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Thema: Knicklenkung mit Servo und Zahnrädern

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Searcher
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    Knicklenkung mit Servo und Zahnrädern

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    Hallo zusammen,

    ich hab mich mal an die "Entwicklung" eines Servoantriebs mit Zahnrädern für eine Knicklenkung gemacht.

    Es sollte mit einfachen Mittel aufbaubar sein und hab dabei an Material verwendet:

    - Standartprofile aus dem Baumarkt
    - GFK Platten die ich hier noch rumliegen hatte
    - Zahnräder aus alten CD Laufwerken
    - ES-05 Top Line Mini Servo
    - Schrauben, Unterlegscheiben, etc.

    Hier ein Bild:


    Daß mich das vor eine Herausforderung stellen würde hinsichtlich der aufzubringenden Präzision hatte ich geahnt, wurde aber von der Wirklichkeit noch um einiges übertroffen Verspannungen der Zahnräder müssen vermieden werden und trotzdem müssen die Zähne gut ineinandergreifen. Klingt simpel, aber praktisch isses das für mich nicht! und außerdem: bloß nicht zu große Last auf die Servoachse ... puhhh

    Die parallele Ausrichtung der Servoachse mit der Achse des hellen Zahnrades wurde durch Aufeinanderlegen der GFK Platten und gleichzeitiges Bohren der Achs- und Abstandshalterlöcher erreicht; die Platten wurden vorher als ein Streifen gesägt und dann erst geteilt, um genau gleiche Breite der Platten zu erhalten.

    Der Ausschnitt für das Servo wurde etwas länger als nötig gemacht und die Befestigungslöcher als Langlöcher ausgeführt, so daß man es etwas hin und herschieben kann um das Spiel der Zahnräder zu justieren.

    Das schwarze Zahnrad ist mit zwei 2mm Schrauben auf den runden Servohebel geschraubt (mit Beilagscheibe, da der Servohebel eine ringförmige Erhöhung um das Befestigungsloch hat. Ich wollte Kleben vermeiden um alles wieder zerlegen zu können. Außerdem ist es nicht so einfach genau passende Zahnräder zu finden)

    Das helle Zahnrad hat ein 4mm Mittelloch und paßt sehr schlüssig auf die 4mm Messinghülse; ist im Augenblick noch mit einer 2mm Schraube in das Aluprofil eingeklemmt.

    An die GFK Platten und das vordere Aluprofil können weitere Fahrzeugteile angeschraubt werden.

    Ich poste das mal hier, da mir während des Bastelns immer wieder durch den Kopf ging, ob das denn nicht noch einfacher ginge ??? (außer Fertigteile zu verwenden)


    Gruß
    Searcher
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  2. #2
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    Schöne Ausführung! Gefällt mir.

  3. #3
    Moderator Robotik Visionär Avatar von radbruch
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    Hallo

    Ich verwende ja gerne diese gelben Zahnräder die es bei C mit verschiedenen Zähnezahlen und in unterschiedlichen Sets gibt. Der Vorteil gegenüber deiner Lösung scheint mir in der größeren Zahnbreite im Vergleich zu deinem dünnen weisen Zahnrad. Servoseitig klebe ich die einfach mit Heiskleber auf die runden Servohörner. Wenn dabei der Kleber durch die Löcher quillt ist die Klebung sogar formschlüssig:

    (Aus walking asuro)

    Wie hier als beinseitige Befestigung gezeigt kann man auch ein Gewinde reinscheiden, das Zahnrad auf einer Schraube/Gewindestange lagern und mit einer Mutter kontern.

    Gruß

    mic

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  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Searcher
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    Hallo,

    @lokirobotics: Danke, das hat mich schon einige virtuelle Schweißtropfen gekostet ; vor allem, wie ich eine Entlastung des Servohorns hinkriege.

    An Heißkleber und Gewinde reinschneiden hab ich noch nicht gedacht. Ich glaub das mach ich aber erst, wenn das "Aufbaukonzept" für die Knicklenkung feststeht. Festigkeitstests und Lösbarkeit der Verbindung mit Heißkleber im Backofen sind schon angedacht. An Deinen Konstruktionen, radbruch, sieht man, das da auch Aussicht auf Erfolg für mich möglich sein sollte.

    Hab mir auch über die Zentrierung auf dem Servohorn bzw -hebel Gedanken gemacht, da das bei dem ES-05 nicht exakt zB 5 mm oder andere gängige "gerade" Maße sind. Beim schwarzen Zahnrad hab ich dazu einen Nagel mit nachbearbeiteter Spitze benutzt; in der Bohrmaschine eingespannt und Feile drangehalten. Der Nagel passte genau ins Mittelloch und die Spitze dann ins Befestigungsloch des Servohebels und als Verrutschverhinderung beim Bohren der Löcher für die Schraubverbindung benutzt.

    Insgesamt sitzt mir das schwarze Zahnrad zu hoch und hat damit einen zu langen Hebel mit dem es radialen Druck auf das Horn ausübt. Funktioniert in diesem Fall trotzdem gut.

    Bei der nächsten Bestellung werde ich mir wohl auch noch so einen Zahnradsatz mitbestellen. Die Zeit für die Sucherei in alten Laufwerken nach zusammenpassenden Rädern übersteigt fast noch die eigentliche Arbeit (Man entdeckt dabei aber immer noch neue interessante Teile - verwendbar oder nicht ...)

    Die Zahnbreite empfand ich noch nicht so störend. Könnte sich natürlich bei "richtiger" und Dauerbelastung noch bemerkbar machen. Hätte gern das Modul etwas größer gehabt - aber nix zueinander passendes in der Kiste gefunden.

    Gruß
    Searcher
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  5. #5
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Rabenauge
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    Ich würde das gar nicht mit Zahnrädern machen.
    Einfach zwei Schubstangen ans Servo (da kann man, um unanständige Kräfte aufzufangen, leicht nen Servosaver benutzen), und die Schubstangen ans Gegenstück.
    Je nach den Hebelverhältnissen kannst du so auf Kraft oder auf Weg setzen.
    Wenn das das Ganze mittels Kugelköpfen baust, ist es nahezu unverwüstlich (auch im Gegensatz zu deiner Lösung absolut schmutzunempfindlich) und du kannst, wie gesagt, das Servo absolut schützen, es gibt Servosaver, die einstellbar sind.

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    @rabenauge:
    Eine statt zwei Schubstangen sollte noch besser gehen.
    Bei der Schubstangenlösung ist allerdings der Lenkwinkel nicht mehr proportional zum Drehwinkel des Servos (das könnte vielleicht ein kleiner Umstand sein).

    Alternativ könnte man auch an eine Seilzuglösung denken, ebenfalls recht unempfindlich gegen Schmutz und gegen leichte Verkippungen in anderen Achsen als der Lenkachse.

  7. #7
    Moderator Robotik Visionär Avatar von radbruch
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    Hallo

    Den Abstand zwischen Zahnrad und Servo kann man deutlich verkleinern, wenn man das Zahnrad unter das Servohorn plaziert. Dadurch wird auch das zentrieren einfacher, wenn man das Zahnrad soweit aufbohrt bis das Servohorn genau reinpasst. Leider habe ich davon kein scharfes Bild, aber mit viel Phantasie kann man auf dem Video das Prinzip erkennen:

    http://www.youtube.com/watch?v=0L9AcJXlpVQ

    Gruß

    mic

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  8. #8
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Searcher
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    @rabenauge: mit Schubstangen hab ich das schon mal beim SgGD realisiert. Servosaver sind sehr sinnvoll. Im gegenwärtigen Stand meiner Bastelaktivitäten aber noch overkill ebenso wie die Kugelköpfe. Außerdem werden sie vermutlich die Ausmaße des mir vorschwebenden Fahrzeugs noch weiter vergrößern. Zumindest hat mich der Vorschlag dazu veranlaßt mal zu googeln, was das eigentlich ist. Danke auf jeden Fall für die Ideen.

    Zitat Zitat von ranke
    Bei der Schubstangenlösung ist allerdings der Lenkwinkel nicht mehr proportional zum Drehwinkel des Servos (das könnte vielleicht ein kleiner Umstand sein)
    Das ist eins der Phänomene, daß mich zur Verwendung von Zahnrädern bewogen hat. Der Winkeleinschlag ist bei mit Stangen gekoppelten Rädern/Hebeln gleich (vorausgesetzt gleiche Hebellängen), nicht aber die Geschwindigkeit der Winkelveränderung (bei gleicher Drehgeschwindigkeit des Servos über den Verstellbereich).

    Je größer der Einschlag wird, desto kleiner wird der Abstand der Stange zum Drehpunkt da die Stange ja immer nach vorne (x-Richtung) zum anderen Aufhängungspunkt gerichtet ist. Bei Geradeausfahrt hat die Stange den größten Abstand. Beginnt das Servo zu drehen ist die Bewegung der Stange in x-Richtung maximal, da der Abstand zur Drehachse maximal ist. Bei 90 Grad Einschlag läuft die Stange über die Drehachse und es erfolgt keine Bewegung in x-Richtung mehr. Die Geschwindigkeitsveränderung in X-Richtung der Stange folgt der Cosinus Funktion (Geradeausstellung => 0 Grad). Auf der gegenüberliegenden Seite passiert das Gleiche und verstärkt den Effekt. Bei 90 Grad ist 2 mal nix = garnichts oder? Hier qualmt mein Hirn noch.

    Eine andere Betrachtung sind die von Thoralf gegen Ende des o.g. Threads zum SgGD angesprochenen Drehmomentverhältnisse wert. Da hab ich noch nicht weiter gedacht als bis dahin, daß es wohl günstig wäre, den Knickpunk möglichst gleich nah an die Radien der Kreise zu bringen, den die Räder (Vorder- und Hinterräder) auf den starren Achsen beim Lenken beschreiben. Idealerweise tangieren sich diese Kreise und da sitzt dann der Knickpunkt (wird in der Praxis wohl was anfangen zu schleifen...). Idealerweise sollen die Fahrzeughälften je zur Hälfte des Lenkeinschlags knicken (in der Horizontalen versteht sich )

    Hoffentlich hab ich da jetzt nicht zuviel Unsinn reingepackt und Fazit: weiter durch mit Zahnrädern und Seilzüge im Hinterkopf.

    @radbruch: Also wenn das mal nicht überzeugend ist. Hab echt Angst um den RP6 bekommen Um so ein Zahnrad zentriert aufzubohren werd ich mir vielleicht 2 Sätze Zahnräder bestellen - einen zum Üben. Ich hatte in der Tat dazu schon angesetzt aber gesehen, daß der Bohrer sich gleich am Anfang schief zog. Mal sehn ... Voraussetzung ist da sicher eine sehr stabile Bohrerführung und sehr gute Fixierung des Bohrlings.


    Gruß
    Searcher
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  9. #9
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    Voraussetzung ist da sicher eine sehr stabile Bohrerführung und sehr gute Fixierung des Bohrlings.
    Dann sollte ich wohl besser meine Produktionsmethoden verschweigen. Mit dem Zahnrad in der Linken und dem Bohrfutter (ohne Maschine) in der rechten Hand scheint sich der (noch ziemlich jungfräuliche) Bohrer bei mir von selbst zu zentrieren ;)

    Happy Basteling

    mic

    P.S.: Vielleicht sollte ich dafür mal einen extra Thread eröffnen:
    Auch deine Signatur ist bei mir unter den Top10 (zusammen mit den rauchenden Bauteilen ;)

    [Edit]
    "Festigkeitstests und Lösbarkeit der Verbindung mit Heißkleber im Backofen sind schon angedacht."

    Als bekennender Heißkleberfan kann ich dazu nur sagen, dass ich noch nie einen Backofen zum Lösen der Verbindungen verwendet habe. Je nach Oberfläche der Werkstücke kann man ihn einfach abziehen bis mit der Schraubenzieherklinge abschaben. Auch die Haltbarkeit der Verbindungen kann man gut steuern. Von kleinen Fixierpunkten zur Funktionsüberprüfung über die schon erwähnten formschlüssigen Verbindungen bis hin zum "Fluten" von Hohlräumen als tragende Verbindung ist so ziemlich alles möglich. Zwar steigt die Abkühlzeit mit der Klebermenge dramatisch, aber schneller und "sauberer" kann man mit keinem anderen Kleber kleben :)

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  10. #10
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    Wieder weitere wertvolle Tips! Werd demnächst meine verstaubende Heißklebepistole, die ich mal im Sonderangebot erstanden habe, anheizen und anfangen zu probieren. Bisher hab ich sie noch nicht richtig genutzt und bin mir nicht sicher ob ich selbst auf die Idee gekommen wäre, sie für den Zweck einzusetzen.

    Auch mal das Bohrfutter nur mit Bohrer ohne Maschine zu nutzen ist naheliegend, man braucht aber eben manchmal nur einen kleinen Kick. Hatte sonst blanke Bohrer ohne Maschine nur mal zum Entgraten oder Aufreiben von minimal zu kleinen Löchern benutzt.

    Hinsichtlich des "Gerüsts" in dem sich Servo und vordere Aufhängung befinden hatte ich gedanklich mit seitlichen Winkeln, U- und T-Profilen experimentiert. Da ist mir bisher noch keine einfachere Möglichkeit eingefallen. Vielleicht ergibt sich durch eine flachere Bauweise noch etwas.

    Mir gefallen auch einige Signaturen besonders gut. Auch manche Nicks und ganz sicher viele Teile von Beiträgen wären eine Zusammenfassung wert. Leider könnten Nicks und Textbeiträge ungewollt so verfaßt sein und der Verfasser sich bei Erwähnung in so einer Kategorie sich beleidigt fühlen. Vielleicht könnte man so einen Thread absolut wertungsfrei und ohne Kommentare gestalten. Als Beiträge nur reine Zitate zulassen. Oder eben doch nur auf Signaturen beschränken.

    Gruß
    Searcher
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