Laufmaschine mit kompletter Antriebstechnik in Gehäuse [Archiv]

BigBear

25.03.2009, 14:39

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

Sleepyguy

25.03.2009, 16:42

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.

BigBear

25.03.2009, 18:15

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

Manf

25.03.2009, 18:35

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.

BigBear

25.03.2009, 19:46

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.

HannoHupmann

25.03.2009, 22:49

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.

vohopri

26.03.2009, 07:47

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

Klingon77

26.03.2009, 09:03

hi und willkommen im Forum \:D/

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 :idea: \:D/ )

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 :idea: \:D/ ; möchte sagen:"Ich wünsche mir viele Bilder und gute Beschreibungen :-b O:)

liebe Grüße,

Klingon77

BigBear

26.03.2009, 09:24

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!

vohopri

26.03.2009, 09:40

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

BigBear

26.03.2009, 11:26

Hallo,

Ich hab auch noch einen Prototypen gebaut, den ich hier mal zeigen möchte:

Der Prototyp wurde aus Plexiglas mit einer Laserschneidanlage ausgeschnitten. Dabei habe ich drauf geachtet, 6mm Plexiglas zu benutzen und dann die Löcher, welche nach dem Laserschneiden doch recht konisch waren, mit einem 4,8 Bohrer aufzubohren.
Dadurch kann man die komplette Lego Technik Produktpalette damit benutzen.

Deswegen ist das Bein auch sehr dick geworden. In der Endversion sollte ein 3 mm Aluminiumblech auch den Belastungen standhalten.

Die Achsen biegen sich zwar schon ziemlich durch, es scheint aber zu halten.

http://img407.imageshack.us/img407/4554/resized20090318bilderbe.jpg
Noch in der Laserschneidanlage. Da kann man dann die einzelnen Teile einfach rausnehmen.

http://img228.imageshack.us/img228/7018/resizedbild001.jpg

Gesamtansicht..

Die Langen Stangen hinten sind nur, damit man schön damit Spielen kann.
Es erinnert sehr stark an die Bagger-Konstruktionen, die man oft auf Spielplätzen findet.

http://img240.imageshack.us/img240/7110/resizedbild013.jpg

http://img204.imageshack.us/img204/9913/resizedbild005.jpg

http://img515.imageshack.us/img515/9018/resizedbild007.jpg

http://img259.imageshack.us/img259/5640/resizedbild008.jpg

http://img257.imageshack.us/img257/5727/resizedbild009.jpg

http://img253.imageshack.us/img253/4565/resizedbild010.jpg

http://img72.imageshack.us/img72/5453/resizedbild011.jpg

http://img242.imageshack.us/img242/2373/resizedbild012.jpg

Vor allem in den 2 unteren Bilder sieht man den konischen Schnitt, den die Laseranlage hat...

BigBear

26.03.2009, 11:54

Hallo Klingon77,

Vielen Dank für die ausführliche Antwort und Begrüßung im Forum.

Müssen es wirklich so viele Gelenke im Bein sein?

Hmmm, gute Frage. Klar verliert man einiges an Kraft und hat vielleicht auch so viel Spiel. Aber noch möchte ich an der Vielzahl der Gelenke festhalten. Falls ich wirklich gar nicht zurechtkomme, kann ich auch noch weniger machen. Aber so, es schaut mit weniger eben nicht mehr ganz so feingliedrig aus. Aber ich spiele auch schon seit einiger Zeit mit dem Gedanken.
Klar, du hast recht, dass es eher mehr wie ein Finger ausschaut. Aber für einen Finger ist es leider zu groß ;) Sonst könnte man da schon eine Hand daraus bauen.

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.

Ja, stimmt. Aber die Lagerungspunkte müssen dann über und unter der Konstruktion sein. (oder Komplett daneben, was des für Auswirkungen für die Regelung und die Bewegungen hat, hab ich mir noch nicht überlegt.)

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.

Stimmt! Aber 8 wären schon cool ;)
Mal schaun, da bin ich noch unschlüssig. ;)

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.

http://www.karl-hipp.de/
http://www.karl-hipp.de/files/downloads/ProduktkatalogDE.pdf (2,95MB)

Durchmesser von 4 mm bis 16 mm

und

http://www.steinmeyer.com/
http://www.steinmeyer.com/kataloge/pdf/kgtkl.pdf (1,9 MB)

Durchmesser von 3 mm bis 16 mm

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

http://www.iglidur.de/default.asp?PAGE=IGLIDUR&CID=011104

Dort gibt es Gleitlagerbuchsen, die ich da verbauen möchte. Da stehen dann auch genau die Rauhigkeitswerte, die die Gleitlager benötigen. (und auch die Passungen.) Danach versuch ich mich zu richten.

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.

Des ist eine sehr gute Idee. Werd des mal in meine Konstruktion übernehmen. Es stört eigentlich ned, sollte nicht zu viel Material ( und damit Gewicht) mit sich bringen und hat bestimmt eine hervorragende Wirkung.

Danke!

Viele Grüße,

BigBear

Klingon77

26.03.2009, 23:40

hi,

ich kann Dich gut verstehen, wenn Du lieber mit 8 Beinen statt mit sechs arbeiten möchtest :mrgreen:

Den Hüftgelenks-Drehpunkt würde ich in die Mitte setzten; wie in Deinem ersten Foto.
Nun bin ich beileibe nicht das Matheass, könnte mir aber vorstellen das die zentrale Anordnung die spätere Rechenarbeit etwas mindert.

Mal Dank für die beiden Link´s zu den Kugelumlaufspindeln.
Wirklich sehr interessant \:D/

Ich liebe ja filigrane Dinge und bastele auch gerne damit.

Bekommst Du bei einer Tragzahl für eine 3mm Spindel von ca. 90-120N keine Probleme mit der Lebensdauer?
Bedenke Den Hebelarm des Beines, den Kraftarm und das Gewicht?
Nun habe ich da nichts gerechnet; ist nur aus dem hohlen Bauch heraus.

Die IGUS-Buchsen kannte ich; habe mich aber noch nicht mit den zugehörigen Passungen beschäftigt.
Da kann ich mir schon vorstellen daß diese auch mit einer Übermaßpassung laufen.

Hoffentlich macht sich das Losbrech-Moment nicht bemerkbar; sollte eigentlich bei entsprechend dünnen Achsen nicht das Problem sein...

Nun bin ich wirklich gespannt, wie es weiter geht.
Insbesonere der Aufbau der Mechanik und die detailierten Lösungsansätze.

Was dann später in der Software und Elektronik passiert...
...da muß ich noch viel lernen (bin nur ein kleiner "Praktiker").

Wie möchtest du die Hüftgelenks-Plattform antreiben?
* Zahnriemen (spielarm und in Grenzen elastisch)
* Schnecke (nicht leicht einzustellen und starr)
* Anlenkhebel (je nach Lagerung starr und recht genau oder elastisch. Erhöhter Rechenaufwand da nicht linearer Verlauf der Auslenkung)
* oder etwas was ich nun nicht bedacht habe?

liebe Grüße,

Klingon77

BigBear

27.03.2009, 11:15

Hi Klingon77,

Den Hüftgelenks-Drehpunkt würde ich in die Mitte setzten; wie in Deinem ersten Foto.
Nun bin ich beileibe nicht das Matheass, könnte mir aber vorstellen das die zentrale Anordnung die spätere Rechenarbeit etwas mindert.

Ich rechne mit Matrizentransformationen (Denavit-Hartenberg) da ist des nur eine weitere Matrize, die man da einfach mit Multipliziert.

Aber des Bahnplanen wird dadurch sicher ned einfacher, da Stimme ich dir zu.

Ich bin noch am ausprobieren. ;)

Bekommst Du bei einer Tragzahl für eine 3mm Spindel von ca. 90-120N keine Probleme mit der Lebensdauer?
Bedenke Den Hebelarm des Beines, den Kraftarm und das Gewicht?
Nun habe ich da nichts gerechnet; ist nur aus dem hohlen Bauch heraus.

Ich würde die 8mm Spindel nehmen. Die hält des dann schon her.

Ja, da ist mir nochwas bei der Berechnung aufgefallen:

Ganz gestreckt erhalte ich (Worst Case) bei 100 N Krafteinleitung 6 N (!) als resultierende, auf den Boden wirkende Kraft.
Für einen 10kg Robo müsste ich mit einem Bein (wieder Worst Case) 50 N tragen.

Benötige Kraft * Kraft pro 100 N = Faktor
50 N / 6 N = 8,3

Krafteinleitung * Faktor = Benötigte Krafteinleitung
100 N * 8,3 = 833 N

Formel für Gewindespindeln:
(Benötigte Krafteinleitung * Spindelsteigung) / (2* PI * Spindelwirkungsgrad) = Drehmoment

Spindelsteigung = 2 mm
Spindelwirkungsgrad von Kugelgewindetrieben: 70 - 80 %

(833 N * 0.002 m ) / ( 2 * 3,14 * 0,70) = 0.378 Nm ( = 38 Ncm)

Krafteinleitung / Getriebeuntersetzung = Motordrehmoment
0.378 Nm / 246 = 1.5 mNm ( = 0.15 Ncm)

Mit dem Wirkungsgrad aus Getriebe und Konstruktion:
0,6 * 0,6 = 0,36

0,15 Ncm / 0,36 = 0.42 Ncm

Wäre also kein Problem für dem Motor. (schafft zwischen 5 und 6 mNm)
Nur, dann muss mein Motor ziemlich hoch drehen, damit da am Schluss noch bisschen Bewegung rauskommt. (Riesige Untersetzung durch Getriebe und Spindel)

Und, ob des des Getriebe mitmacht ist so eine Frage. Da muss ich nochmal mit Faulhaber telefonieren.

Die IGUS-Buchsen kannte ich; habe mich aber noch nicht mit den zugehörigen Passungen beschäftigt.
Da kann ich mir schon vorstellen daß diese auch mit einer Übermaßpassung laufen.

Ja, denke auch

Hoffentlich macht sich das Losbrech-Moment nicht bemerkbar; sollte eigentlich bei entsprechend dünnen Achsen nicht das Problem sein...

Des hoffe ich auch... :)

Nun bin ich wirklich gespannt, wie es weiter geht.
Insbesonere der Aufbau der Mechanik und die detailierten Lösungsansätze.

Ja ich auch.. ;)

Was dann später in der Software und Elektronik passiert...
...da muß ich noch viel lernen (bin nur ein kleiner "Praktiker").

Oja, da kommt noch einiges auf mich zu!

Wie möchtest du die Hüftgelenks-Plattform antreiben?
* Zahnriemen (spielarm und in Grenzen elastisch)
* Schnecke (nicht leicht einzustellen und starr)
* Anlenkhebel (je nach Lagerung starr und recht genau oder elastisch. Erhöhter Rechenaufwand da nicht linearer Verlauf der Auslenkung)
* oder etwas was ich nun nicht bedacht habe?

Hmm, Schneckengetriebe oder über Zahnräder direkt angetrieben wäre schon eine gute Möglichkeit.
Ich weiß hald immer noch ned, wo ich die Motoren unterbringen möchte.
Aber da wird sich in den nächsten Tagen hoffentlich noch was ergeben!

Viele Grüße,
BigBear

ikarus_177

27.03.2009, 11:36

Hi,

wirklich ein gut durchdachtes und SEHR professionelles Projekt!

Eine Frage hätte ich aber: auf den Fotos vom Prototyp sieht es (zumindest für mich als "Nicht-Mechanikus") so aus, als ob nur das Bein ans Ganzes, nicht aber die Gelenke einzeln bewegt werden können. Kann aber gut sein, dass mich die Perspektive da täuscht :-k

Viele Grüße
ikarus_177

radbruch

27.03.2009, 11:43

Hallo

Ich bin ja ungern der Miesepeter aber mein Bauchgefühl sagt mir dass das nix wird. Das Problem sehe ich auch bei der Lagerung, speziell wenn nun noch die Drehbewegung des Beines dazukommt. Dann müssen die Gelenke nicht nur das Gewicht des Bots tragen, sie müssen auch noch die Querkräfte aufnehmen. Beim wirklich hübschen Plexiglasmodell macht sich das nicht so sehr bemerkbar weil bedingt durch die Materialstärke und die sich daraus ergebende Achsenlänge die Scherkräfte noch klein sind. Bei schlanken Beinen aus 3mm-Blech sieht das vermutlich viel ungünstiger aus. Vor allem an den Beinenden sind dann die Achsen sehr kurz und dadurch die Hebelkräfte quer zur Gelenkachse am größten. Selbst wenn die Achsen dadurch nicht brechen wird die Kraft und der Verschleiß in den Gleitbuchsen im Dauerbetrieb zu hoch sein.

Ich würde das Plexiglasbein auf einen Testwagen ala Monoleg (https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?p=324867#324867) schrauben um die Funktion zu testen.

Gruß

mic

oberallgeier

27.03.2009, 12:11

... Problem .. bei der Lagerung... nun noch die Drehbewegung ... Querkräfte ... 3mm-Blech ...So ungefähr sehe ich das auch. Allerdings gibt es Alu-Qualitäten (hatte ich schon im Luftfahrzeugbau benutzt) die sehr hart sind und da wären 3 mm dann doch ein guter Wert. Der Nachteil von harten Alu-Legierungen ist natürlich die mangelhafte Duktilität. Weiterer Nachteil bei dieser Anwendung ist die eher mangelhafte Gleitfähigkeit von Alu. Da müssten unbedingt die bereits angsprochenen Lager her, wobei ich bei Gleitlagern und Querkraft (auch wieder mal) die Englein singen höre. Und eine saubere Gleitlagerkonstruktion für Querkräfte in beiden Richtungen (also ein Gleitlager mit axialer Fixierung und weitgehend frei von Axialspiel) - - huiiii - - das ist eine feine Aufgabenstellung.

... studiere Maschinenbau in den letzten Semestern und ...Das Projekt erschein mir doch ein prächtiges Thema für eine Studien- oder Diplomarbeit zum Thema "Leichtbau" zu sein. Also: Suche Dein Institut für L+R oder gleich ein "richtiges" Leichtbauinstitut - und belaber den Professor um so eine Arbeit. Vielleicht vorher einen der Assistenten fragen, wer da am leichtesten zu überreden ist.

Viel Erfolg

BigBear

27.03.2009, 12:17

Hi ikarus_177,

wirklich ein gut durchdachtes und SEHR professionelles Projekt!

Danke!

Eine Frage hätte ich aber: auf den Fotos vom Prototyp sieht es (zumindest für mich als "Nicht-Mechanikus") so aus, als ob nur das Bein ans Ganzes, nicht aber die Gelenke einzeln bewegt werden können. Kann aber gut sein, dass mich die Perspektive da täuscht Think
Ja, das Bein kann sich nur als ganzes Krümmen oder Strecken sowie auf und ab bewegen. Das reicht aber für, wie in den Bilder zu sehen, 2 Freiheitsgrade und mit dem noch nicht zu sehendem Hüftgelenk für 3 Freiheitsgrade.

Hi radbruch,

Ich bin ja ungern der Miesepeter aber mein Bauchgefühl sagt mir dass das nix wird.

Ja, die Sache hat schon so ihre Tücken und ist ned ganz ohne, da hast du recht. Obs nix wird, des muss ich erst noch schauen.. ;)
Und so eine halbe Sache, die dann kurz Funktioniert, die will ich auch nicht bauen.

Das Problem sehe ich auch bei der Lagerung, speziell wenn nun noch die Drehbewegung des Beines dazukommt. Dann müssen die Gelenke nicht nur das Gewicht des Bots tragen, sie müssen auch noch die Querkräfte aufnehmen.

Deswegen wird die Verstrebung, die Klingon77 vorgeschlagen hat, da auch einiges Nutzen. Inwieweit dies ausreicht und wie die Belastung wirklich ist, möchte im am Wochenende in einer Festigkeitsrechnung einamal durchrechnen.

Beim wirklich hübschen Plexiglasmodell macht sich das nicht so sehr bemerkbar weil bedingt durch die Materialstärke und die sich daraus ergebende Achsenlänge die Scherkräfte noch klein sind.

Du meinst bestimmt die Achsenlänge, die in den Bohrungen aufliegt, oder?

Bei schlanken Beinen aus 3mm-Blech sieht das vermutlich viel ungünstiger aus.

Auf jeden Fall. Obs ausreichend ist dann die andere Frage.

Vor allem an den Beinenden sind dann die Achsen sehr kurz und dadurch die Hebelkräfte quer zur Gelenkachse am größten.

Dies verstehe ich nicht ganz. An den Beinenden sind doch die Belastungen am kleinsten. Da sind die Kräfte durch die Hebel ja schon runtergebrochen auf dass Minimum.
Und auch bei den Kräften die durch das Hüftgelenk eingeleitet werden, sind die Verformungen (am Modell) an den Hintern Achsen am größten.

Ich würde das Plexiglasbein auf einen Testwagen ala Monoleg schrauben um die Funktion zu testen.

Eine sehr gute Idee!
Ich versuche des mal mit dem Lego-Zeug hinzubekommen.
Danke für den Tipp und die Anregungen!

radbruch

27.03.2009, 13:06

An den Beinenden sind doch die Belastungen am kleinsten.
Das ist ein verbreiteter Denkfehler, an den Beinenden tritt die größte Belastung auf weil nicht nur das Gewicht des Rumpfes sondern auch das Bein selbst getragen werden muss.

In der Natur sieht man massige Beine allerdings vorwiegend bei schwerfälligen/schwergewichtigen Tieren. Bei den schnelleren und schlankbeinigeren Spezies tricks sie indem sie elastische Materialien einsetzt die die Energie absorbieren (und zum Teil auch speichern) und so einen Überlastungsbruch verhindern. Allerdings führt auch in der Natur eine kurzzeitige oder andauernde Überbelastung zu erhöhtem Verschleiß oder Defekten (Knie- und Bandscheibenschäden, Sehnen- und Muskelfaserrisse...).

Gruß

mic

Klingon77

27.03.2009, 19:08

hi,

mal Dank für Deine Berechnungen (da kann ich noch folgen). Bei den Matritzen endet allerdings mein Wissen.

Ich mache da viel "aus dem Bauch heraus" wie seinerzeit der "alte Wankel" das auch mit einigem Erfolg gehalten hat O:)

Das Kraftproblem für die Motor/Getriebe Kombi ist natürlich nicht ohne...

Du könntest:

* stärkere Einheiten nehmen (CAVE: Energieverbrauch)
* Den Robby softwaremäßig in der Beinauslenkung beschränken.
Auch hier gilt es, bezüglich der Lebensdauer, nicht an die Grenzen zu gehen.
* Oder aber "zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen" und das Problem zumindes entschärfen indem Du ein Glied aus dem Fuß nimmst.
Dabei geht natürlich etwas von dem feingliedrigem Erscheinungsbild "flöten".

Ist mal wieder die typische "Quadratur des Kreises" welche jeder ansrebt aber niemand zu 100% erreichen kann.

Um die Hüftgelenk-Lagerung etwas steifer zu machen könntest Du auch Querverstrebungen zwischen der oberen und unteren Korpusplatte einfügen.

Prinzipiell neige ich ja zu selbsthemmenden Antriebssystemen; insbesondere bei Hexas.
Bei den üblichen, mit Servo´s aufgebauten Systemen geht ein nicht wesentlicher Energieanteil in die pure Haltekraft des Korpus.
Ein selbshemmendes Antriebskonzept könnte da einiges an Energie einsparen.

liebe Grüße,

Klingon77

BigBear

31.03.2009, 08:32

Hi oberallgeier,

... studiere Maschinenbau in den letzten Semestern und ...
Das Projekt erschein mir doch ein prächtiges Thema für eine Studien- oder Diplomarbeit zum Thema "Leichtbau" zu sein. Also: Suche Dein Institut für L+R oder gleich ein "richtiges" Leichtbauinstitut - und belaber den Professor um so eine Arbeit. Vielleicht vorher einen der Assistenten fragen, wer da am leichtesten zu überreden ist.

Volltreffer, es ist meine Diplomarbeit. ;)

Weiterer Nachteil bei dieser Anwendung ist die eher mangelhafte Gleitfähigkeit von Alu. Da müssten unbedingt die bereits angsprochenen Lager her, wobei ich bei Gleitlagern und Querkraft (auch wieder mal) die Englein singen höre. Und eine saubere Gleitlagerkonstruktion für Querkräfte in beiden Richtungen (also ein Gleitlager mit axialer Fixierung und weitgehend frei von Axialspiel) - - huiiii - - das ist eine feine Aufgabenstellung.

Ja, darüber bin ich mir schon im klaren, dass das nicht ganz einfach wird. Aber so ganz ohne Probleme, des wäre ja auch nichts... :)

An den Beinenden sind doch die Belastungen am kleinsten.
Das ist ein verbreiteter Denkfehler, an den Beinenden tritt die größte Belastung auf weil nicht nur das Gewicht des Rumpfes sondern auch das Bein selbst getragen werden muss.

Im Normalfall muss ich dir recht geben. Hier aber nicht. Denn durch die Hebelwirkungen wachsen die Belastungen nach hinten ziemlich an. Diese habe ich vorne nicht.
Klar, die Gewichtsbelastung wird immer größer je weiter man an die Fussspitze kommt. Die Hebelbelastungen, welche aber noch zusätzlich wirken, werden genau anderesherum großer: von der Fussspitze bis zum Hüftgelenk.

Ist mal wieder die typische "Quadratur des Kreises" welche jeder ansrebt aber niemand zu 100% erreichen kann.

*ggg* Ja, denke auch, dass ich noch Abstriche machen muss, aber ich bin ja immer noch am Anfang..

oberallgeier

31.03.2009, 09:45

Hi BigBear,

... Die Hebelbelastungen, welche aber noch zusätzlich wirken, werden genau anderesherum großer: von der Fussspitze bis zum Hüftgelenk ...Das wage ich zu bezweifeln. Beleg: Methode des genauen Hinsehens. Ich will mal die Teilarme Deiner Konstruktion von innen nach außen nummerien: T1 = innen, T2, T3, T4 und T5 = Fuss/Zeh. Dazu gibt es u.a. Winkelhebel, die inneren-untenliegenden bezeichne ich mit w(T2) usf. Diese Winkelhebel haben einen kurzen wk(T2) und einen langen wl(T2) Hebelarm. Ich hoffe, das ist verständlich.

Bei der Stellung der Beine in Deinem ersten Bild, Überschrift

Dazu hab ich mir mal eine Beinkonstruktion ausgedacht ...
...................http://img293.imageshack.us/img293/9360/beiniso001edit.jpg
... mag Deine oben zitierte Aussage ja stimmen, da die Krafteinleitung in den jeweiligen Teilarm entsprechend unterschiedlich ist. Offenkundig ist eine der größten Belastungen Biegung und Zug in wl(T2) (hihihi - da wird sich Herr Mohr aber freuen *gggg*), während offenbar die Lagerbelastung in wk(T2) zu den größten gehört.

Bei ganz gestrecktem Arm, ....
... Hier, wie es sich dann krümmen soll ...
...................http://img168.imageshack.us/img168/2816/bild0012.png
... also im obigen Bild die obere Konfiguration, wird das eindeutig nicht mehr zutreffen. Wenn es anders sein sollte, will ich gerne Abbitte leisten und mich über den fortschreitenden Verfall meiner physikalisch/mechanischen Vorstellungskraft ärgern. Allerdings war ich mit dieser Vorstellungskraft kürzlich noch recht erfolgreich (gegen ein Ergebnis einer NICHT von mir ausgeführten FEM-Rechnung).

Da Du ja ein hübsches Modell aus PMMA hast, verstehe ich Deine mühseligen Überlegungen sowieso nicht. Ich würde dieses Modell zusammenbauen und eine Spannungsuntersuchung mit polarisiertem Licht machen. Immerhin gibt das ein sehr schnelles, recht genaues Bild der Gegebenheiten. Dazu könntest Du Dir sogar eine farbliche Referenz für quantitative Beurteilungen machen. Aber Du hast doch schon wohl jede Menge gerechnet ! ? ! ?

... hab schon einiges dafür berechnet.. kann ... ganzen Softwarepool an der Uni nutzen ... Mehrkörpersimulationsmodell erstellt ...Weißt Du, der Vorteil der Simulationen ist immer, dass man ein recht hübsches, teilweise hochgenaues Ergebnis bekommt. Nachteilig ist, dass die Simulation in nur sehr wenigen (mir bekannten) Fällen auch eine Plausibilitätsbeurteilung zu diesem Ergebnis liefert . . . . Solche Plausibilitätsprüfungen führe ich (daher) häufig in (m)einem portablen Rechner durch (Typ cortex cerebri).

BigBear

31.03.2009, 12:22

Hi,

Habe deine Beschreibung der Bezeichnungen verstanden.
Kann auch noch nachvollziehen, wie du die Belastungen in w(T2) bestimmst.
Ich denke auch, dass sich die Belastungen in den Winkelhebeln sehr unterschiedlich verhalten, eben je nach Krümmung.

Bei ganz gestrecktem Arm, ....
Ich versuche jetzt, des nachzuvollziehen.
Aber im Kopf halte ich das Lager T5 mal fest.
Wenn ich jetzt die Spitze (T6) nach oben drücke bekomme ich durch das Verhältnis von wl(T5) zu wk(T5) oben in wk(T5) eine größere Kraft.

Diese Kraft wird nach h(T4) (Hebel der unabhängig von dem Winkelhebel ist) übergeben und dort wieder vergrößert und dann nach h(T3) weitergegeben. usw.

Irgenwie kann ich dann deine Antwort nicht nachvollziehen. Irgendwie steh ich auf dem Schlauch, oder? Kannst du mir den Denkfehler erklären?

Ich muss ja in der Konstruktion mit 2 Kräften arbeiten. Einmal mit der Kraft benötigt für die Krümmung. Und nochmal mit der Kraft benötigt für die Steigung des Beins.

Ich habe mit den Berechnungen angefangen und bis jetzt folgendes Berechnet:
Vorwärts und Rückwärtskinematik des Beins.
Benötigte Kraft um gesamte Konstruktion zu tragen.
-> Belastung in Bauteilen und Achsen (dabei bin ich grad)
Dabei habe ich für die benötigte Kraft das Mehrkörpersimulationsmodell benutzt, (Und es auch für Plausibel befunden ;) )da es mit einer Stapwerksrechnung die ich grob mal gemacht habe, übereinstimmt.

Mit "jeder Menge" hab ich die Vorwärts und Rückwärtslösung gemeint, was sich über mehrere Seiten gezogen hat. :) Und des hab ich auch meist auf dem Papier gemacht. Ich mag Simulation, aber nur soweit ich des richtig nachvollziehen kann....

Ich würde dieses Modell zusammenbauen und eine Spannungsuntersuchung mit polarisiertem Licht machen

Sehr gute Idee, Danke!

Ich war bei uns im Kunststofflabor und habe mir des Modell unter dem polarisiertem Licht angesehen. Leider ist das PMMA zu dick, um Verspannungen sehen zu können. Sie sind einfach zu klein. Einzig in den 3-Löcher-Bauteilen ist etwas zu sehen. Auch wenn ich das Bein auf Torsion untersucht habe. Haben sich immer wie LEGO-Kunststoffachsen mehr verbogen als das Plexiglas.

Die Winkelstücke alleine (ausgebaut) unter Belastung haben da schon mehr erkennen lassen.
-> Eingebaut wenig belastet.