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Thema: kleiner Bürstenelektormotor mit hohem Drehmonent?

  1. #11
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Zitat Zitat von stochri
    Zu solch einem Rennauto tuning kann man ja stehen, wie man will. Wenn man genauer darüber nachdenkt, hat es vielleicht sogar seinen Reiz.

    Mehr zu meiner Motivation ganz unten.

    Zitat Zitat von waste
    Zitat Zitat von stochri
    Ok, ch wage trotzdem noch einmal eine Abschätzung: bei 0.01Ncm läuft der Motor in etwas bei 1/4 der Maximalleistung d.h. man könnte bei gleichbleibenden Reibungseinflüssen die 4fache Geschwindigkeit erreichen.
    Ja, so ungefähr. Genauer ausgelesen kommt dann der Faktor 0.21/0.063 = 3.33 heraus.

    Waste
    Vielen Dank auch für den Vergleich der Kennlinien weiter oben.

    Ich komme auf einen höheren Faktor, wenn man die Möglichkeiten des Asuro ganz ausschöpft, könnt Ihr das bitte mal überprüfen?

    Spannung:
    • Die Last-Drehzahl des "Igarashi 2025-02" Motors ist 12400 U/min.
    • Mit 12V sind also für einen "normalen" Asuro machbar: 12400/60/(5*5)*(3.8*PI)=98.7cm/s (stimmt gut mit der Messung von 102cm/s überein)
    • Und das ist die Realität für einen "ganz normalen" Asuro: 98.7*(5.3/12)=43.6cm/s (fast exakt das gemessene Tempo in der Küche)
    also Faktor 12/5.3 für Spannung rauf auf 12V -- bei gleicher Untersetzung von 1:25.

    Untersetzung:
    Zitat Zitat von waste
    Ich meine, dass die Motoren des Asuros schon ausreichend Drehmoment besitzen. Mit einer kleineren Übersetzung kann man den durchaus schneller machen. Allerdings nicht um den Faktor 5, wie es HermannSW probiert hat.
    Stimmt, Faktor 5 war wohl zuviel, aber der Asuro erreichte 126cm/s gegenüber 43cm/s normal, fast ein Faktor 3!

    Spannung+Untersetzung
    Wenn ich jetzt einfach mal vermute, daß bei einer Untersetzung von 1:10 für den Motor noch alles im Lot ist (Faktor 2.5 < 3), wäre dann eine Endgeschwindigkeit von 2.5 * 98.7 cm/s = 246.8 cm/s denkbar, wenn man zusätzlich zur Untersetzung von 1:10 noch die 12V auf die Motorbrücken gibt? (das wäre ein Faktor von 5.66 gegenüber einem Normal-Asuro ...)

    Zitat Zitat von stochri
    ( Die Probleme der Asuromechanik und Regelungstechnik werden jetzt erst mal ignoriert )
    Der Asuro meines Sohnes ist ohne Modifikationen mit meinem Programm auf dem Testparcours 2006 Qualifying mit 38.7cm/s über die Linie geflitzt -- ziemlich nah an der Maximalgeschindigkeit von 43.6cm/s!

    Meine Hoffnung ist, wenn vorige Berechnung richtig ist, daß man bei hohen Geschwindigkeiten (>1 m/s) vielleicht 50% der Geschwindigkeit auf die Linie bekommen kann [vorsicht vor dem Elch vom gleichnamigen Test ], und das wären dann mehr als 120cm/s.

    Dieser Wert wäre sehr interessant, da ich von anderen Linienfolge-Wettbewerben weiß, daß diese mit "knapp unter 1m/s" gewonnen wurden! Vielleicht wäre ja ein aufgepeppter Asuro sogar überlegen, da er zwar unheimlich klein, dafür aber auch sehr leicht ist ...

  2. #12
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Zitat Zitat von HermannSW
    Ich komme auf einen höheren Faktor, wenn man die Möglichkeiten des Asuro ganz ausschöpft, könnt Ihr das bitte mal überprüfen?

    Spannung:[list][*]Die Last-Drehzahl des "Igarashi 2025-02" Motors ist 12400 U/min.[*]Mit 12V sind also für einen "normalen" Asuro machbar: 12400/60/(5*5)*(3.8*PI)=98.7cm/s (stimmt gut mit der Messung von 102cm/s überein)
    Es müsste sogar etwas mehr herauskommen, weil die Lastdrehzahl beim Asuro höher sein sollte. Durch den zusätzlichen Akku ist zwar das Gewicht und damit die Reibung höher, aber nicht um den Faktor 10, was 0.1Ncm bei 12400U/min entsprechen würde. Wenn man von doppelter Reibung bei doppeltem Gewicht ausgeht, dann sollte die Lastdrehzahl bei ca. 16500 liegen. Unterschiede kann es geben, wenn die Spannung nicht 12V ist oder andere Faktoren eine höhere Last bewirken. So viel ich mich erinnern kann, hattest du nur 10V an den Motoren, dann würde es wieder ungefähr passen.

    Zum Vergleich hier die Kennlinie des Asuromotors bei 12V:


    Gegenüber 4.5V kann der Motor bei 12V eine um den Faktor 7.5 höhere Leistung liefern. Das ist eine ganze Menge. Da stellt sich dann schon die Frage, ob man die Leistung überhaupt auf den Boden bringt.

    Spannung+Untersetzung
    Wenn ich jetzt einfach mal vermute, daß bei einer Untersetzung von 1:10 für den Motor noch alles im Lot ist (Faktor 2.5 < 3), wäre dann eine Endgeschwindigkeit von 2.5 * 98.7 cm/s = 246.8 cm/s denkbar, wenn man zusätzlich zur Untersetzung von 1:10 noch die 12V auf die Motorbrücken gibt? (das wäre ein Faktor von 5.66 gegenüber einem Normal-Asuro ...)
    Ja, das sollte bei 12V möglich sein. Es sinkt zwar die Lastdrehzahl am Motor etwas ab, aber grob passt es. Das Problem wird sein, so schnell durch die Kurven zu kommen. Hast du schon einen Versuch durchgeführt? Würde mich interessieren. Man bedenke auch, dass durch die Änderung der Übersetzung zwar die Drehzahl hoch geht, aber das Drehmoment um den gleichen Faktor absinkt. Dadurch ergibt sich eine geringere Beschleunigung.

    Waste

  3. #13
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Hallo Waste,
    Zitat Zitat von waste
    Zitat Zitat von HermannSW
    Ich komme auf einen höheren Faktor, wenn man die Möglichkeiten des Asuro ganz ausschöpft, könnt Ihr das bitte mal überprüfen?

    Spannung:[list][*]Die Last-Drehzahl des "Igarashi 2025-02" Motors ist 12400 U/min.[*]Mit 12V sind also für einen "normalen" Asuro machbar: 12400/60/(5*5)*(3.8*PI)=98.7cm/s (stimmt gut mit der Messung von 102cm/s überein)
    Es müsste sogar etwas mehr herauskommen, weil die Lastdrehzahl beim Asuro höher sein sollte.
    Super!
    Durch den zusätzlichen Akku ist zwar das Gewicht und damit die Reibung höher, aber nicht um den Faktor 10, was 0.1Ncm bei 12400U/min entsprechen würde. Wenn man von doppelter Reibung bei doppeltem Gewicht ausgeht, dann sollte die Lastdrehzahl bei ca. 16500 liegen. Unterschiede kann es geben, wenn die Spannung nicht 12V ist oder andere Faktoren eine höhere Last bewirken. So viel ich mich erinnern kann, hattest du nur 10V an den Motoren, dann würde es wieder ungefähr passen.
    Die 10V sollen noch auf 12V erhöht werdern (9xAA- oder 9xAAA-Akkus voll aufgeladen, jeder bei ca. 1.4V).

    Zum Vergleich hier die Kennlinie des Asuromotors bei 12V:
    Vielen Dank, um diese Kennlinie wollte ich Dich noch bitten!

    Gegenüber 4.5V kann der Motor bei 12V eine um den Faktor 7.5 höhere Leistung liefern. Das ist eine ganze Menge. Da stellt sich dann schon die Frage, ob man die Leistung überhaupt auf den Boden bringt.
    Das wird die Herausforderung sein ...
    7.5*43.6cm/s, das sind ja mehr als 3m/s !!!

    Zitat Zitat von HermannSW
    Spannung+Untersetzung
    Wenn ich jetzt einfach mal vermute, daß bei einer Untersetzung von 1:10 für den Motor noch alles im Lot ist (Faktor 2.5 < 3), wäre dann eine Endgeschwindigkeit von 2.5 * 98.7 cm/s = 246.8 cm/s denkbar, wenn man zusätzlich zur Untersetzung von 1:10 noch die 12V auf die Motorbrücken gibt? (das wäre ein Faktor von 5.66 gegenüber einem Normal-Asuro ...)
    Ja, das sollte bei 12V möglich sein. Es sinkt zwar die Lastdrehzahl am Motor etwas ab, aber grob passt es. Das Problem wird sein, so schnell durch die Kurven zu kommen. Hast du schon einen Versuch durchgeführt? Würde mich interessieren.
    Ja, zwei Versuche:
    • mit 126cm/s im Kreis in der Küche mit Infrarotlinksausweicher, 2. Video im Thread Racing Asuro
    • wie oben erwähnt, ist der Asuro meines Sohnes ohne Modifikationen mit meinem Programm auf dem Testparcours 2006 Qualifying mit 38.7cm/s über die Linie geflitzt (357cm in 9.22s, siehe folgenden Beitrag) -- ziemlich nah an der Maximalgeschindigkeit von 43.6cm/s!


    Man bedenke auch, dass durch die Änderung der Übersetzung zwar die Drehzahl hoch geht, aber das Drehmoment um den gleichen Faktor absinkt. Dadurch ergibt sich eine geringere Beschleunigung.
    Meine Hoffnung ist, den Asuro relativ schnell auf "full speed" zu bringen (was immer "full speed" sein mag), und dann dieses Tempo im wesentlichen über die Streck zu bringen, getreu dem Motto always full speed, an never drive back ...

  4. #14
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    Mir erscheint die Gewichtserhöhung durch die Batterien für die 12V Versorgung relativ unpraktisch.
    Wäre es nicht besser, den von Waste vorgeschlagenen X-Slot-Tuning Motor mit der ca. 3fach gegenüber dem Orginal Igarashi höheren Leistung zu verwenden? Wenn man bei dem Motor das Getriebe noch etwas anpasst, sollte eine ca. 9 fach höhere Geschwindigkeit erreichbar sein, also 4m/s.

    Für die Linienverfolgung scheint mir eine geringe Massenträgheit des Roboters von Vorteil, da man besser scharfen Kurven folgen kann.

  5. #15
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    Der Arbeitspunkt bei Höchstgeschwindigkeit sollte schon deutlich links von der max. Leistung liegen, sonst quält man den Motor zu sehr. Ich habe einmal die Beschleunigung bei einer Übersetzung von 5 nachgerechnet und mit der original Übersetzung 25 verglichen. Das Diagramm ist im Anhang zu sehen. Es dauert ca. 5s bis der Asuro mit der Übersetzung 5 auf die Höchstgeschwindigkeit von 1.27m/s kommt. Nach knapp 0.4s hat er die Geschwindigkeit des original Asuros erreicht und erst knapp über 0.7s bzw. nach 30cm hat er den original Asuro eingeholt. Auf einem engen Parcours bezweifle ich, dass der Asuro mit Übersetzung 5 da schneller ist.

    Mit 12V sieht es anders aus. Da ist das Leistungsgewicht auch mit dem Zusatzgewicht noch besser. Das hat schon Vorteile. Ich habe den Vorschlag mit dem X_Slot Tuning wegen des einfachen Umbaus gebracht. Wer es richtig rocken lassen will kann ja den X-Slot Tuning mit 12V laufen lassen. Allerdings muss man dafür einen stärkeren Treiber verwenden.

    Waste
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  6. #16
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    Hallo waste,

    gerade eben habe ich auch noch ein wenig gerechnet:

    Optimierung bezüglich Endgeschwindigkeit:

    Rechnung1:
    optimales Getriebe für Igarashi: 1:6.25 ==> Endgeschwindigkeit 1.4m/s
    bei Getriebe 1:5 ==> Endgeschwindigkeit 0.98m/s

    Rechnung2:
    optimales Getriebe für X-Tuning: 1:2.5 ==> Endgeschwindigkeit 2.9m/s
    bei Getriebe 1:5 ==> Endgeschwindigkeit 2.3m/s, hier allerdings erst bei halbem Nennlastmoment, es ist in diesem Fall also noch ordentlich Reserve

    ( Die zu kleine Endgeschwindigkeit von 0.98m/s gegenüber der von Dir verwendeten 1.27m/s rührt daher, dass ich als Motordrehmoment 0.016Ncm angenommen habe, anstatt 0.01 Ncm. Die 0.016Ncm erhalte ich, wenn die Endgeschwindikeit des Standartasuro mit 0.45m/s wie von Manf angegeben annehme und das Drehmoment aus dem Igarashi-Diagramm ablese. )

    Könntest Du das Beschleunigungsprofil für den X-Tuning mit 1:5 Getriebe auch noch mal simulieren? Würde mich mal interessieren, was für eine Beschleunigung der ASURO dann hat.

    Beste Grüße,
    stochri

  7. #17
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    Hier ist das Beschleunigungsprofil, ist schon nicht schlecht. Die Höchstgeschwindigkeit von 2.47m/s wird nach ca. 2.5s erreicht. Eine noch bessere Beschleunigung auf den ersten 50cm wäre mit einer Übersetzung von 7.5, aber nur geringfügig. Eine Übersetzung von 10 wäre auf den ersten 50cm auch noch schneller als ü=5 und noch spritziger für kürzere Distanzen und auch noch stromsparender.

    Waste
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  8. #18
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    Zitat Zitat von stochri
    ( Die zu kleine Endgeschwindigkeit von 0.98m/s gegenüber der von Dir verwendeten 1.27m/s rührt daher, dass ich als Motordrehmoment 0.016Ncm angenommen habe, anstatt 0.01 Ncm. Die 0.016Ncm erhalte ich, wenn die Endgeschwindikeit des Standartasuro mit 0.45m/s wie von Manf angegeben annehme und das Drehmoment aus dem Igarashi-Diagramm ablese. )
    Aber die 126cm/s habe ich in meiner Küche real gemessen, siehe die Auswertung der Videoeinzelbilder im Beitrag Racing Asuro!
    [Der Asuro wurde von 4xAA-Batterien (nicht voll) angetrieben (siehe großes Bild unter http://www.stamm-wilbrandt.de/videos/070211_015636.jpg), also sicher unter 5V wegen der Diode.

    Zitat Zitat von waste
    Hier ist das Beschleunigungsprofil, ist schon nicht schlecht. Die Höchstgeschwindigkeit von 2.47m/s wird nach ca. 2.5s erreicht. Eine noch bessere Beschleunigung auf den ersten 50cm wäre mit einer Übersetzung von 7.5, aber nur geringfügig. Eine Übersetzung von 10 wäre auf den ersten 50cm auch noch schneller als ü=5 und noch spritziger für kürzere Distanzen und auch noch stromsparender.
    Hallo Waste, vielen Dank für das letzte Diagramm!
    Ist es richtig, daß das letzte Diagramm für 4.5V ist?
    Wenn ja, dann braucht man wohl "erst mal" gar keine 12V, wenn man den Xslot-Tuning nimmt!

    Könntest Du bitte noch zwei Diagramme bereitstellen (ganz perfekt wäre es, wenn Du die beiden zugehörigen 12V-Diagramme auch noch bereitstellen könntest!)?
    • Diagramm1: Xslot-Tuning bei 4.5V für ü=5, 7.5, 10, und 15
    • Diagramm2: Asuro bei 4.5V für ü=5, 7.5, 10, und 15

    Wenn für deine Simulationen das Gewicht benötigt wird:
    • Mein Original-Asuro mit 4xAAA wiegt 179g
    • Asuro mit einer Bepackung von 9xAA wiegt 393g(!)
    • Asuro mit einer Bepackung von 9xAAA wiegt 249g
    • Batteriepack mit 4xAAA-Akku wiegt 55g
    • Batteriepack mit 4xAA-Akku wiegt 119g


    Warum 1:15?
    Weil "einfach machbar" (Asuro-Zweiachser mit 30/10 Zahnrad aus Conrad-Zahnsortiment M0,5 · 20 tlg, mit ein wenig "Drücken und Drehen" kann man die Bohrung leicht etwas aufweiten, damit das Zahnrad locker auf der 3mm-Achse dreht)

    Wichtige Frage [nur noch 12 Tage bis zur RobotChallenge ]:
    Wo gibt es Motorritzel mit Modul 0.5 und 15 (1:7.5), 16 (1:8 ) oder 20 (1:10) Zähnen (Einachser-Asuro), möglichst mit Bohrung 1.9mm (Kunststoff) oder 2mm(2.1mm?) mit Stellschraube?
    Die Kunststoff-Ritzel aus dem Zahnradsortiment von Conrad (10 Zähne) haben eine Bohrung von 2.3mm und sind somit nicht für den Igarashi 2025-02 oder Xslot-Tuning brauchbar.

  9. #19
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Zitat Zitat von HermannSW
    Wichtige Frage [nur noch 12 Tage bis zur RobotChallenge ]:
    Wo gibt es Motorritzel mit Modul 0.5 und 15 (1:7.5), 16 (1:8 ) oder 20 (1:10) Zähnen (Einachser-Asuro), möglichst mit Bohrung 1.9mm (Kunststoff) oder 2mm(2.1mm?) mit Stellschraube?
    Die Kunststoff-Ritzel aus dem Zahnradsortiment von Conrad (10 Zähne) haben eine Bohrung von 2.3mm und sind somit nicht für den Igarashi 2025-02 oder Xslot-Tuning brauchbar.
    Bei Conrad gibt es Metallritzel aus Metall mit 15 und 20 Zähnen und Feststellschraube. Die haben einen Lochdurchmesser von 4mm. Mit einer Reduzierhülse kann man die verwenden. Solche Reduzierhülsen gibt es in Modellbaufachgeschäften oder vielleicht auch bei Conrad. Notfalls kann man sie auch aus einem Messingrohr (außen 4mm, innen 2mm) selber machen.

    Hier noch deine gewünschten Diagramme. Vorsicht beim Vergleichen, der Maßstab ist nicht immer derselbe.

    Igarashi 2025-02 (Asuro) bei 4.5V:


    X-Slot Tuning bei 4.5V:


    Igarashi 2025-02 (Asuro) bei 12V:


    X-Slot Tuning bei 12V:


    Die Simulation geht davon aus, dass die Treiber den nötigen Strom liefern können und die Reifen ideal haften. In vielen Fällen ist die Beschleunigung größer als die Haftung der Reifen es in Wirklichkeit erlauben. Wahrscheinlich braucht es keine höhere Beschleunigung als 0.5g, weil da die Asuro Reifen vermutlich eh schon durchdrehen. Damit wäre der X-Slot Tuning bei 4.5V und ü=5 ideal. Die Beschleunigung ermittelt man übrigens durch Anlegen einer Tangente an die Geschwindigkeitskurve. Die Steigung entspricht der Beschleunigung.
    Eine Beschleunigung von 1g entspricht 9.8m/s²

    Andererseits wäre eine höhere Spannung gut wegen der Entkopplung der Versorgungsspannung des µC durch den 5V-Spannungsregler von der Motorversorgung. Wenn schon beim Hermann sein Asuro mit ü=5 der Prozessor resettet, dann passiert das mit dem X-Slot Tuning bei ü=5 um so mehr. Da hat eine höhere Akkuspannung mit 5V-Regler einen Vorteil, unter anderem bleibt auch die Auswertung des Liniensensors ungestört.

    Waste

  10. #20
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Aber die 126cm/s habe ich in meiner Küche real gemessen, siehe die Auswertung der Videoeinzelbilder im Beitrag
    Dein ASURO ist ganz schön schnell, das liegt vermutlich daran, dass die Endgeschwindigkeit stark von der Reibung abhängig ist. In der Rechnung von waste obben kommt ja auch beim 1:5 ASURO eine etwas höhere Endgeschwindikgeit heraus. In meiner Rechnung habe ich eben ein relativ großes Reibmoment verwendet.

    @waste

    Super Diagramme ! Damit dürften jetzt wohl alle Fragen bezüglich Getriebeübersetzung und Motorgroße einfach durch ablesen zu lösen sein.
    Ich glaube ein 12V X-Tuning ASURO ist etwas überdimensioniert. Eine andere Möglichkeit wären ja auch statt 4AAA-Zellen 6AAA Zellen ( also 6*1.2V=7.2V ), dann ist die Gewichtszunahme noch einigermaßen moderat.
    Was wohl passiert, wenn ein autonomer 12V X-Tuning 1:5 ASURO mit 6m/s gegen eine Wand fährt?

    Aber was solls, die Geschwindigkeitsfrage scheint mir theoretisch gelöst zu sein. Vielleicht muss man sich jetzt der Frage zuwenden, ob de ASURO einen verbesserten Liniensensor für diese hohen Geschwindigkeiten braucht. Aber das scheint mir ein anderer Thread zu sein.

    Beste Grüße,
    stochri

    Gerade habe ich mal nachgesehen, wo man noch so Zahnräder bekommen kann. Ich frage mich ob dieses hier geeignet wäre
    http://www.modellbau-profi.com/produ...0,5-/-z/8.html

    Das ASURO-Kunsstoffzitzel scheint es auch beim großen C zu geben. Es hat allerdings nur einen Innendurchmesser von 1.9mm. Deshalb muss man es wahrscheinlich mit einem Hammer auf dei Motorwelle klopfen. Das obige Zahnrad ist aus Metall und hat einen Innendurchmessr von 2mm. Ich frage mich, wie man das wohl auf der Welle festkriegen kann. Ankleben? Kleben hält meistens nicht, glaube ich, oder?

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