Roboterarm Motorwahl

[i_make_it]

So, habe mir das Video mal angesehen.
Der Hebel ist 39,cm und die Last 10,58kg.
Die Spannung ist 24,7V.

Die Last wird erst bei über 10° angehoben.
Da die Gewichtskraft immer senkrecht zum Boden wirkt, heist das, das der wirksame Hebelarm kürzer als 39cm ist.
und die 380Kg/cm sind auf 24V bezogen.
Der Servo hat also ein etwas höheres Drehmoment (da muß man die Wärmeentwicklung im Dauerbetrieb betrachten) und der verkürzte Hebelarm verkleinert das Drehmoment das durch die Last verursacht wird.
380kg/cm = 37,278Nm

10,58kg * 9,81m/s² = 103,7898N

wirksamer Hebelarm Waagerecht (0°)
103,7898N * 0,39m = 40,47022Nm

wirksamer Hebelarm 45°
Wurzel aus(39cm)²/2 = 27,577cm
103,7898N * 0,276m = 28,6459848Nm

Ich vermute mal das der Servo direkt beim Anheben kaum noch Reserven hat aber da das Lastmoment immer kleiner wird, wird das zum Vorteil.

Wenn der Test mit einer Scheibe anstelle einem Hebel durchgeführt worden wäre, hätte man tatsächlich eine Aussage treffen können.


Hier mal ein Beispiel wie das mit den 2 Servos aussehen könnte.
grün ist der Sockel.
blau die Drehachse der Schulter
und lila der Oberarm.

[max1992]

Ok danke i_make_it
genau so hatte ich mir das mit dem Aufbau auch überlegt wusste nur net ob dann unten die Kraft des einen Servos zum drehen reicht

mit was hast du das gezeichnet?

achso und was sind die grauen Stellen mit der braunen Kugel in der Mitte? Kugellager?

[i_make_it]

Gezeichnet mit Paint (Windows Zubehör Malprogramm)

Ja das sind Kugellager, genauer Achsial-Schrägkugellager.
Die nehmen Achsial und Radialkräfte mit einem Lager auf.


Bei der Anordnung mit 2 Servos kommt es auf die synchonisation der beiden an, damit man nicht Leistung damit verbrät, das die beiden gegeneinander arbeiten.

Was ich gezeichnet habe ist eine verspannte Lageranordnung.
Wegen Wäremausdehnung kommt sowas nur bei kleinen Abmessungen zur Anwendung.
Sonst nimmt man üblicherweise eine Anordnung aus Festlager und Loslager.

[max1992]

Danke erstmal
wenn man die wie auch in deiner ersten Zeichnung gezeigt befestigt sollte doch die Bewegung eigentlich die selbe sein bei beiden Servos (nur halt genau spiegelverkehrt) also bei dem einen Servo zB 100 Grad und bei dem anderen dann -100 Grad. dadurch sollten die Servos doch eigentlich nicht gegeneinander arbeiten oder`.

In meinem Fall müsste der Radius unten ca 2* die Höhe des Servos sein, also ca 18cm sein, bei den 9cm je Servo ist zwar die Welle mitgerechnet, aber da wieder die ''Wand'' an der der Servo befestigt ist hinzukommt dürfte es dann wieder ca passen.

Wo bekommt man ein solches Achsial-Schrägkugellager? kenne mich damit wenig aus und weiß daher nicht auf was man beim Kauf achten sollte gibt ja auch da welche in vielen verschiedenen Preisklassen

btw du sprachst von achsialen und radialen Kräften, aber ist bei der Drehung nicht eh nur eine Kraft vorhanden (dürfte wenn ichs richtig verstehe eine radiale sein)
also Ich habe noch nicht ganz verstanden was der Vorteil von einem Schrägkugellager gegenüber zB einem Zylinderrollenlager ist.

[i_make_it]

Je nach Lastfall (Stellung des Roboterarms) kommt es zu unterschiedlichen Kräften an den Lagern.
Im Fall 1 treten nur Achsiallasten auf. Im Fall 2 gibt es nur kleine Achsiallasten und große Radiallasten.

Bei den Lagern rechnet man zuerst die wirkenden Kräfte aus (Gewichtskräfte etc.)
Dann schaut man welche Lager die passenden Tragzahlen dafür haben.
Mit den Bezeichnungen der passenden Lager kann man dann bei Amazon, eBay, Alibaba etc. nach einem günstigen Anbieter suchen.

[max1992]

Wie berechne ich die maximale Kraft die auf ein Lager maximal wirkt? Ist das über den maximalen Hebel also in diesem Fall also da der Arm maximal 12.6 kg trägt dann
76Nm/0,6m=ca 127 N
oder braucht man da noch andere Kräfte die auf das Lager wirken
Es wirkt ja auch durch die Drehung eine Kraft auf das Lager

Sry habe nur Schulwissen, was dann doch recht begrenzt ist

[i_make_it]

Kann man machen, aber dann hat man in der Summe mit einigem an unnötigem Gewicht zu kämpfen.
Dadurch werden dann notwendigerweise andere Teile wieder größer und schwerer und man kann echte Probleme bekommen.

Die übliche Vorgehensweise ist, mit der Nutzlast (3-5kg) den Greifer zu dimensionieren (notwendige Greifkraft, Formstabilität der Teile)
Mit den Massen und den maximalen Hebellängen ermittelt man die Kräfte die aufs Handgelenk wirken.
Dann kann man da Lager und Antrieb dimensionieren.
Dann den Unterarm entsprechend steif (Biegung, Torsion) konstruieren und da die Kräfte aus Masse und Hebelarmen ermitteln die auf den Ellenbogen wirken.
So hangelt man sich dann vor bis zum Basisgelenk.


Das war mal eine Ideenskizze für einen 5-Achs Vertikal Knickarm mit Servos (6-Achs wenn man an Stelle des Fragezeichens noch eine Achse einbaut)
Die Lager sind Kupferhohlnieten die als Gleitlager fungieren.
Je nach Servos könnte der wohl auch 500g handhaben, aber mit den Lagern ist die Lebensdauer halt nicht besonders.
Es ist eher eine Möglichkeit kostengünstig ein Demonstrationsmodell zu bauen.
Wenn man die Servoelektronik rauswirft, und an dem ersten Zahnrad nach dem Motorritzel eine Sensorik anbaut, hat man DC Getriebmotoren mit Encodern und kann programmtechnisch damit alles umsetzten was man auch für einen großen Roboter braucht.


Und das eine Ideenskizze für einen Unterarm eines 6-Achs Vertikal Knikarm in der 2-3kg Klasse mit 12V DC Encoder Motoren. (wie die Pololu mit CPC Encoder)
Hier habe ich die Zahnriemen weggelassen die die Motoren mit den Kegelrädern verbinden.
Die Motoren sind nach hinten verlegt, um die Hebelarme für die Masse zu verkürzen, was sich bei der Auslegung der Motoren für die Achsen 2 und 3 bemerkbar macht.

[Pali64]

Hallo Max hallo i_make_it ,

Danke i_make_it das du dich da so reinlehnst. Finde ich Toll
Ich hätte es so ähnlich gelöst nur dass ich für eine bessere Axialstabilität nicht Kugel, sondern Trapezförmige Walzlager genommen hätte (ähnliche Dinger wie die Radlager beim Auto)
Durch die Trapezförmigen Walzlager denke ich eine höhere Seitenstabilität zu erreichen (So wie das Rad beim Auto welches ja praktisch nur seitliche last hat.)

Bei den Servos, hat man den Vorteil durch den Analogen Potentiometer bzw. Spannungseingang kann man wunder bar 2 Servo miteinander Synchronisieren.
Das einzige was man muss ist die Polarität des Motors und des Geberpotis zu kehren, das die 2 Servos gegenseitig laufen. so kann man die dann Parallel ansteuern und mit den Abgleichpoti die auf dem Servo sind sie Perfekt aufeinander Abstimmen.
So hat man dann keine "Totlast" unter den beiden Servos.

Für den Arm selbst nehme ich Aluminium Rohre um die Torsion zu verhindern, welche bei 4 Kant entstehen könnte.

Als Controller nehme ich aber keine Atmel oder Arduino sondern MSP430.
Einfach wenn's auch nur ist das ich diese in- und auswendig kenne, und Rollenweise an Lager habe.

Gruß Pali64

[i_make_it]

Reden wir noch über 3-5kg Handlinggewicht?

Kegelrollenlager wie bei Radlagern sind so eher Schwergewichte unter den Wälzlagern.
Halt Radlager, Hauptspindellager bei Werkzeugmaschinen etc.

Einfach Bauteile auswählen und zusammenwerfen, kann funktionieren, ein methodisches Vorgehen bei der Konstruktion hilft aber Unter-/Überdimensionierung zu vermeiden.
Was Torsion angeht, die kann man nicht vermeiden in dem man anstelle eines eckigen Bauteilquerschnitts einen runden nimmt. Torsion nennt man die innere Bauteilspannung die durch äußere Kräfte, in dem Fall Drehmomente, längs der Drehachse eines Bauteils entstehen.
Ich denke das die Biegektäfte bei einem Roboterarm größer sein werden wie die Torsion.

Mal ein paar Links um den Themenkomplex etwas anzukratzen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Konstruktionslehre
https://de.wikipedia.org/wiki/Technische_Mechanik
https://de.wikipedia.org/wiki/Statik_%28Physik%29
https://de.wikipedia.org/wiki/Kinematik
http://www.optimus-spitzencluster.de...ellnachvdi.pdf
http://files.hanser.de/hanser/docs/2..._Leseprobe.pdf

http://www.smerobot.org/08_scientifi...ich_IPA_05.pdf