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Thema: wie berechne ich die aufzuwendende Kraft einer Hebelwirkung

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    wie berechne ich die aufzuwendende Kraft einer Hebelwirkung

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    Bin gerade dabei einen µ-Prozessorgesteuerten Roboterkäfer zu bauen.
    6 Beine, ingesamt 18 Motoren, 6 von denen sind zum Heben. nur diese 6 Motoren weis ich nicht zu bestimmen(Drehmoment).
    Ich schätze das das ganze Teil wird 15 bis 20 Kg schwer werden kann.
    Der Schenkel der nach untengedrückt wird ist ca. 10cm lang, 3 Beine sind mindestens am boden die das Teil halten oder hoch heben, da kommen
    min. 5 Kg pro Bein.

    Ich möcht ein Getriebemotor verwenden, mit 20 U/min, das macht 1s für 120°

    wie berechne ich das nötige Drehmoment für den motor.[/flash]

  2. #2
    Super-Moderator Robotik Visionär Avatar von PicNick
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    Viielleicht findest du da was
    http://www.roboternetz.de/wissen/ind...am_Spinnenbein

    Und einen meterlangen Thread dazu haben wir auch
    http://www.roboternetz.de/phpBB2/zei...ht=spinnenbein
    mfg robert
    Wer glaubt zu wissen, muß wissen, er glaubt.

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Ich bin mir nicht sicher, auf der Seite ist ein starken Motor, dann gibts da noch ein mit doppelter Leistung

    http://www1.conrad.de/scripts/wgate/...max_results=10

    die sind sehr stark, müssen es doch schaffen

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    ges.: M in Ncm (Motor)
    geg.: m= 6,67kg ; l= 10cm
    Lös.: M=F*r

    F= m*g
    F= 6,67kg*9,81m/s²
    F= 65,4N


    r= sin alpha*l
    rechnen wir statt r mit l/2

    M= F*l/2 (r)
    M= 65,4N*10/2cm
    M= 327Ncm

    r ist der Hebelarm, um den genau auszurechnen müsste
    man den Neigungswinkel der Beine wissen.

    Ich habe jetzt einfach mit l/2 gerechnet,
    ich denke das Ergebniss wird normalerweise etwas kleiner ausfallen.

    So ich hoffe mal das stimmt in etwa.

    Ach und direkte Links zu Conrad funktionieren nicht,
    deswegen immer bitte Artikelnummer angeben.

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    mit dem link, dass wusste ich nicht.

    Hier sind die Artikelnummern:
    - der kleine Motor 222375 - 62
    hat max. 6,21 W , 0,653 Ncm
    - der grosse Motor 222367 - 62
    hat max. 21,2 W , 1,544 Ncm

    Das kann nicht hin kommen, der grosse wieg 1/4 Kg hat 21,2 W,
    bei den benötigten 327 Ncm entspicht dass einer erforderlichen Leistung
    von 4500 W, dass währe eine motor von ca. 10 Kg, dafür benötige ich Starkstrom.

    Kann es sein dass die Angaben bei Conrad falsch sind???
    statt Ncm -> Nm

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Die Drehmoment Angaben beziehen sich auf die Motoren.
    Dahinter befindet sich dann noch das Getriebe,
    welches für die Übersetzung sorgt.
    Man kann dann einfach mit dem Drehmoment des Motors
    und der Übersetztung des Getriebes das Drehmoment ausrechnen.

    Also z.b. 0,653Ncm*810=529Ncm (nach dem Getriebe)
    Man sollte aber noch unbedingt den Wirkungsgrad mit einbeziehen,
    vielleicht 75-80%, hab da keine genauen Werte.

    Das macht dann ca 397Ncm


    Man sollte aber auch mit den Angaben von Conrad etwas vorsichtig sein,
    da steht öfter was falsches.
    Am besten im Datenblatt des Motors gucken und selbst ausrechnen.

    Aber guck dir lieber die oberen Links mal genauer an,
    mit meinen "Rechnungen" kann man keinen Laufroboter bauen.

  7. #7
    Moderator Robotik Einstein Avatar von HannoHupmann
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    @Skynet da ich mich seit vielen Jahren mit dem Thema Hexabots beschäftige und wie gerade eben den Artikel Spinnenbeine in unserer Wikipedia immer wieder weiter führe muss ich mich doch etwas wundern über dein Projekt.

    Eine Frage, welche sich mir sofort aufdrängt ist: "warum soll der Roboter so imens schwer werden"
    Wie durch die Rechnungen bereits deutlich wurde, liegt das Gewicht deutlich über dem Drehmoment welches mit Servomotoren ereicht werden kann. Ein Servomotor verfügt über Potentiometer und ingetrierte Schaltung zur Ansteuerung und einen Getriebemotor.

    Falls du also, gezwungen durch das hohe Gewicht Getriebemotoren verwenden musst, brauchst du Potentiometer und integriete Schaltung o.ä. für die Ansteuerung zusätzlich.
    Abgesehen davon sind Getriebemotoren nicht auf Haltekräfte im bereich 5-6kg ausgelegt sondern auf das Bewegen selbiger. Für das Halten von 5kg müssen aber deutlich bessere Motoren eingesetzt werden als für das Bewegen, sonst würden sich die Motorn zu stark erhitzen (sich bewegende Motoren werden durch ihre eigenbewegung gekühlt).

    Ab 10kg muss eigentlich jede Achse Kugelgelagert werden oder zuminderst mit guten Gleitlagern, die Reibungsverluste werden sonst einfach zu gross.

    Fazit über 5kg wird ein Hexabot schnell über 1000€ teuer und damit für ein Hobbyprojekt zu teuer.

    Standartmässig liegen Hexabots im Hobbybereich zwischen 1kg und 3kg und verwenden Servos mit etwa 55Ncm. Die kosten selbiger sind auch schnell bei einigen hundert Euro aber weit unter 1000€.

    Also nochmal die Frage: "warum wird der Roboter so schwer"

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Warum so schwer? ist mehr oder weniger geschätz!

    - ich rechne mit 18 Motoren je ca. 200g (fast 4 Kg)
    - das Gestell wird aus Aluminium, teilweise Messing gefertigt,
    wie viel das Gestell wiegen wird kann ich nur raten (e.v.t. 4 - 6 Kg)
    - der Akku mehere NiMH/NiCd in reihe und parallel (ca. 2 Kg)
    [lange Laufzeit]
    - die Elektronik schätze ich 1/2 Kg

    sind mindestens 12 Kg
    Aus diesen Grund möchte ich keine Servos nehmen.
    Ich hab schon ein Gelenk gefertigt, Getriebemotor treibt ein Kugelgelagerten Schwenkarm an und die Position des Schwenkarms wird über ein einfaches 10K Poti über eine Auswerteinheit bestimmt und angesteuert.

    Das sich die Angaben von Getriebemotor Ncm nur auf den Motor beziehen wusste ich nicht, dachte die Angabe ist nach dem Getriebe.

    Danke!

  9. #9
    Moderator Robotik Einstein Avatar von HannoHupmann
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    @Skynet, ähm ja ganz ehrlich wenn es nur darum geht einen Hexapod zu bauen ist es so leider der gänzlich Falsche Ansatz. Der wird noch richtig teuer werden wenn du das durchziehen willst.

    18 Motoren durch 18 Servos ersätzt und schon wiegen die nur noch 1/2kg
    Gestell aus Epoxyd und Lexan anstatt Metall etwa 200g.
    Akkus aus Lithium Polymer (LiPos) für 100g das Stück parallel geschalten auch nicht sehr viel schwerer als 300g.
    Elektronik auch noch mal ein paar 100g, insgesamt knapp 2kg. Bei gleicher Abmessung und Kostentechnisch und Aufwandstechnisch mehr als die Hälfte gespart.

    Nochwas, meine tests haben ergeben 18Servos (die ziehen ja selber nicht viel Strom) ~ 2-3Amper.
    Jetzt überleg mal 18 Motoren mit jeder 837mA (laut Conrad) ungefähr 15Ampere !!! Holla die Waldfee. Ok weiter durchgerechnet Akku Modellbau mit Memory Effekt (NiMh/NiCd haben sowas) mit 2400mAh. Wenn dein Roboter jetzt also 1 Stunden laufen soll dann braucht er Akkus mit einer Kapazität von 15.000mAh oder ungefähr 6 mal 2400mAh.
    Nochmal zum Vergleich bei meinem ein Stromverbrauch von 2,5A und einem LiPo Akku mit 1800mAh also folglich eine Laufzeit von 45mins.

    Nur hier jetzt an dem Beispiel nochmal gezeigt, überleg dir das nochmal was du baust und bau es nicht so wie du es gerade planst. Ich meine es wirklich nur im guten weil ich einfach das viele schöne Geld sehe, welches du im Begriff bist für ein Projekt welches nicht funktionieren kann, hinaus wirfst.

    Ich helf dir gerne beim überlegen wie man einen günstigen Hexabot baut.

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Hallo! HannoHupmann

    Das ist ja auch erst mal nur eine Idee.

    Bei 15A müssen ja alle Motoren gleichzeitig auf volle Leistung laufen,
    es werden aber immer nur ein paar angesteuert, und die Leistung möchte ich auch Frequenzmoduliert regeln.

    Und ob das Gestell so schwer wird weis ich echt nicht.
    Durch gewisse Hohlräume kann auch Gewicht sparen, oder ich finde andere Materialien.
    Aber die Servos scheinen mir zu schwach zu sein, ich möchte was robustes

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