[ERLEDIGT] Kugelförmige Räder ?

Kugelförmige Räder ?

Hallo!

Ich möchte meinen solarbetriebenen künstlichen Tier (k.T.) mit zwei um ca. 8 mW "starken" Getriebestepper:
https://www.roboternetz.de/community...l=1#post557844 antreiben. Das Gewicht des Fahrgestells (unter 100 g) kann ich zwar nicht bis auf Null reduzieren, habe aber irgendwo BEAMER-Antriebe mit zum Boden geneigten Motorenachsen gesehen:

Code:

V e r s i o n 1 2 / \ / \ _-_ .--------. _-_ \ \---------/ / / \ | | | | / \ \ \ / / / \ | | GF | | / \ \M \ GF /M / ( R )-|M| |M|-( R ) _ /\ \ / /\ _ \ / | | | | \ / / \/ |\ / \ /| \/ \ \_ _/ '--------' \_ _/ ( R ) '---------' ( R ) - - \_/ \_/ ---------------------------------------------------------- ////////////////////////////////////////////////////////// R = Rad (Kugelförmig) M = Motor GF = Gehäuse vom Fahrgestell (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Ich denke, dass ich als angetriebene Räder einfach bereits vorhandene Kugel mit diversen Durchmesser aus Styropor probieren könnte. Damit könnte man wahrscheinlich die auf den Boden ausgeübte Kraft durch Neigung der Motorachsen und Grösse der kugelförmigen Räder so verändern, dass sich der vorhandene Fahrgestell bewegen könnte. Ist meine "verrückte" Idee richtig oder sinnlos ? :D

Hi,
so ganz habe ich nicht verstanden, warum Du die Motorenachsen nach unten neigen willst. Würden sich sonst die Achsen durch biegen, oder brechen?

Vom Gefühl her würde ich erwarten, dass jedes einzelne Rad sich nicht nach vorne bewegen will, sondern nach außen (in einem Kreis).
Dann hast Du bestimmt Reibungsverluste und eine Kraft auf Deine Achsen.

Ich habe das jetzt nicht ausprobiert, sollte aber ganz leicht zu testen sein, wenn Du die kugeln aufspießt und per Hand drehst.

Gruß,
Drew

Hi,

vielen Dank für hilfreiche Erklärung ! :D

Ich habe es nur mal gesehen und gedacht, dass es wie Planetengetriebe funktionieren könnte, nur anstat Konus eine Kugel wird. Die Mechanik ist meine Schwäche und mir geht's vor allem um stufenlose mechanische Regulierung und Anpassung der Schubkraft. Normaleweise möchte ich die Kugelräder abwechselnd antreiben, dann sollte sich es nich drehen, sondern um Mittelpunkt, also unangetriebenes Rad, am Bogen bewegen, oder ?

Hallo Andreas,
die Idee sollte schon funktionieren, zumindest auf glattem, ebenen Boden.
Gruß,
Uli

Hallo Ulli,

herzlichen Dank für deine Bestätigung. Jetzt kann ich also anfangen nicht um sonst zu basteln. :D

Das sich das Rad eher nach außen als nach vorne bewegen würde würde ich auch vermuten.

Ich habs gerade mal mit einem kleinen Ball ausprobiert...Eine rollende Kugel auf ebener Fläche mit Drehachse, die nicht parrallel zur Fläche ist, ergibt unweigerlich Reibung. Das heißt nicht, daß dein Auto nicht fahren wird, aber es geht eben entsprechend viel Leistung für den Antrieb verloren.

Das Ganze ist auch relativ leicht nachzuvollziehen: Nimm eine Kugel und zeichne die Linie, auf der sich Kugel und Boden berühren müssten (Konjunktiv beachten!) in Gedanken. Das ist genau diejenige Linie die die kreisförmige "Kugelscheibe" begrenzt die auf der Fläche aufliegt, auf deren Mittelpunkt die Drehachse der Kugel (=Achse längs deiner Fahrzeugachse) liegt und die rechtwinklig zur Drehachse ausgerichtet ist. Im Prinzip könntest du die Kugel genauso durch ein Rad ersetzen.

Das Problem ist jetzt allerdings, daß die reale Berührfläche keineswegs besagte Kugelscheibe sein wird. Sondern vielmehr eiert diese Scheibe nun um die Achse herum. Und damit rutscht die Kugel mit zunehmendem Winkel mehr als daß sie rollt. Treib das Problem mal auf die Spitze und stell die Achse senkrecht zur Fahrbahn. In diesem Punkt hast du nur noch Reibung und keinerlei Bewegung parallel zur Auflagefläche mehr.
Ich vermute mal, den theoretischen Wirkungsgrad dieses Antriebes könnte man durch eine Cosinusbeziehung mit dem Achsenwinkel berechnen.

Mir persönlich erscheint das plausibel, da ich aber kein Maschinenbauer bin würde ich das lieber von einem solchen nochmal veri- bzw. falsifiieren lassen.

meiner Meinung funktioniert das so.
Genau wie bei WF beschrieben ist die Kontaktfläche einer Kugel zu einer Ebene im Idealfall ein Kreis. Je weiter die Schrägstellung der Achsen umso kleiner der Kreis und der abrollende Umfang und die Geschwindigkeit.
Betrachtet man den Rollkreisdurchmesser und die Relation zum Durchmesser des letzten Getrieberades des Steppergetriebes erhält man ein Wellrad (im Endeffekt das Hebelgesetz):

d1 / d2 = n............d1 (Durchmesser Zahnrad), d2 (Durchmesser Rollkreis), n (Übersetzung)

Geht man vom Realfall eines rollenden Bandes mit der Breite s, muß man diese in relation zum Radius setzen. Daraus wird ersichtlich, dass bei sinkendem Rollradius am inneren Rollbandrand eine geringere Umfangsgeschwindigkeit und am äußeren Bandrand eine höher vorliegt. Das heißt, der äußere Rand will schneller fahren als der innere Rand des Bandes und damit kommts zur Reibung.
Das ist genauso wie bei Kurvenfahrten der Eisen- oder Straßenbahn. Bei denen würde es dann quitschen. Beim Schienenverkehr wird das mit konischen Radkränzen gelöst.

- - - Aktualisiert - - -

nochwas vergessen:
Je kleiner der mittl. Rollbandradius wird ums o größer wird die Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten im Verhältnis zum Radius -> Reibung steigt immer mehr indirekt prop. zum Rollradius

Zitat:

Ich denke, dass ich als angetriebene Räder einfach bereits vorhandene Kugel mit diversen Durchmesser aus Styropor probieren könnte. Damit könnte man wahrscheinlich die auf den Boden ausgeübte Kraft durch Neigung der Motorachsen und Grösse der kugelförmigen Räder so verändern, dass sich der vorhandene Fahrgestell bewegen könnte. Ist meine "verrückte" Idee richtig oder sinnlos ?

Ich habe auch schon etwas über das Prinzip nachgedacht.
Es geht um einen Radumfang der vom Aufsetzwinkel abhängt, bei Radkugeln aus Styropor. Es soll Reibung auftreten.

Betrachte doch auch einmal die Fortbewegung einer rotierenden Rundbürste auf glattem Boden.
Bei einer Kraft zum Verkippen tritt eine Querkraft auf. Der Bonerbesen wird dadurch hin und herbewegt.
Die Reibung kann zum Polieren eines Parkettbodens eingesetzt werden.

https://www.youtube.com/watch?v=6pNSaWtR9fs

Danke für weitere Beiträge aber ich verstehe ab #6 nix, weil ich gelernt habe, dass eine Kugel und eine Fläche gemeinsam nur ein Punkt haben. Bei einem auf drei Stützen stehendem Gewicht von max. 100 g ergibt es max. 33g / Punkt, was für mich praktisch vernachlässigbar ist. Ich muss es zuerst Basteln und sehen was und wie sich bewegt.

Einige haben das schon ausprobiert: http://www.motor-talk.de/blogs/n3m3s...-t3319750.html . ;)

Zitat:

Zitat von PICture

max. 100 g ergibt es max. 33g / Punkt, was für mich praktisch vernachlässigbar ist.

Bei kleinerem Gewicht werden die Reibungskräfte proportional kleiner, aber sie verschwinden nicht.
Wenn bei deinem Fahrzeug die Rollreibung praktisch vernachlässigbar ist, warum machst du das dann mit der schrägen Kugel?

Hast du an die elektrostatische Aufladung gedacht? Es könnte sein, dass sich die Styroporräder auf Kunsstoffboden aufladen und am Boden "kleben" bleiben.
Ich bin jedenfalls auf die Ergebnisse deiner Versuche gespannt.

Gruß
witkatz

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Eine Anmerkung zum Styropor, Styropor quitscht. Vor allem wenn zu der Rollreibung mit zunehmendem Neigungswinkel Gleitreibung hinzukommt. Mit quitschenden Styroporrädern könnte/dürfte ich jedenfalls in der Wohnung nichts machen. Mir macht das nichts aus, aber für meine Frau wäre das Horror.

Zitat:

Zitat von witkatz

Es könnte sein, dass sich die Styroporräder auf Kunsstoffboden aufladen und am Boden "kleben" bleiben.

Hoffentlich würde an den Räder nur Staub "kleben". Das wäre sogar gewünschte aber bisher fehlende praktische Anwendung meines k.T.: eine Prüfung ob mein Staubsauger ("Selbstsau") schon fahren müsste.

Zitat:

Zitat von witkatz

Eine Anmerkung zum Styropor, Styropor quitscht.

Ich werde das so basteln versuchen, dass die Räder am Tepichboden sicher nicht quitschen werden, notfalls werden Tischtennisbälle verwendet. :D

Zitat:

Zitat von PICture

Danke für weitere Beiträge aber ich verstehe ab #6 nix, weil ich gelernt habe, dass eine Kugel und eine Fläche gemeinsam nur ein Punkt haben. Bei einem auf drei Stützen stehendem Gewicht von max. 100 g ergibt es max. 33g / Punkt, was für mich praktisch vernachlässigbar ist. Ich muss es zuerst Basteln und sehen was und wie sich bewegt.

Mein Gedankenschluß, den ich versucht habe dir zu vermitteln, ist Folgender: Die Kugel will sich einfach in ine andere Richtung bewegen, als sie es kann. Was passiert bei einem Auto, wenn die Räder V-förmig zueinander stehen anstatt parallel ausgerichtet zu sein? Bis zu einem gewissen Grad geht das schon...unter hohem Reifenverschleiß und Energieaufwand.
Und ich vermute, deine Achskonfiguration wird sich ähnlich verhalten.

Versuche einfach mal Folgendes: Nimm einen Ball und versucht ihn so über den Boden zu rollen, daß sich die Drehachse des Balls schräg zum Boden befindet. Und du wirst feststellen, daß das nur schwer bzw. gar nicht geht.

Hallo PICture,

bau doch einfach einen "Bristelbot" ohne drehende Reifen/Kugel oder was auch immer. Einen Vibrationsmotor, gleichzeitig als Gewicht und das Ganze auf einem Servo über Kopf hängend zum lenken ;)

Viele Grüße
Jörg

EDIT: Der iRobot Audi ist nun aber garnicht mal so ähnlich zu Deiner "Skizze" was das Antriebskonzept betrifft.

Zitat:

Zitat von White_Fox

Mein Gedankenschluß, den ich versucht habe dir zu vermitteln, ist Folgender: Die Kugel will sich einfach in ine andere Richtung bewegen, als sie es kann.

Die Kugel wird sich so bewegen, wie sie per Drehmoment gezwungen wird, weil der Motor sie um das was sie "will" nicht "fragt". ;)

Wie gesagt...probiere einfach mal aus, was ich dir gesagt habe: Nimm einen Ball und versuche ihn so über eine glatte Fläche längs einer Linie zu rollen, daß sich die Drehachse des Balls in schrägem Winkel zur Fläche befindet. Besonders gut gelingt das Experiment, wenn Ball und Fläche aus einer Materialkombination mit besonders hohem Reibungskoeffizienten bestehen.
Du wirst feststellen, daß dir das nicht gelingen wird ohne Reibung zu verursachen.

Zitat:

Zitat von PICture

Die Kugel wird sich so bewegen, wie sie per Drehmoment gezwungen wird, weil der Motor sie um das was sie "will" nicht "fragt". ;)

Du hast im Eingangspost etwas von 8mW-Motoren geschrieben. Soviel Drehmoment um irgendetwas seinen Willen aufzuzwingen ist da nicht vorhanden. Auch wenn dein Solartierchen nur 100g Masse haben soll wäre ein reibungsarmer Antrieb sicherlich erstrebenswert.

Soweit ich das sehe entsteht die Reitung aber auch nur dadurch, dass die verscheidenen Bereiche der Aufstandsfläche (die kleine Fläche zwischen Kugel und Boden) unterschiedlich schnell bewegen. Wenn man das mit einer Stahlkugel auf Stahl versucht, dürfte man da nur wenig Reibung spüren, während es mit einer Gummikugel auf glattem Boden schon eher spürbar wird. Das Ganze hängt also von der Materialwahl ab, wobei man da dann einen Kompromiss aus Härte (kleinere Aufstandsfläche) und Griffigkeit finden muss.

Zur Erläuterung des Prinzips kann man die Achse (der konstant rotierenden Kugel) ja erst einmal senkrecht stellen und von der Lage ausgehend kleine Abweichungen einbringen.
Man erhält bei kleinen Auslenkungen große Änderungen in Richtung und Geschwindigkeit.
Bei einem Winkel von 90 Grad, also bei waagerechter Achse, entspricht es einem normalem Rad, kleine Abweichungen bewirken in dieser Auslangslage nicht viel.

Danke Manf und Alles Beste zum Geburtstag ! :)

Ich habe bloss auf fast senkrechten zum Boden sich auf sehr schnell drehenden Motorachsen bewegende BEAM-er gesehen. Weil meine schwache Getriebestepper sehr langsam drehen, habe ich mir noch einfache zusätzliche Untersetzung zum experimentieren ausgedacht. Sollte es unnötig sein, werde ich selbstverständlich "normale" Räder verwenden. ;)

Und PICture...hast du schon erste Versuche unternommen?
Wie sind sie gelaufen? :)

Hi White_Fox,

noch nicht, weil ich wegen gesundheitlichen Problemen mit zusamenlöten der Steuerung vom geplanntem Fahrgestell bis Sommer warten muss (siehe auch: https://www.roboternetz.de/community...l=1#post612661 ). Es geht nur noch etwas bei allen vollgeöffneten Fenster, sonst würde ich ersticken._.

Bisher habe ich mir die Befestigung der Kugelräder mit gleicher Höhe des Fahrgestells bei diversen Neigungen skizziert und bitte Euch um Beurteilung und Vereinfachungsvorschläge:

Code:

____________________ Fahr- -> ____________________ GS = Getriebestepper gestell _#_ ____ ||.---#---. KR = Kugelrad ||| GS | ||'-------' Verbindungen: || | || /#\ # = feste X||D (KR ) \_/ X||D = drehbare (Schraube) -------------------- //////////////////// (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Gute Besserung dir.

Ich muß jedoch zugeben daß ich aus deiner Zeichnung nicht so richtig schlau werde...

Danke, aber es ist keine Krankheit und hoffentlich nach dem Tod wird´s alles besser ! :cheesy:

Sorry, aber mechanische technische Zeichnungen waren immer meine Schwäche. Vielleicht schaffe ich es noch zusammen basteln und Fotos posten. :confused:

Nach detailierter Überlegung habe ich mich entschlossen meine Basteleien endgultig zu beenden. In meiner Dachgeschosswohnung könnte im Sommer bis zu 45 °C heiss sein und ich kann nur in "kalten" Nächten die Fenster offen lassen. Über ganzen Tag muss ich alles dicht geschlossen halten. Das habe ich schon früher erfolgreich praktisch ausprobiert, wenn ich noch immer nur Nachtschicht gearbeitet habe. ;)