. Ob das Ganze wirklich gleich als Roboterbein umgesetzt wird oder versuchsweise erstmal als Antriebe für einen stationären Arm, weiß ich noch nicht. Im Moment bin ich noch am Ideensammeln für diverse Sachen, aber die Zeit zum Basteln fehlt fast völlig...

    Um mal auf die angesprochenen Punkte näher einzugehen:

    Die Stellgeschwindigkeit bleibt natürlich immer ein Kompromiß, wobei aber durch die hohe Untersetzung auch hochtourige Motoren eingesetzt werden könnten. Bei 2400 U/min an 0,5mm Steigung kommen schon 20 mm/s zusammen, das sollte völlig ausreichen. Und durch das Schneckenprinzip kommen trotzdem relativ hohe Stellkräfte zusammen - interessant wären hier allerdings die Reibungsverluste unter Last.

    Axiale und auch seitliche Lagerung werden notwendig sein, stimmt. Bei den "großen" Antrieben (da zeige ich aber lieber keine Bilder, das ist extrem-scratch-build aus DDR-Zeiten - funktioniert aber nunmehr seit über 15 Jahren problemlos ) kommen Führungshülsen und "richtige" Axiallager zum Einsatz. Bei den kleineren Geschwistern wird es wohl eher auf Spitzenlagerung (die Motorwelle stützt sich auf einer Stahlkugel ab) hinauslaufen - Axialkugellager mit 2mm-Bohrung sind nicht wirklich ein preiswerter Massenartikel

    Ein Schrittmotor als Antrieb wäre wohl vor allem dann angebracht, wenn direkt eine lineare Bewegung ausgeführt werden soll - in Verbindung mit einem Referenzsensor könnte man ganz bequem und genau eine bestimmte Position anfahren. Das klappt aber nicht, wenn ein Gelenk "pseudohydraulisch" bewegt werden soll, da dort die Winkeländerung nicht proportional zur Linearbewegung ist. Daher die Idee, den Winkel per Poti direkt am Gelenk zu erfassen.

    Das Rohr muß nicht unbediungt sein. Ich hatte es damals so gemacht, weil's gerade paßte und rumlag Wichtig ist IMHO nur, die Axialkräfte gleichmäßig auf die Mutter zu leiten, um ein Verkanten und damit höhere Reibung zu vermeiden. Eine nur einseitige Befestigung bewirkt doch eine gewisse Hebelwirkung beim Krafteintrag.

    Na, mal schauen. Ich werde einfach mal in der Ramschkiste wühlen, was mir so zum Probieren in die Hände fällt.

    Viele Grüße,
    Thomas

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Da gibt es so etwas fertg:

    Miniatur-Linearaktuatoren mit Schrittmotoren

    http://www.elra.at/linear.html

    Miniatur-Linearaktuatoren mit Schrittmotoren

    Permanentmagnet-Schrittmotoren mit Rotormutter
    und Gewindespindel, wahlweise mit ("captive shaft")
    und ohne Drehmomentstütze ("non captive shaft")
    Baugröße Ø 15 - 46 mm, Kraft bis 250 N
    Prostetnic Vogon Jeltz

    2B | ~2B, That is the Question?
    The Answer is FF!

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von vohopri
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    Hallo Thomas,

    wenn die axiale Abstützung nur einseitig auf Druck benötigt wird, dann ist das Abstützen des hinteren Wellenendes vom Motor durchaus brauchbar. Stahlkugel oder nachjustierbare Messingschraube sind da gängige Lösungen. Axial haben die Motore im Allgemeinen ausreichend Spiel dafür. Wenn auch noch Zug abgefangen werden muss, ist es nicht mehr so einfach.

    Grüsse,
    Hannes

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