roboforum.ru

Технический форум по робототехнике.


Расчёт усилия двигатель+редуктор манипулятора (руки) робота

Шестерни и колёса, тяги и тросики... Каркасы, скелеты ...

Расчёт усилия двигатель+редуктор манипулятора (руки) робота

Сообщение moscow » 06 ноя 2019, 15:04

кинематическая схема.jpg


Пытаюсь собрать 6D манипулятор. Типа промышленного Mecademic Meca 500. Не собираюсь его копировать (хоть уже нашёл 3Д-модель на грабкаде), просто нужно было взять что-то за основу. От чего-то оттолкнуться.

Дальше начал подбирать моторы с редукторами и понял, что строить по наитию не хочу. Хочу расчёт какой именно мотор и редуктор мне подходит для задачи. Нагуглил несколько источников. Все сводятся к тому, что для расчёта момента мотор-редуктора нужно статическую с динамической нагрузкой сложить, зная скорость и ускорение, понять необходимую мощность и обороты.

Начал набрасывать калькулятор. На сегодня доделал расчёт шестого редуктора. Того, что ближе к инструменту (клешне, например). Но так как в теме (мягко говоря) плаваю, то... вдруг кто-то из присутствующих рубит в ней и покажет где я ошибся? Чтобы не тянуть ошибки в расчёт остальных пяти осей.

Собственно, ссылка на набросок калькулятора.
https://docs.google.com/spreadsheets/d/ ... edit#gid=0
Считаю, естественно, в вытянутом положении "руки". Когда нагрузка максимальная. На минимальной и так моторы справятся.
moscow
 
Сообщения: 56
Зарегистрирован: 06 сен 2019, 12:00

Re: Расчёт усилия двигатель+редуктор манипулятора (руки) роб

Сообщение ДВП » 07 ноя 2019, 00:05

Покажите более чётко силы и на каких расстояниях, тогда можно прикинуть мощность. 8% на трение (КПД-92%) маловато надо будет определять потери редуктора и самого движка, для выбора мощности без учёта ускорения.
ДВП
 
Сообщения: 26
Зарегистрирован: 14 янв 2012, 11:45

Re: Расчёт усилия двигатель+редуктор манипулятора (руки) роб

Сообщение moscow » 07 ноя 2019, 10:18

3D-макет-захвата.jpg

3D-макет-захвата-2.jpg


Рассчитываем зелёный мотор-редуктор.
Красная прямая стрелка - следствие перекоса груза в захвате. От красной оси вращения мотора она отстоит на 4 см (поле "Максимальный дисбаланс оснастки с предметом"). Это смещение центра тяжести захвата + предмета. Полный радиус захвата + предмета 5 см (поле "Радиус оснастки и предмета" в гугл таблице).

Для упрощения подсчёта дин. момента принял, что манипулятор и груз представляют собой однородный цилиндр. Его момент инерции 1/2 m r2. Дисбаланс не принимал в расчёт, т.к. считал максимально плохой случай (увеличил радиус мнимого цилиндра).

То есть в этом редукторе считаю статическое усилие по поднятию не сбалансированного груза плюс инерцию (динамику). Но динамика на нужном мне ускорении не столь существенна (на порядок ниже), как я вижу из своих расчётов. Это же подтверждает пара найденных мною расчётов манипуляторов промышленных роботов. На их основе строил свои вычисления.

Добавлено спустя 21 минуту 57 секунд:
Re: Расчёт усилия двигатель+редуктор манипулятора (руки) робота
Начинает появляться понимание необходимого мотора :)

Добавил расчётную величину "Момент на выходе мотор-редуктора 6". Получил 10 кг*см.
Желаемая скорость в этом узле 120 rpm.

Изначально планировал мелкий мотор-редуктор, типа этого: https://www.ebay.com/itm/Metal-Gear-Mot ... 2440062120

Но нужные 10 кг*см он даёт только с редуктором, дающим 10 rpm без нагрузки. То есть в 12 раз медленнее нужного.

Если взять мелкий шаговик (nema 17), то его можно раскрутить максимум до 600 rpm. То есть до 120 rpm понижаем редуктором в 5 раз. Шаговики у меня в наличии по 5 кг*см. Множим на 5, получаем 25 кг*см при нужной скорости. Ещё вычесть потери, в т.ч. на раскрутку самого двигателя (не учтено в калькуляторе).

Крутя шаговик до 400 rpm, можно ослабить редуктор до 3.71:
https://www.ebay.com/itm/Nema-17-Steppe ... vvE_8ewI_w

... конечно, если мои расчёты верны :)
moscow
 
Сообщения: 56
Зарегистрирован: 06 сен 2019, 12:00

Re: Расчёт усилия двигатель+редуктор манипулятора (руки) роб

Сообщение Myp » 07 ноя 2019, 21:06

рекомендую ознакомиться с бесколлекторными моторами
типа https://www.aliexpress.com/item/32870155203.html и углового https://www.aliexpress.com/item/32902435624.html
по паспорту на выходе прямого 11кг при 200 оборотах, а у углового 15кг при 130 оборотах.
им конечно нужен энкодер, но энкодер в любом случае крайне полезная штука.
шаговикам в любом случае нужен внешний энкодер, а коллекторные моторредукторы с энкодером на валу мотора дадут ощутимый люфт и им тоже придётся ставить энкодер на выход..

Бывают вот такие зубодробительные варианты с встроенным энкодером на выходном валу https://www.aliexpress.com/item/32852100259.html
<telepathmode>На вопросы отвечает Бригадир Телепатов!</telepathmode>
Всё уже придумано до нас!
Аватара пользователя
Myp
скрытый хозяин вселенной :)
 
Сообщения: 17809
Зарегистрирован: 18 сен 2006, 12:26
Откуда: Тверь по прозвищу Дверь
прог. языки: псевдокод =) сила в алгоритме!
ФИО: глубокоуважаемый Фёдор Анатольевич

Re: Расчёт усилия двигатель+редуктор манипулятора (руки) роб

Сообщение ДВП » 07 ноя 2019, 21:50

Крутя шаговик до 400 rpm, можно ослабить редуктор до 3.71
Что-то не понял- 400 (откуда взялось?) в 1,5 к 600 и вы теоретически получаете только 7,5 кгсм , а если учесть трение ещё меньше
ДВП
 
Сообщения: 26
Зарегистрирован: 14 янв 2012, 11:45

Re: Расчёт усилия двигатель+редуктор манипулятора (руки) роб

Сообщение moscow » 08 ноя 2019, 10:06

Myp писал(а):рекомендую ознакомиться с бесколлекторными моторами
типа https://www.aliexpress.com/item/32870155203.html


Ух ты! Какой классный набор! Спасибо!
Это ж бесколлекторник с контроллером с реверсом и 5В управлением скоростью. Плюс энкодер - 6 тиков на оборот.

Myp писал(а):им конечно нужен энкодер, но энкодер в любом случае крайне полезная штука.


Не, на моторе есть энкодер. Добавлю ardu mini / nano и получу серву.

Myp писал(а):шаговикам в любом случае нужен внешний энкодер

Почему? Ну то есть да, лучше ОС вводить везде, где возможно. Но, при соблюдении нагрузки и не выходя за максимальные обороты / ускорения, шаговик очень предсказуем и не требует постоянного контроля пропуска шагов. Я шаговики везде использую (принтер, ЧПУ фрезер, автоматические детали телескопов и пр). Нигде не ставил энкодер и пропуски были только при чрезмерной жадности до скорости.

Myp писал(а):а коллекторные моторредукторы с энкодером на валу мотора дадут ощутимый люфт и им тоже придётся ставить энкодер на выход..


Та не. Коллекторник или бесколлекторник - суть не важно. Люфтить будет этот дешёвый будильник - это понятно. Хуже того, люфтит даже огромная 400 Вт серва за 200$ (её будильник). На одном телескопе такая стояла у знакомого.

Мне нравится гармонический (волновой) редуктор. Его люфт обычно - единицы угловых секунд (в 42 размере). Я пользуюсь такими в телескопах и ЧПУ фрезере. Он ещё и с перекрёстно-роликовым подшипником. Стоит на ebay порядка 12 тыщ б/у за 25 типоразмер. Японский. Но этот проект пока не дорос до такого уровня и бюджета.

https://www.youtube.com/watch?v=P5PIEcf8qyo

Поэтому я понимаю, что люфт будет. Принимаю его на этом этапе как данность. Пока буду выбирать его программно при смене направления. Соточный индикатор есть, найду люфт, внесу корректировку в софт. Это не панацея для разнонаправленных нагрузок. Но хоть что-то.

ДВП писал(а):Что-то не понял- 400 (откуда взялось?) в 1,5 к 600 и вы теоретически получаете только 7,5 кгсм , а если учесть трение ещё меньше

Не 1.5 к 600, а 1:5 редуктор на 600 rpm.
Соответственно, на 400 rpm можно уменьшить редукцию до 1:3.71. Тем самым уменьшив
и момент на выходе. Но сохранив выходные обороты.

У меня бортовое питание всего 24В. Для короткого NEMA 17 должно хватить для 600 rpm. Драйвер ещё не выбирал, так как иду от механики к выбору мотора и дальше к драйверу и контроллеру.

Добавлено спустя 21 минуту 40 секунд:
Re: Расчёт усилия двигатель+редуктор манипулятора (руки) робота
Если с формулами сильно не накосячил (проверю ещё пару раз), если в гугл-таблице не перепутал откуда брать данные, то по первым вводным становятся примерно понятны характеристики моторов.

1: 100 кг*см при 120 rpm;
2: 250 кг*см при 60 rpm;
3: 160 кг*см при 60 rpm;
4: 70 кг*см при 60 rpm;
5: 40 кг*см при 60 rpm;
6: 10 кг*см при 120 rpm.

Придётся уменьшать скорость первых редукторов. Интуитивно кажется, что ошибся в расчётах. Впрочем, вводные от балды. Их тоже нужно подкорректировать. Но порядок стал ясен.

Конечно, очень много допущений. То есть расчёт, однозначно, оценочный. Но если порядки верные, уже хорошее начало.
moscow
 
Сообщения: 56
Зарегистрирован: 06 сен 2019, 12:00

Re: Расчёт усилия двигатель+редуктор манипулятора (руки) роб

Сообщение Myp » 08 ноя 2019, 19:48

Если энкодер не абсолютный то
1. после включения придётся калибровать нулевое положение.
2. любой сбой приводит к катастрофическим последствиям, можно что-то сломать.

последняя ссылка на серву, которая с 485 портом, имеет магнитный энкодер на выходном валу,
там заявлено управление 0-360 градусов и поддержка положения, тобишь энкодер абсолютный.
<telepathmode>На вопросы отвечает Бригадир Телепатов!</telepathmode>
Всё уже придумано до нас!
Аватара пользователя
Myp
скрытый хозяин вселенной :)
 
Сообщения: 17809
Зарегистрирован: 18 сен 2006, 12:26
Откуда: Тверь по прозвищу Дверь
прог. языки: псевдокод =) сила в алгоритме!
ФИО: глубокоуважаемый Фёдор Анатольевич

Re: Расчёт усилия двигатель+редуктор манипулятора (руки) роб

Сообщение moscow » 08 ноя 2019, 20:11

Ага, отличие абсолютного от инкрементального энкодера знаю и понимаю необходимость поиска нуля (homing). А так же возможные последствия-шмаследствия. Сиё есть сознательный шаг по пути уменьшения стоимости проекта в текущей фазе. Разве что самому напечатать простой абсолютный энкодер на 4..5 бит. Можно тогда отказаться от концевиков... надо подумать. Места он занимает много. Пока что не очень хорошо вписывается в моё представление о механике манипулятора.

Касательно чего-то сломать - в homing обычно используется меньшая мощность мотора (порядка 20%). Ну и контроль по току у меня планируется (GY-471 - до 3А). Ещё будет парковочное положение - в нулях как раз. Не панацея, конечно, но кой-какие меры предосторожности будут предприняты.
moscow
 
Сообщения: 56
Зарегистрирован: 06 сен 2019, 12:00


Вернуться в Механика

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 2

Mail.ru counter