Geschwindigkeitsproblem bei Schrittmotorantrieb

[pebisoft]

" Die Studenten sollen mit Hilfe dieses Roboters praxisnah an Microcontrollerprogrammierung, Sensorik etc. herangeführt werden. "
1. verbesserung von der firma fordern
2. die schlechte arbeit der öffentlichkeit zeigen, damit die firma nichts mehr verkauft und pleite macht
3. die lehranstalt prüfen, ob nicht irgendwie die uni mit der firma hand in hand arbeitet ( nur wenn euch der auftrag gegeben wurde, bei dieser firma anfertigen zu lassen)
4. alles selber anfertigen, es gibt bestimmt leute die handwerklich geschickt sind und wie oben steht müsst ihr ja das proggen eh lernen.

ich glaube das ist ein guter mittelweg.
mfg pebisoft

[Manf]

Es gibt doch zunächst einmal die Randbedingung, dass die Motoren nicht zu den Getrieben passen.
Im nächsten Schritt zeigt sich, dass die Steuerung mit 1000 Schritten pro Sekunde den Motor auch nicht mit einem andern Getriebe gut ansteuert.

Wenn dann aber Motor und Getriebe ausgetauscht werden können gegen einen Typ der vom Steuerungshersteller empfohlen werden kann, dann hätte man wieder alles zusammen. Ich glaube der Steuerungshersteller hat Erfahrung mit dem Antrieb von Roboteren und er könnte eine Empfehlung geben.

Wenn das nicht ginge könnte man alternativ auch an einen Austausch der Steuerung denken, aber der Motor als Ausgangspunkt ist kein gücklicher Ansatz.
Manfred

[Frank]

@PepiSoft: Ich weiss nun überhaupt nicht auf was sich dein Beitrag hier im Thread bezieht - irgendwie paßt der überhaupt nicht.
Es geht doch hier um ein Motorproblem das die Uni lösen will. Dazu hat sie sich wohl für einige Teile entschieden und sicher auch vorher die Leistungsmerkmale studiert. Wenn dann was nicht genau paßt dann kann man von den Firmen nicht generell verlangen das sie Motor oder eine Steuerung für ein bestimmtes Projekt umbauen nur weil die Zusammenstellung nicht ideal paßt. Von daher weiss ich nicht was du mit schlechter Arbeit meinst. Also bitte immer vernünftig zur Sache schreiben.

Wie gesagt, ich glaube nicht das man einen so schweren Roboter sinnvoll mit so hoher Geschwindigkeit über einen Schrittmotor bewegen kann. Insbesondere wenn man die verfügbare Batteriespannung und maximalen Strom von 2A als Grenzwert betrachtet. Zumindest die Motoren die ich alle schon mal angetestet habe waren nicht für die Zwecke geeignet. Getriebe bringen halt bei Schrittmotoren nur wenig, da mit steigender Geschwindigkeit das Drehmoment abnimmt, das wirkt genau dem Vorteil des Getriebes entgegen.

Ich würde Geschwindigkeit reduzieren (max 1000 Schritte, lieber deutlich weniger) oder doch zu Getriebemotor wechseln.
Wie gesagt, Schrittmotoren sind nur bei kleinen langsamen Bot´s wirklich gut. Da ist dann eine Untersetzung von 6:1 oder ähnlich ganz brauchbar.

[Freiheitspirat]

Wie gesagt, Schrittmotoren sind nur bei kleinen langsamen Bot´s wirklich gut.

Hm, also mein Bot wiegt knapp 15Kg ist also nicht gerade klein.
Und wirklich langsam finde ich ihn nicht, wenn ich in der Wohnung mit der Fernbedienung steuere, muß man schon aufpassen, so "schnell" ist er.
50cm/s sind in Relation zu einem menschlichen Jogger nicht gerade viel, bei einem 15Kg Bot aber schon eine ganz schönes Geschoß, wenn das irgendwo gegenprallt...

In dem gegebenen Fall würde ich ein 5:1 Getriebe mit der max. möglichen Ansteuerung wählen und mal schauen, ob die Geschwindigkeit nicht doch akzeptabel ist.

@Frank
gibt es eigentlich eine "physikalische" Beschränkung beim RN-Motor, oder ist die Programmlogik die Beschränkung ?

[Uni-AMR-Projekt]

Wir haben als Uni für Automatisierungstechnik nicht viel Erfahrung mit Antrieben, die mit geringer Akkuspannung laufen. Unser Fachgebiet im Bereich Antriebstechnik sind eher starke Motoren zum Antreiben von Förderbändern und ähnlichem, die mit ganz anderen Strömen und Spannungen versorgt werden.

Daher haben wir für das Fahrwerk + Antrieb eine (Fremd-)Firma beauftragt, die Bausätze für recht schwere und große Bots anbietet. Diese Firma haben wir gefragt, ob sie abweichend von der eigentlichen Produktpalette ein Fahrwerk mit Schrittmotoren für uns herstellen können, dass ca. 8 kg mit einer max. Geschwindigkeit von 4 km/h antreiben kann.

Die Firma hat gesagt: Machen wir!

Die 8 kg haben sie auch locker geschafft, die Geschwindigkeit belief sich jedoch bei 0,4 km/h.

Zu sagen, dass kriegen wir hin, dann für die Extraanfertigung einen 4-stelligen Betrag zu verlangen und dann die Maßgaben nicht zu erfüllen, sehe ich schon als schlechte Arbeit der Firma an.

Wir haben das Fahrwerk zurückgeschickt und Verbesserung verlangt. Wir haben dann eine ganze Weile gewartet, doch die Firma hat nichts verbessern können.

Nun haben wir das Fahrwerk erstmal unverändert wiederbekommen, weil Prüfungsprojekte darauf aufbauen. (µC - PC Kommunikation per WLAN, Hindernisserkennung durch Ultraschall, Fahrroutinen, etc.)

Ich hatte gehofft, dass wir im Gegensatz zum Fahrwerk-Hersteller durch den Austausch möglichst weniger Teile mehr Geschwindigkeit hinbekommen könnten. Daher habe ich dieses Forum um Hilfe gebeten.

Parallel zu diesem Thread habe ich nochmal die Datenblätter vieler Motoren und Getrieben verschiedener Hersteller studiert und bin zum Schluss gekommen, dass Frank leider recht hat. Schrittmotoren sind keine gute Wahl für unseren Bot. Wir werden immer nur eines unserer Wünsche erfüllen können. Entweder Kraft oder Geschwindigkeit. Unsere Kraft- und Geschwindigkeitswünsche schließen sich halt gegenseitig.

Wir werden wohl auf kräftige DC-Motoren umsteigen und die Streckenmessung zur Positionierung dann mit optischen oder kapazitiven Sensoren anstatt durch Zählen von Schritten vornehmen.

Vielen Dank an alle, dass ihr mir geholfen habt, diese Erkenntnis zu erlangen.

[Frank]

Daher haben wir für das Fahrwerk + Antrieb eine (Fremd-)Firma beauftragt, die Bausätze für recht schwere und große Bots anbietet. Diese Firma haben wir gefragt, ob sie abweichend von der eigentlichen Produktpalette ein Fahrwerk mit Schrittmotoren für uns herstellen können, dass ca. 8 kg mit einer max. Geschwindigkeit von 4 km/h antreiben kann.

Die Firma hat gesagt: Machen wir!

Die 8 kg haben sie auch locker geschafft, die Geschwindigkeit belief sich jedoch bei 0,4 km/h.

Zu sagen, dass kriegen wir hin, dann für die Extraanfertigung einen 4-stelligen Betrag zu verlangen und dann die Maßgaben nicht zu erfüllen, sehe ich schon als schlechte Arbeit der Firma an.

Diesen Sachverhalt kannte ich nicht, das kam im Thread nicht so ganz klar raus. Aber wenn es so ist wie du beschreibst, dann hast du natürlich Recht das deine Fahrwerkfirma Mist gebaut hat - keine Frage.

Übrigens falls es Dir hilft kann ich dir eine Firmware-Version mit höherer Schrittfrequenz (vielleicht doppelte) gegen geringe Unkosten basteln. Aber wie schon gesagt glaub ich nicht das es dir nutzen würde. Wenn dennoch Intresse schick wieder Mail oder PM.

@Freiheitspirat: Nein die Schrittgeschwindigkeit ist nur von der Software abgängig. Allerdings bedeutet höhere Schrittgeschwindigkeit deutlich mehr Rechenleistung. Es müsste noch ausgetestet werden wie sich das mit der PWM-Stromregelung und der Schnittstellenabfrage verträgt. Irgendwo gibts da natürlich eine Grenze

[Freiheitspirat]

@Frank:
Das dachte ich mir.
Die Beantwortung der nächsten Frage nach der Möglichkeit dann in der SW was zu machen, hast Du ja auch schon gleich mit beantwortet...

Aber nochmal:
Wenn man von 12:1 auf 5:1 umsteigen kann (die Kraft wurde ja als "locker geschaft" beschrieben) und gleichzeitig etwas mehr aus der Ansteuerung herausholen kann, würde dann nicht eine akzeptable Geschwindigkeit, bei geringen Kosten erreicht werden können ?

[Uni-AMR-Projekt]

OK. "locker" geschafft war vielleicht ein bisschen zu hoch gegriffen. Bei 8 kg, 12cm Raddurchmesser und 14:1 Getriebe besagen sowohl die RN-Nm-Berechnungsroutine als auch von uns angestellte Berechnungen, dass der Motor noch ungefähr 0,25 Nm aufbringen muss. Das ist auch der Wert den der Motor noch schafft (laut Motorkennlinie - Link oben).

Bei 5:1 Getriebe müsste der Motor fast 0,6 Nm aufbringen. Das schafft er leider nicht.

[Freiheitspirat]

Also nach der RN-Nm-Berechnungsroutine dürfte mein Bot gar nicht funktionieren.
15kg mit 12cm Rad und 200U/min mit einer Untersetzung von 1:2,33 ergibt da 5,4Nm
Ich habe aber nur 2 Schrittmotoren mit je 0,8Nm (bei 12V statt 24/48V)
und er fährt trotzdem prima (2km/h)!
Aber ich habe auch bestimmt keine 50% Reibungsverluste...

[Uni-AMR-Projekt]

Heute kam mein Prof. auch mich zu und hat gesagt, dass der Fahrwerks-Hersteller leistungsstärkere Motoren bestellt hat. Ich hoffe, dass er auch andere Getriebe dazu bestellt hat, um mehr Geschwindigkeit zu erreichen.

Ich bin ja mal gespannt, was da kommt. Freitag soll´s bei uns ankommen.

@Freiheitspirat: Wieviel Strangstrom benötigen denn Deine Motoren und wie steuerst Du sie an?