Passender Motor für meinen Lagerhaltungsroboter?!

[M.Eraslan]

hallo liebe Freunde,

ich habe mit meiner Master Thesis angefangen und komme momentan nicht weiter.
Bin hier neu und hoffe natürlich, dass mir hier weitergeholfen wird.
Meine Aufgabe ist es, einen kleinen Lagerhaltungsroboter zu bauen, der zwischen 10-15 kg wiegen wird und sich mithilfe von Ultraschallsensoren sich an ein Objekt andockt/regelt.

Er wird hinten 2 Antriebe haben und vorne 2 Laufrollen.
Ich habe mir dafür passende Getriebemotoren bei Conrad angeschaut und kann mich leider nicht entscheiden, welchen Motor ich nun nehmen soll.
Die Drehzahl hinterm Getriebe sollte schon min. 100 U/min betragen.

Wäre ein Scheibenwischermotor angebracht oder ist er für meine Aufgabe zu überdimsnioniert?

Ich habe das notwendige Drehmoment mal hier ausgerechnet.
Bei einem Raddurchmesser von 8 cm und 10 Kg Gewicht, sollte der Motor schon min. 5 Nm haben.
Hab auch bemerkt, dass solche Motoren extrem viel Strom (unter Vollast ca. 20 A /Stall Torque) ziehen können. Dann kommt automatisch die Frage, welcher Treiber nun dafür angebracht ist.

Wäre froh, wenn ihr mir ein paar Tipps geben würdet.
Vielen Dank im voraus

P.S. was hält ihr von diesem Motor bei Conrad.de mit der Artikel-Nr.: 233132 - 62. Kann es sein, dass die Daten bezogen auf das Datenblatt nicht sauber übernommen wurden? (siehe Strom-Werte)

[mwoidt]

Nebenbei 0.75A sind zu wenig. das wären ja nur 9Watt Wenn ich die knapp 10A im Datenblatt lese. Das sind 120Watt... Damit hast du nen LiIon Akku in standartgröße in 12min leer
Bei der Leistungsaufnahme würd ich schon über Brushless nachdenken

Mit 120W schaffst dus immerhin deinen 15kg Roboter mit 4 m/s^² zu beschleunigen im Schnitt und das mal 2....
mit endgeschwindigkeit von knapp 90km/h also 25m/s, die du nach 3s erreicht ahben wirst. das is ja ganz schön schnell. Zumal die Anfangsbeschleunigung bei 5nm noch viel höher ist. Wie schaffst du es da, dass die Räder nicht durchdrehen. 5 Nm bei einem Rad das nur einen Radius von gut 5cm hat sind ja 100N die du übertragen musst (genau beim Anschalten). Und wenn sie erstmal durchdrehen drehen sie auch weiter durch. Bist du sicher das du die 5nm wirklich brauchst bzw. nutzen willst?
Wie kommst du auf dein benötigtes moment nur als Frage?

[M.Eraslan]

wie ich gerade sehe, haben die bei Conrad das Datenblatt aktualisiert.
Jetzt steht da was von 10 A.
Habe auch den passenden Treiber gefunden.

Da hast du recht. Ein Standardakku könnte da net lange durchhalten.
Aber du musst bedenken, dass man nur beim Anfahren so viel Leistung brauchen wird. Im durchschnitt könnte ein Akku schon ca. 1 stunde durchhalten.

Ausserdem werd ich den Mikrokontroller so programmieren, dass er langsam anfährt, was erneut den Strombedarf ja reduziert.

Also ich hab das nötige Drehmoment hier auf der Homepage berechnen lassen.



Ich habs folgendermassen verstanden;

100Ncm=1Nm
->Bedeutet ein Gewicht von 10 Kg bei 1cm Radius auf der Achse eines Rades

5Nm
->Bedeutet ein Gewicht von 50 Kg ....

und wenn ich den Durchmesser auf 10cm erhöhe, so muss ich das Gewicht um faktor 10 dividieren.

-> 5 Nm entsprechen also 10 Kg bei 5cm Radius auf der Achse eines Rades

Oder habe ich da was vergessen??

[mwoidt]

Die Rechnung wäre richtig, wenn du dein Roboter mit einem "irgendwie klebenden" Rad senkrecht die Wand hochfahren lassen möchtest.
Also 1Nm heißt prinzipiell erstmal 1N Kraft an einer Einen meter langen Stange die du an die Radnabe packst. bei 5Nm sind das bei 5cm radius 100N pro Rad, instgesammt also 200N. Das heißt du köntest an jedes Rad ein Gewicht von 10Kg ranhängen und das Hochheben. Wenn du das in eine Beschleunigung des Roboters umrechnen möchtest, müsstest du rechnen Beschleunigung * Masse= Kraft d.h. bei 10Kg und 200N hast du eine Anfangsbeschleunigung von stolzen 20m/s², sofern du es schaffst das die Räder nicht durchdrehen, was du nicht schaffst. Wenn du den Roboter eh sanft anfahren lassen möchtest und er sich i.d.r. nicht festfahren wird in Schlaglöchern oder ähnliches wirst du dein Moment von 5Nm niemals wirklich brauchen. Sofern dein Roboter nicht ins gelände soll, sondern auf einem sehr glatten Untergrund fährt wie ein Lagerfußboden wird er mit sehr viel kleineren Motoren auskommen. Wie groß das Motormoment sein muss kommt vor allem darauf an, wie stark du beschleunigen möchtest... Die Höchstgeschwindigkeit wird bei so einer Anwendung eher von der maximalen Motordrehzahl begrenzt.

[M.Eraslan]

Danke dir erstmal für deine erleuchtenden Tpps
Ich hab schon geahnt, dass ich einen Denkfehler habe.
Bin vom Gesamtgewicht ausgegangen, obwohl die Bewegung bei Robotern eigentlich eine translatorische ist, solange ich nicht wie Spiderman die Wände hochfahren muss )
Es ist also nicht direkt die Gewichtskraft zu betrachten, sondern die Beschleunigung.

Danke für die wertvollen Tipps. Das ist mir jetzt ein wenig peinlich. Müsste eigentlich selber darauf kommen.
War kurz davor vielmehr (eher ungewollt) einen Katapult zu bauen, als einen Lagerhaltungsroboter. Das hätte evtl. für potentielle Lagerarbeiter sehr schlimme Folgen haben können)

Dann würde mir ja in meinem Fall auch ein Motor mit 10 Ncm=0,1 Nm Drehmoment völlig ausreichen, oder?

Ich hab mal das nötige Drehmoment hier auf Roboternetz ausrechnen lassen, die jeder sicherlich bereits kennst.

Bei 5 cm Radius und 10 Kg sinds als Ergebnis immernoch stolze 1,5 Nm. Nach deiner Aussage sind das aber auch schon zu viel oder?
Immerhin 3m/s^2.
Es wird aber angenommen, dass der Motor bis zur Welle 50 % der Leistung verliert.
Dann hauts ungefähr hin.

Wieviel Drehmoment würdest du mir also empfehlen?

[mwoidt]

Ja.... das mit der Empfehlung ist so eine sache. Ich habe ehrlichgesagt noch nie etwas vergleichbares gebaut . Ich kann da eigentlich nur drei leider sehr allgemein gültige aussagen zu machen.
Einmal ist es so, dass das Drehmoment auch sehr Drehzahlabhängig ist... das heißt, der Roboter wird nicht wirklich so schnell beschleunigen sondern bedeutend langsamer (so das ich die 50% mehr als ganz gut ansehen würde)
Zweitens ist ein bisschen zu großer Motor nicht Dramatisch, so dass ich die 1,5Nm schon ganz vernünftig finde... Im notfall schleppst du halt etwas ballast mit aber naja
und als letztes ist das einzige was ich dir als wirklichen tip geben kann, schau einfach mal auf der Seite eines professionellen Herstellers von sowas nach ob die Angaben zu ihren Motoren machen. Da findet man immer sehr hilfreiches.
Eine andere mögliche Einschätzung des Problems wäre auch über die benötigte Leistung des Motors. Das Drehmoment allein bringt dir ja nichts, die dazugehörige Drehzahl ist ja genau so wichtig. Du kannst dir ja einfach überlegen, wie schnell dein Roboter farhen soll, und wie Schnell er beschleunigen soll. Dann kannst du evtl. von einem Wirkungsgrad von 70% ausgehen und mal die benötigte Leistung ausrechnen. Dann kannst du dir ausrechnen, wie hoch das benötigte Moment für diese Beschleunigung sein muss und in der Kennlinie des Motors, wo Drehmoment über Drehzahl aufgemalt ist schauen, das das ca. dem durchschnittlichen Drehmoment des Motors entspricht

[mwoidt]

Als beispiel mal was ich meine:
du hast 10kg die du mit durchschnittlich 3m/s² auf 30m/s beschleunigen willst...
Das heißt 10s beschleunigen. Die Kinetische Energie des Roboters ist bei 30m/s 1/2 * 30² * 10 = 4500J /10s = 450W Wirkungsgrad 70% würde heißen 590W... Das heißt um diese Beschleunigung bzw. damit auch das Drehmoment über die gesamte Beschleunigung aufrecht zu erhalten brauchst du einen 590W motor bzw. 2 295W Motoren. Die müssten mit einem Getriebe so angepasst werden, das sie bei mittlerer Drehzahl ca. 1.5Nm Moment haben.... Da siehst du ja schon das 1,5Nm bei so 50W garnicht verkehrt sind... Das Problem über die Motorleistung anzugehen halte lich für sinnvoller. Das ist nie flasch, man muss nur eventuell das Getriebe anpassen. Diese Drehmoment rechnungen funktionieren immer nur bei kleinen Geschwindigkeiten gut, wie z.b. bei Servos aber nicht bei schnell fahrenden Fahrzeugen