Antriebskonzept - Ein Motor, Differential, Bremse

[Drag0n]

Ich bin dabei einen Zweirad-Roboter mit einer Achse zu bauen.. Ich weiß auch soweit wie ich all die Probleme löse, aber nachdem ich bei Ebay nach Schrittmotoren geguckt habe (obwohl ich schon welche habe) vielen mir einige starke Motoren auf, die jedoch nur als alleiniges Exemplar angeboten werden.

Daher dachte ich mir, dass man doch ein Differential nehmen kann und zum lenken die Räder abbremst. Ich habe nicht gehört, dass das schon jemand bei einem Roboter angewendet hat. Natürlich wäre dann ein Getriebemotor besser als ein Schrittmotor, dass ist schon klar. Mit kam ja nur die Idee bei den Schrittmotoren. Aber das geht doch eigentlich.. Dann braucht man nur einen Motor und Getriebe, was die Konstruktion vielleicht erleichten könnte und Gewicht sparen kann.

Was meint ihr?

Grüße aus dem hohen Norden,
euer Angsthase


€: Mein Bot hat 20 cm Räder, ist 40 cm breit. Gewicht nicht mehr als 5 kg. Daher dachte ich an Technik eines 1:8 RC-Modells. Das sollte gehen, oder? Oder auch 1:5. Überlege nur ob ich noch ein Getriebe vor die Räder packen sollte. Den das Drehmoment von 5kg auf 20 cm Rädern könnte selbst für ein Differential das für 3 PS Motoren ausgelegt ist zu viel werden, schließlich will ich nicht 70 km/h fahren sondern höhstens Schrittgeschwindigkeit. So beträgt das erforderliche Drehmoment an der Radachse laut RoboterNetz-Rechner immerhin 3 Nm.

[Manf]

Stell doch mal ein bisschen Material zusammen, so besispielhaft.
Einen Motor, das Differential die Bremsen, damit man sich ein Bild machen kann.

Soll das Differential gesperrt werden können, oder soll die Fahrzeuglenkung die Drehzahl-Verteilung übernehmen?
Manfred

[Drag0n]

Also folgendes:
Das unten abgebildete Modell ist dort noch mit zwei Schrittmotoren ausgerüstet. Ich dachte mir, dass ich in der Mitte der Welle das Differential einsetze und dann auf jeder Seite eine stufenlos regelbare Bremse mit der ich das Drehzahlverhältnis der Räder steuere. Wundert euch nicht über die durchgehende Welle. Ich war faul und habe die Lagerböcke noch nicht gezeichnet.

Zur Steuerung. Es ist ja klar, dass ist das über die Bremsen steuere. Die Gesamtdrehzahl, also die des Motores kann ich ja elektronisch regeln. Jetzt ist die Frage was für Bremsen ich nehme. Lassen sich Scheibenbremsen von Modellautos gut regeln?
Ich könnte auch drehmomentstarke Motoren (z.B. Schrittmotoren) dafür verwenden, sie als Generator laufen lassen und die anfallende Energie wieder auffangen -> Hybridautoprinzip.
Die Drehzahl kann ich dann über Inkrementscheiben dedektieren. Ich könnte es aber auch raffinierter machen und die Stromimpulse des als Bremse verwendeten Schrittmotores verwenden. Auch damit könnte ich Richtung und Drehfrequenz feststellen. Die Auflösung würde ja der eines Halbschrittes entsprechen, also wohl 0,9°.

Bild hier  




EDIT:


Material zusammenstellen ist gut. Ich bin gerade erst am erkunen ob das eine gute Idee ist. Aber meinetwegen..

Motor:
Irgendein Drehmomentstarker Gleichstrommotor. Ob mit oder ohne Getriebe weiß ich nocht nicht, da ich nicht weiß ob ich das vor oder hinter das Differenzial setze.

Differential:
z.B. http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?...340539103&rd=1
Bild hier  

Bremse:
Wie gesaght Schrittmotoren, Wirbelstrom- oder Scheibenbremsen. Gibt auch noch anderes. Muss man mal sehen was das beste ist.

[Drag0n]

So, mal ein Modell vom Roboter mit Differential. Noch nicht viel drin, aber kommt noch. Ich werde die Grafik immer updaten, wird aber wohl erst morgen Nachmittag weitergehen können..

Und warum verdammt gibt es hier keien Antworten? 130 Leute online und keiner sagt was dazu...

Bild hier  

[recycle]

Daher dachte ich mir, dass man doch ein Differential nehmen kann und zum lenken die Räder abbremst.

flüchtig drüber nachgedacht habe ich da auch schon mal. Allerdings nur , weil ich ein kaputtes RC Auto hatte und zu faul war mir ein Fahrgestell zu bauen.
Wenn ich es umgesetzt hätte, hätte ich da aber nicht viel Mühe investiert und keine grossen Erwartungen in die Steuerbarkeit gesetzt sondern die Sache rein als Spielerei angesehen.

Deiner Beschreibung nach zu urteilen, scheinst du etwas höhere Ansprüche zu haben und planst eine Fahrgestell, dass man recht genau und gut steuern kann.

Dafür scheint mir das Konzept - jedenfalls so wie du es bis jetzt geplant hast - eigentlich nicht so besonders sinnvoll.

Ein Rad zum Lenken gezielt und ganz genau abzubremsen dürfte nicht einfacher oder weniger aufwendig sein als es gezielt anzutreiben.

Dann braucht man nur einen Motor und Getriebe, was die Konstruktion vielleicht erleichten könnte und Gewicht sparen kann.

Wenn du dann aber zusätzlich 2 Schrittmotoren zum Bremsen benötigst, sehe ich weder vom Aufwand für die Konstruktion, noch vom Gewicht eine Ersparnis. Eher das Gegenteil.

Ich könnte auch drehmomentstarke Motoren (z.B. Schrittmotoren) dafür verwenden, sie als Generator laufen lassen und die anfallende Energie wieder auffangen -> Hybridautoprinzip.

Wenn die Schrittmotoren ständig mitgedreht werden müssen, geht dafür eine ganze Menge Leistung deines Antriebsmotors drauf und du brauchst erst mal mehr Energie, nicht weniger. Mit Hybridantrieb hat das glaube ich wenig zu tun. Ist ja immer noch nur elektrischer Antrieb.
Du steckst in den Antrieb elektrische Energie rein und könntest dir im günstigsten Fall einen kleinen Teil diese elektrischen Energie mit entsprechenden Verlusten wieder zurückholen.
Wenn so ein Schrittmotor stark genug sein soll ein Rad gezielt abzubremsen, wird er während der Fahrt x-mal mehr Energie kosten als er beim Bremsen gewinnen kann. Diese Energie tatsächlich zurückzugewinnen düfte auch nicht so einfach sein. Wie willst du die denn Speichern? Wenn du den Motor einfach kurzschliesst gewinnst du ja nichts.

Eventuell könntest du relativ kleine Motoren nehmen und die zum Bremsen in die entgegengesetzte Richtung antreiben. Das kostet dann allerdings auch zusätzliche Energie und gezielt Bremsen kannst du so auch nicht, da das nur dadurch funktionieren kann, dass die Schrittmotoren Schritte verlieren.

Ich glaube mit den Schrittmotoren kann das nur halbwegs funktionieren, wenn du relativ starke Motoren nimmst, die während der Fahrt mechanisch auskoppelst und nur zum Bremsen einkoppelst.
Das wäre mechanisch aber ziemlich aufwendig und die Energie für das zusätzliche Gewicht ist immer noch verloren.

Irgendwelche rein mechanischen Bremsen und Radencoder wären da glaube ich etwas sinnvoller. Eine Lösung zu finden die präzise und schnell genug bremmst um präzises Lenken zu ermöglichen dürfte aber nicht so einfach zu finden sein.

Drehungen auf der Stelle, wie sie mit zwei Antriebsmotoren möglich sind, sind bei diesem Konzept mit Differential auch nicht möglich.

Kurz gesagt - bisher kann ich in dem Konzept nur Nachteile und Mehraufwand entdecken.
Sinn macht es glaube ich nur, wenn du wirklich günstig an Motor, Differential usw. dran kommst und eine Lösung zum Bremsen findest die diese Einsparung nicht wieder wettmacht.

Andrereseits muss so ein Konzept aber auch nicht unbedingt sinnvoll sein. In erster Linie geht es hier ja um ein Hobby und das soll Spass machen.

[Drag0n]

Drehung auf der Stelle ist in gewissem Rahmen möglich. Zwar nicht ohne den Mittelpunkt zu verschieben. Aber 90° rechts herum und dann auf dem anderen Rad 90° links herum führt wenigstens dazu, dass man nicht aus der Spur herauskommt.

Ich werd emal sehen. Nur mich interessiert weniger der Sinn hinter einer Konstruktion, sondern das Prinzip dieser. Sonst würde ich auch keinen Roboter bauen der eh nur Dinge tut von denen die Welt nichts hat. Ich finde die Idee nicht schlecht.

Schon ganz am Anfang habe ich einen Augenblick an Benzin-Motor gedacht, weil die Differentiale vorwiegend bei Benzin-Modellen verwendet werden. Ich könnte tatsächlich einen Hybriden bauen (Das Hybridprinzip sollte die Bremsenergiegewinnung bezeichnen, die ja die eigentliche Revolution bei Hybridautos ist). Das wäre dann natürlich nichts für den Innenbereich. Aber für den Außenbereich wäre es tatsächlich denkbar mittels Kupplung Strecken mit Benzin zu fahren und Feinarbeit den Schrittmotoren zu überlassen.

Also wie gesagt mir geht es nicht um die logischste Lösung, sondern wie bei allen Robotern geht es um Problemlösungen und Erkenntnisse. Ich werde den Bot glaube ich so bauen,a ber nur mit Elektromotoren und die geplante größere Version mit Fahrrad-Reifen mit einem Benzinmotor ausstatten.
Die jetzige Version ist von mir geplant um die grundlegenden Algorithmen zu entwickeln, sprich Gleichgewicht halten, Energie sparen, Umgebung erfassen.

Grüße,
Angsthase

[Manf]

Soll das Differential gesperrt werden können, oder soll die Fahrzeuglenkung die Drehzahl-Verteilung übernehmen?

Grundfunktionen eines Fahrwerks mit zwei Haupträdern sind beispielsweise die Geradeausfahrt und die Drehung auf der Stelle. Dafür und auch für Kurvenfahrten kann man ein Differenzial einsetzen. Eine zusätzliche Ansteuerung muss noch dazukommen man kann etwas sperren und etwas anderes freigeben und erhält damit einen gesteuerten Antrieb.

Wen man so anfängt und keine unnötige Energie verschwenden will, dann kommt vielleicht die Überlegung dass man die meiste Energie in die Geradeausfahrt stecken wird. Die sollte man nicht mit halb angezogener Bremse machen, sondern mit einem gesperrten Differenzial, das verbraucht grundsätzlich keine Energie, (abgesehen von den Verlusten).

Bei anderen Steuerungsfunktionen wird man auch erst mal die bevorzugen, die keine Energie verbrauchen. Die Blockierung eines Rades ermöglicht eine Drehung um das blockierte Rad. Damit kann man schon viel machen.

Was braucht man noch? Die Drehung auf der Stelle und die Richtungskorrektur bei Geradeausfahrt? Die könnte man als Funktionen ansehen, die gegenüber der Geradeausfahrt mit 10%-20% der Leistung auskommen. Könnte man dafür einen zweiten Motor einsetzen, der nur eine Differenz der Drehung der beiden Haupträder bewirkt?

Mit dem Ansatz Differenzial kann man bestimmt etwas machen, die kontinuierlich wirkenden Bremsen würde ich lieber nicht so stark einsetzen.

Sehr schöne Bilder sind das übrigens.
Manfred

[bhm]

Sehr schöne Bilder sind das übrigens.

Finde ich auch. Womit gemacht ?
ciao .. bernd

[Drag0n]

PTC Pro/Desktop - ist der kleinere Bruder von Pro/Engineer..

Danke Manf, ich werde die Ideen aufgreifen. Verstehe ich ich richtig, dass ich bei einem einstellbaren, sperrbaren Differential das Drehzahlverhältinis abhängig von der Belastung einstellen kann? Also dass ich bei einer definierten Kraft auf Rad A das Drehzahlverhältnis dieses Rades zu Rad B einstellen kann?

So ein Differential wäre zum Beispiel das hier:
http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?...340496793&rd=1

Nur werde ich das wohl kaum im laufendem Betrieb einstellen können. Das wäre nämlich optimal weil ich dann nur eine ungeregelte Bremse brauchen würde die mit einer Kraft das Rad bremst und könnte dann die Regelung des Kurvenradiuses über die Differentialeinstellung vornehmen. Das wird aber wohl ein Traum bleiben solange ich auf Modellbauteile zurückgreifen muss.

Grüße,
Angsthase

[voidpointer]

Besitze ein Kettenfahrzeug von Kyosho - den "Blizzard". Dort ist es genauso realsisiert wie Du es beschreibst: Ein E-Motor treibt ein Differentialgetriebe (ohne Sperre) und dieses dann die beiden Kettenräder. Zur Lenkung wird jeweils eine Kette über eine Scheibenbremse abgebremst. Die Einzelteile sollte es alle im Modellbauladen zu kaufen geben

Die Lösung hat m.E. folgende Nachteile:
- Energieverlust durch Getriebe und Bremsen (im angelenkten Zustand fährt das Fahrzeug oft nicht an)
- Auf-der-Stelle-Wendung ist nicht möglich, da beide Ketten nicht gegeneinander drehen können
- die Ansteuerung der Bremsen durch einen Servo (Wippe) ist relativ empfindlich. Besonders bei großer Geschwindigkeit muss gefühlvoll gelenkt werden, da das Fahrzeug sonst zu Schleudern anfängt.

Achim.