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Thema: Geschwindigkeitsproblem bei Schrittmotorantrieb

  1. #1
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    Geschwindigkeitsproblem bei Schrittmotorantrieb

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    Hallo,

    wir haben als Universität ein Projekt gestartet, dass sich mit dem Bau eines autonomen Roboters beschäftigt. Die Studenten sollen mit Hilfe dieses Roboters praxisnah an Microcontrollerprogrammierung, Sensorik etc. herangeführt werden. Der Roboter soll später einmal Besucher durch die Uni führen und Botengänge machen.

    Um eine vernünftige Basis zu haben, haben wir uns von einer Firma ein Fahrwerk anfertigen lassen. Um genaue Positionierungen des Roboters zu realisieren (z.B. exakte 90 Grad Drehung), haben wir den Einbau von Schrittmotoren verlangt.

    Leider ist das Ergebnis: Mangelhaft, Mund halten, Setzen.

    Es wurden Motoren mit 1:12 Getriebe von nanotec verbaut. Als Ansteuerung wird das RN-Motor Modul, das ja in diesem Forum entwickelt wurde, eingesetzt.

    Die Motoren haben ein Schrittauflösung von 200. D.h. bei einer Untersetzung von 1:12 muss die Ansteuerung also 2400 Schritte für eine Radumdrehung (d=12cm) erzeugen. Da RN-Motor eine max. Schrittfrequenz von 1000 Schritten / Sek. generiert, kommen wir auf eine max. Geschwindigkeit von unter 0,5 km/h.

    Wir stellen uns aber eine Geschwindigkeit von mind. 3 km/h vor.

    Das Gesamtgewicht des Roboters wird zwischen 5 und 8 kg betragen und unser Akku bringt eine Versorgung von 12 V.

    Jetzt die Frage:

    Kann man die RN-Motoransteuerung durch Eingriff in den Quellcode so tunen, dass man eine höhere Schrittfrequenz als 1 KHz erreicht?

    Kann man überhaupt den Quellcode bekommen?

    Ist für diesen Zweck die L297/L298 besser geeignet als RN-Motor?

    Bringen kräftige Schrittmotoren genug Kraft auf, um auch ohne Untersetzung bis zu 8 kg anzutreiben?

    Oder muss man an dieses Problem ganz anders herangehen?

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Wieviel Kraft du brauchst, hängt ja erstens von der Untersetzung und 2. vom Raddurchmesser ab.
    Wie viel Moment dein Motor haben muss, kannst du ja mal hier ausrechnen:
    http://www.roboternetz.de/phpBB2/motordrehmoment.php

  3. #3
    *Baui
    Gast
    Das Problem liegt meiner Meinung nicht an der Generierung der Schrittfrequenz, sondern an der maximalen Schrittgeschwindigkeit des SChrittmotors.
    Der Motor muss nun mal den sich ständig ändernden Magnetfeldern folgen und dabei auch noch Arbeit verrichten=Träge

    Also ich würde sagen entweder einen stärkeren Schrittmotor verwenden und das Getriebe nicht allzu stark untersetzen oder einen Gleichstrommotor mit Sensor regeln lassen.

    Gruß´
    Baui

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Der Motor muss nun mal den sich ständig ändernden Magnetfeldern folgen und dabei auch noch Arbeit verrichten=Träge
    Könntst du nochmal genau erklären, wie du das meinst? Also das Problem ist ja, dass die erhöhung der Schrittfrequenz zur Folge hat, dass weniger Strom fließt und daher das Drehmoment sinkt. Man muss also das Drehmomet auch bei höheren Drehzahlen konstant halten.

  5. #5
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Vor allem sind Schrittmotoren von nanotec auch in Datenblättern beschrieben, sollte man sich das denn einmal ansehen?

    @Uni-AMR-Projekt hast Du die Typenbezeichung oder gleich einen Link auf das Datenblatt?

    Manfred

  6. #6
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    @RCO: Die Berechnungsroutine besagt, dass mit Getriebe ein Drehmoment von 288 Ncm und ohne Getriebe 20,6 Ncm erforderlich sind. In der Berechnung ist aber auch eine Steigung von 20 % berücksichtigt, die wir in der Uni nicht haben. Außerdem wird ein Leistungsverlust durch das Getriebe von 50 % angenommen. Unser Getriebe hat einen Verlust von 28 % laut Datenblatt ( http://www.nanotec.de/media/gpll.pdf ). Das erforderliche Drehmoment ist also geringer als berechnet.

    Hier die Motorkennlinie:
    http://www.nanotec.de/media/Kennlinie-SH4018L1704.pdf

    Hierzu erinnere ich nochmal an die 12 V Akku-Versorgung. Man muss sich also eine entsprechende Verschiebung nach links vorstellen.

    @*Baui: Laut dieser Kennlinie macht der Motor die benötigten 2000 U / min mit. Dies würde einer Geschwindigkeit von 3,2 km/h und einer Schrittfrequenz von 6,7 KHz entsprechen. Natürlich sinkt das Drehmoment bei hohen Schrittzahlen extrem ab, aber der Roboter hat dann ja schon Geschwindigkeit und das zur Beschleunigung benötigte Moment entfällt nahezu.

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Bei einer 12V Versorgung sollten 2000U/min das absolute Maximum des Motors sein.
    Ich würde an eurer Stelle lieber im optimalerem Drehzahlbereich bleiben (<1000) und eine kleinere Untersetzung benutzen um Geschwindigkeit zu erhöhen.
    Durch geeignete Anfahrtrampen (langsame Steigerung der Umdrehung bis zur Endgeschwindigkeit) kann man auch mit diesen Motoren ein beachtliches Gewicht bewegen.

    Ich habe ähnliche Schrittmotoren (allerdings mit der dreifachen Leistung)von Nanotech mit einer 1:2,33 Untersetzung, die einen 15Kg Roboter locker auf 2Std/km beschleunigen...

  8. #8
    *Baui
    Gast
    Ich kann Freiheitspirat nur zustimmen.
    Mit 2000U/min arbeitet der Motor wirklich schon im absoluten Maximum und ihr bekommt gar nicht die ganze Kraft aus dem Motor.

    Lasst ihn lieber im optimalen Bereich von 1000 U/min arbeiten, dann habt ihr auch keine KraftProbleme. Verändert lieber das GEtriebe entsprechend.

    Gruß
    Baui

  9. #9
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    OK, gehen wir davon aus, dass uns Nanotec das 14:1 Getriebe in ein 5:1 umtauscht. Dann kommen wir mit einer Drehzahl von 800 U/min auf die gewünschte Geschwindigkeit.

    Dann bleibt immer noch das Problem mit der Ansteuerung.
    Um eine Drehzahl von 800 U/min zu erreichen, benötigen wir eine Schrittfrequenz von 2,7 KHz. ( 800 U x 200 Schritte / 60 Sek.)

    Die verbaute RN-Motor - Ansteuerung kann jedoch nur eine maximale Frequenz von 1 KHz aufbringen. In diesem Motortreiber steckt ja ein vorprogrammierter AVR. Kennt jemand den Code des AVR?

    Kann man durch entsprechende Änderungen am Code, die max. Schrittfrequenz erhöhen?

  10. #10
    Administrator Robotik Einstein Avatar von Frank
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    Hallo,
    der Code ist leider nicht offengelegt weil solche PWM-Software-Projekte doch immer etwas Arbeit darstellen und der Programmierer auch gern etwas zur Motivation in Form von ein paar Euros braucht
    Also mir scheint Eure Geschwindigkeit schwierig mit Schrittmotoren erreichbar. Das Drehmoment ist in den oberen Bereich bei den meißten Motoren dermaßen niedrig, das es kaum noch zum bewegen von Bot´s reichen dürfte. Die wenigsten Motoren schaffen die schnellste Stufe von RN-Motor. Ich würde das an Eurer Stelle mal mit entsprechendem Gewicht austesten.
    Es ist leider so das Schrittmotoren doch vornehmlich für langsame Bot´s sinnvoll sind.

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