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Thema: Laufmaschine mit kompletter Antriebstechnik in Gehäuse

  1. #1
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Laufmaschine mit kompletter Antriebstechnik in Gehäuse

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    Hallo,

    Zuerst ein bisschen was zu mir:
    Ich bin 24 Jahre alt, studiere Maschinenbau in den letzten Semestern und bin schon lange von Robotern begeistert. Hab mich aber noch nie an einen ran getraut.

    Des soll sich jetzt ändern.

    Ich stelle hier mein Projekt vor.

    Es soll eine achtbeinige Laufmaschine werden, die alle Motoren und Antriebe in einem Gehäuse versteckt hat und aber trotzdem beweglich bleibt.
    Dazu hab ich mir mal eine Beinkonstruktion ausgedacht....

    Dabei habe ich zwei Motoren eingesetzt, die über Getriebe die nötige Kraft aufbringen, die Spindeln (Kugelgewindetrieb) zu drehen und so den Abstand zwischen den zwei Bauteilen verringern und somit das Bein zum leben erwecken.

    Was meint Ihr?

    Dabei ist hier noch nicht zu sehen, wie ich die Rotation für die Vorwärtsbewegung einbaue...
    Die Spindeln, welche hier noch frei weg stehen werden auch noch auf der anderen Seite gelagert, da bin ich aber noch nicht soweit mit dem Zeichnen...

    Die Bauteile des Beins sind alles Stanzteile und (fast) alle gleich groß.
    Die Lagerung der einzelnen Stanzteile will ich über Gleitlagerbuchsen machen.

    Bin auch noch ned am fertigen, deswegen wäre ich über eine Diskussion erfreut!

    Noch einige Daten:
    Gesamtgewicht: ~10kg
    Größe: ein Bein ist ~30cm lang
    Größe des Körpers dann nach Bedarf

    Antriebe: Faulhaber Motoren ( 35000 U/min, 20 Watt)
    Wirkungsgrad: 70%
    Gewicht: ~50 Gramm
    Druchmesser: 20 mm
    Länge: 36 mm

    Getriebe:
    Faulhaber 246:1
    Wirkungsgrad: 60%
    Gewicht: ~50 Gramm
    Druchmesser: 20 mm
    Länge: 36 mm

  2. #2
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    Deine Mechanik schaut sehr interessant aus.
    Wäre es für ein Unikat nicht günstiger die Teile fräsen zu lassen?

    Was auch noch interessant wäre: Hast du evtl. schon berechnet, was du mit der Mechanik für ein Drehmoment erzeugen kannst?

    Weiter so, schaut echt geil aus bis jetzt.

  3. #3
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Hallo,

    Ich hab schon einiges dafür berechnet..
    Ich kann dafür ja den ganzen Softwarepool an der Uni nutzen, deswegen hab ich auch schon ein Mehrkörpersimulationsmodell erstellt. *ggg*

    Aber leider versteh ich ned, wo du des Drehmoment meinst. Die Kraft, mit der ich auf den Boden drücken kann oder wie meinst du des?
    Kannst du in eins der Bilder einen Kraft- oder Momentenvektor einzeichnen?

    Grüße

  4. #4
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Es sieht bis jetzt gut aus.
    Wie weit ist denn die Umsetzung von der Zeichung des Beins in die Realität?
    Wieviel Kraft braucht man am Antrieb für wieviel Kraft am Boden?
    Wenn es ideal ist (bezüglich Reibung) dann ist das Verthältnis der Kräfte beim Heben so um die 5, beim Krümmen wohl auch etwas mehr.

    Wie sieht es mit dem Lagerspiel aus?
    Mit einer guten Realisierung der Gelenke (der vielen Gelenke) kann es recht elegant werden.

  5. #5
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Hallo Manf,

    Wie weit ist denn die Umsetzung von der Zeichung des Beins in die Realität?
    Gute Frage. Ich brauche noch eine Idee, wie ich die dritte Achse einbaue. Dann bin ich aber schon so ziemlich fertig mit dem, was ich alles brauche.
    Also in Gedanken. An Motoren hab ich schon ziemlich viel gesucht und auch an anderen Teilen habe ich auch schon bisschen herrumgesucht.
    Gekauft ist noch nichts.
    Ich habe nur schon eine erstes Funktionsmodell gebaut. Stelle hier gerne noch Bilder rein.

    Wieviel Kraft braucht man am Antrieb für wieviel Kraft am Boden?
    Woher weißt du, dass Faktor 5 ideal sind? Ist des bezogen auf meine Konstruktion oder ist des eine Annahme/Erfahrung von Dir? (Keine Kritik, höre des nur zum ersten mal und bin Neugierig. Hast du schon Erfahrung mit Kinematischen Ketten und Hebelbauten?)

    Für 100N Druck auf den Boden muss ich oben je nachdem, wie die Krümmung ist zwischen - 400N und 500 N aufbringen (Wenn des Bein nach sehr stark gekrümmt ist, ändert sich die Lastrichtung, deswegen Minus 400)

    Des sind aber Ergebisse aus der Mehrkörpersimulation und habe ich noch nicht per Hand-Rechnung bestätigt. Kann also auch noch Falsch sein. Aber die Größenordnung stimmt, denke ich.

    Rechnet man dies über die Gewindespindel erhält man ~ 0,5Nm (max)
    Über des Getriebe gerechnet erhält man dann ~2 mNm (incl Wirkungsgraden etwa 4 bis 5 mNm)

    Wenn die Formeln hier interessant sind, kann ich sie gerne noch Posten..

    Wie sieht es mit dem Lagerspiel aus?
    Ich habe schon viele Ideen, wie ich des Spiel kleine halten kann. Zum Beispiel mit Presspassungen und Gleitlagerbuchsen. Leider hat man da ziemlich viele Verluste. Ich denke mal, dass ich einen (rein die Konstruktion wie in Bild I ) Beinwirkungsgrad von 60% bis max 70% habe.

    Ein weiteres Problem stellen die vielen Achsen da. Wenn sich diese Biegen entsteht weiteres Spiel.
    Aber ich kann zumindest oben bei den Antrieben durch die Kugelgewindetriebe relativ Spielfrei bleiben.
    Aber du hast recht, die Fertigungsgenauigkeit wird maßgebend für die Eleganz und Funktionsfähigkeit sein.

  6. #6
    Moderator Robotik Einstein Avatar von HannoHupmann
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    Kleine bescheidene Frage von mir: Wieviel Geld steht für die Realisierung zur Verfügung, bzw. wird veranschlagt?

    Dann würde ich nämlich gerne beurteilen ob die Leistung überhaupt elektrisch durch Akkus bereitgestellt werden kann. Abgesehen davon sind Faulhabermotoren verflucht nochmal teuer.

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von vohopri
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    Hallo Bigbear,

    das Konzept finde ich gut. Bei genauerem Hinsehen sehe ich viele Vorteile gegenüber den herkömmlichen Hobbykrabblern.

    Die Mechanik ist so natürlich noch nicht fertig, aber da sollte nichts unlösbares auftauchen. Auf die Lösung des Hüftgelenks bin ich schon gespannt. Ich vermute 2 Lager sind sinnvoll und wie werden die angeordnet?

    Hast du die Beanspruchung der Beine auf Verwindung durchgerechnet? Die ist ja oft ein statisches Problem.

    Bitte halte uns informiert und poste viele Fotos und Zeichnungen. Oft sind ja die Details das Interessanteste und man kann viel lernen.

    grüsse,
    Hannes

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Klingon77
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    hi und willkommen im Forum \/

    Dein Lösungsansatz sieht wirklich sehr interessant aus.

    Ein paar Fragen und Anregungen:

    Müssen es wirklich so viele Gelenke im Bein sein?
    Bei Deiner momentanen Anordnung erinnert mich das eher an Finger als an Beine.
    Im zweiten Bild Deines Eingangspostings kannst du schon fast den Boden des Robby´s berühren.
    Das muß nicht sein. Weniger Gelenke tun es auch, denke ich und nebenbei vermindern sie Probleme (Reibung, Spiel).


    Zur Anordnung der dritten Antriebsrichtung (zum Laufen) kannst Du das Bein soweit es bis jetzt gezeichnet ist auf eine Plattform setzten welche Du über zwei Punkte lagerst und dann drehst.
    Etwas ähnliches hatte ich mir auch schon mal überlegt (allerdings ohne Deine elegante Beinkonstruktion \/ )


    Weniger Beine erhöhen das Raumangebot im Korpus und vermindern die Probleme (Programmierung und Laufalgo).
    Deine Mechanik sollte ausreichtend stabil sein um das anvisierte Gewicht auch auf drei Beinen zu tragen (3:3-Gang bei sechs Beinen).
    Es wäre dann zwar keine "echte Spinne" würde aber ähnlich aussehen und für Deine Zwecke ausreichen.


    Wo bekommst Du die Kugelumlaufspindeln und -muttern mit entsprechend kleinem Durchmesser her?
    Ich habe auch schon länger danach gesucht und nichts passendes gefunden.
    Selbst TR-Gewinde sind in kleinen Größen schwer aufzutreiben.


    Eine Presspassung würde ich Dir für die Lagerung im Beinbereich nicht empfehlen. Die Reibung wäre unvertretbar hoch.
    Eine Übergangspassung mit einer "flexieblen" Gleitlagerhülse z.B: aus Nitralon oder ähnlichem Werkstoff wäre da, glaube ich, besser geeignet.


    Die Bleche für die Beine würde ich auch fräsen oder Lasern lassen.
    Dabei natürlich ein Aufmaß für die Nachbearbeitung der Passungen (Reibahle?) lassen.


    Um die Schwingungen, welche bei der Beinlänge unweigerlich im "Laufbetrieb" auftreten (Aufschaukeln des Korpus beim Laufen) etwas zu dämpfen würde ich die vorderen und hinteren Bleche eines Beinesegmentes (aus der Draufsicht berachtet) mit Hilfe von Verstrebungen (V-Form oder W-Form oder ähnlich diagonalesm versteifen.
    Diese Elemente könnte man durch entsprechende Taschen in den Beinstrebe-Teilen sehr gut formschlüssig platzieren und dann mit einem guten Metallkleber miteinander verbinden.
    Die Maßhaltigkeit der Beinelemente sollte dann nicht darunter leiden.

    Die Bohrungen zur Aufnahme der Gleitlager werden dann nach dem Kleben als komplettes Element (im Verbund) gerieben.


    Bin schon gespannt, wie es bei Dir weitergeht.
    Das Projekt schaut, wie bereits geschrieben, sehr interessant aus und bietet bei entsprechender Doku (-arbeit) hier im Forum auch einen sehr hohen Lerneffekt für uns \/ ; möchte sagen:"Ich wünsche mir viele Bilder und gute Beschreibungen



    liebe Grüße,

    Klingon77
    Der kürzeste Weg zwischen zwei Menschen ist ein Lächeln - http://www.ad-kunst.de

  9. #9
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Hallo HannoHupmann,

    Kleine bescheidene Frage von mir: Wieviel Geld steht für die Realisierung zur Verfügung, bzw. wird veranschlagt?
    Ich hab für Aufbau eines Beins (zu Testzwecken) ungefähr 2000 €
    Dabei kann ich die Teile (Stanzen oder Fräsen) lassen und des kostet mich nur des Material.
    Ich arbeite an der Uni im Robotiklabor und schreibe hier an meiner Diplomarbeit (eben dem Bein / Roboter)

    Und, Ja diese Motoren sind einfach sehr teuer. Aber von der Leistungsdichte einfach unschlagbar.

    Abgesehen davon sind Faulhabermotoren verflucht nochmal teuer.
    Bin gespannt auf deine Akku-Machbarkeit-Beurteilung.

    Hallo Vohopri,

    Bei genauerem Hinsehen sehe ich viele Vorteile gegenüber den herkömmlichen Hobbykrabblern.
    Cool, welche?

    Auf die Lösung des Hüftgelenks bin ich schon gespannt. Ich vermute 2 Lager sind sinnvoll und wie werden die angeordnet?
    Ja, gespannt bin ich auch
    2 Lager sind fast Pflicht, sonst erhält man schnell Lagerschäden.

    Hast du die Beanspruchung der Beine auf Verwindung durchgerechnet? Die ist ja oft ein statisches Problem.
    Ich habe einen Prototypen gebaut, da scheint Verwindung kein Problem zu sein.

    Bitte halte uns informiert und poste viele Fotos und Zeichnungen. Oft sind ja die Details das Interessanteste und man kann viel lernen.
    Versuch ich gerne!

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von vohopri
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    Hallo bear, danke für die Antworten,

    Cool, welche?
    Selbsthemmung, Verringerung der beschleunigten Massen, Trennung von Gelenk und Aktuator und anscheinend auch die Verwindungssteifigkeit.

    grüsse,
    Hannes

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