Motorval till gräsklipparrobot

[Todde]

Hej alla!

Jag har tänkt mig att bygga en gräsklipparrobot och har problem med att välja motorer. Tänkte höra om någon här kan hjälpa mig?

Jag uppskattar att hela ekipaget kommer att väga ca. 5 kg. Maxhastighet har jag lite svårt att bestämma men någonstans mellan 0,5 till 1,5 km/h tippar jag på kan vara lagomt. Däckomkrets ca. 47 cm. Har tänkt mig två drivande hjul med respektive motor och en motor för klippardelen.

Jag tänkta använda Aurdino som hjärna.

Jag har kollat på följande två motorer vad gäller drivning av ekipaget:

Motor 1 1:200
Motor 2 1:100

Hjulomkrets på drivande hjul: 47 cm

Jag antar att motorerna kan varva på 4650 rpm vid belastning.

Motor 1:
Nedväxling: 200
Max rpm: 23,25
Max hastighet: 18,2 cm/s (0,66 km/h)

Motor 2:
Nedväxling: 100
Max rpm: 46,5
Max hastighet: 36,4 cm/s (1,3 km/h)

Jag har en massa frågor om det här:

1. Jag undrar om motorerna har tillräckligt vrid och kraft för att driva ett ekipage på 5kg i säg max 30 graders lutning, i ca. 1-2 timmars pass åt gången?

2. Om jag väljer motor 2 kanske tophastigheten blir lite för hög, men kan man justera ner motorns rpm med lämplig drivarkrets?

3. Hur lågt kan man dra ner motorerna, vilken rpm bör dom jobba på för att ha bra vrid samt vara effektiva på strömförbrukning och inte bli överhettade?

4. Om inte dessa motorer är lämpliga för mitt ändamål, vad skulle ni rekommendera annars?

5. Vad skulle vara en lämplig drivarkrets till motorerna? Behöver något som kan styras med Arduino och tillåta nedbromsning samt fasvändning för att ändra riktning då den behöver svänga runt eller backa.

6. Vad för motor och rpm ska man satsa på till klippardelen? Har tänkt mig en klippdisk av kanske en plexiglasskiva och mattläggarknivsblad längst ut, vet ej vad det kommer att väga. Gräshöjden kommer inte vara hög (om så får jag dra igång bensinklipparen) då roboten är tänkt att hålla gräsmattan i trim hela tiden. Grovt skulle jag gissa att 600 - 1200 rpm skulle fungera på klipparmotorn.


Hoppas någon vänligen kan hjälpa mig med motorval? Även andra tips är varmt välkommen

Jag kommer att uppdatera med hur det går, eller kanske göra en tråd i projekt-forumet och berätta om resan med text och bilder

Ha en skön sommar alla!

/Todde

[H.O]

Oj, det var många frågor på en gång....

1) Bägge "motorerna" använder i grunden samma motor sen är det två olika växlar på dom. Motorns vridmoment är specad till 35g/cm så med en utväxling på 1:100 har du 3500g/cm sen har du en verkningsgrad på 66% så ~2300g/cm. Dina hjuls omkrets är 43cm, dvs radien är ~7cm så du har en "kraft" längs periferin på 2300/7 = 328g (kraft mäts inte i gram jag vet...). Sen har du två motorer så tillsammans ~650g. I princip betyder detta att om din robot väger 650gram så räcker motorerna för att köra den rakt upp längs en vägg. Nu ska du ju inte göra det utan lutningen är 30°. Sen får man inte glömma att räkna in friktion mot underlaget och det motstånd som själva klippningen bidrar med - hur mycket det är? Ingen aning....

2) Ja du kan sänka hastigheten hur mycket du vill, vridmomentet du kan ta ut är i princip det samma, se (3).

3) Du kan köra de hur sakta som helst, så länge du inte låter de dra mer ström än de tål blir de inte överhettade (spänning=hastighet, ström=vridmoment) men det är effekt som utför arbete. Effekten är produkten av varvtal och vridmoment och eftersom det vridmoment du kan plocka ut ur motorn i princip är samma oavsett varvtal så sjunker motorns effekt när du sänker vartalet. Så att köpa en motor som man ändå inte tänker köra fortare än 60% av dess märvartal är egentligen att köpa en för "stor" motorn. Du hade klarat dig med en mindre motorn genom att anpassa utväxlingen så att "hela" motorn utnytjas. Ibland går inte det av förklarliga skäl.

Du skulle kunna sätta en remtransmision på 1:1.5 eller nått sånt mellan växel och hjul för att på så sätt utnyttja motorn bättre.

4) Inga kommentarer f.n.

5) Det finns ett antal motordrivkort, till exempel detta men för att bestämma vilket som passar bäst måste du först "sätta" motorerna då de dikterar vilken drivspänning och hur mycket ström kortet måste klara. Det jag länkade till ovan klarar rätt stora motorer.

6) Ingen aning, men en kompis har en robotklippare och den har tre mindre knivar med varsin motor - jag tror det är en rätt bra lösning. De motorerna är i storleksordningen som Redbull burk fast lite kortare, kanske 30-40W.

[Todde]

Tackar för utförligt svar, det hjälper mig definitivt på väg rejält!

Jag klurade på hur jag skulle uppskatta friktionen, och kom på att jag kan montera upp hjulen som jag tänkt använda på nån låda, slänga i den vikt jag tror allt ska väga (+ lite till) sedan går jag till det ställe på tomten med brantaste lutning och fäster en fiskvåg i ekipaget och accelererar det hela uppför så som jag tycker att den ska klara att accelerera och läser av.

Med avläsningen (kan lägga till lite för att vara säker) kan jag räkna bakvägen till vilket vrid jag behöver på motorerna eller hur?

Din kompis verkar ha kraftfulla motorer för klippning. Hur stort batteri har han och hur lång klipptid får han?

Jag provade din länk till drivarkrets men får inte fram artikeln utan huvudsidan, hur hittar jag den?

Idén med 3 klippmotorer gillar jag, med lite strategisk placering kan man nog få bra klippbredd och precision nära kanter. Dessutom borde det räcka med mindre motorer och därmed kanske strömförbrukningen går på ett ut jämfört med en klippmotor.

Jag tar gärna emot mer tips och synpunkter och gärna på klipparmotorval och lämpligt varvtal. Nån som har en idé på hur jag ska uppskatta vilket vrid och rpm som behövs?

/Todde

[PHermansson]

Har själv börjat fundera på att bygga något liknande. Som grund har jag tänkt att använda en vanlig eldriven gräsklippare som står här. Jag skulle kunna kolla vad det är för motor & kniv på den.

[Todde]

Kolla gärna vad det är, intressant

[H.O]

Bra idé med fiskevågen, när du vet hur mycket kraft det går att att accelerera den till "march-fart" i max uppförsbacke är det en smal sak att räkna baklänges för att få fram erfoderligt vridmoment.

Jag har bara sett hans maskin med locket av en gång, det är en köpt maskin. Batteripacken var rätt stor, gissar på 20-25 D-celler av okänt märke och med okänd kapacitet. Har ingen aning om hur lång klipptid de ger, beror så klart också på hur tungt den går.

Storleksmässigt så är nog klippmotorerna som jag beskrev (d.40-45mm l.75-80mm) men min uppskattning på 30-40W per motor är en gissning, jag tenderar att jämföra med motorer av betydligt högre kvalitet så effekten kanske är lite lägre än så. Knivarna, två blad, kanske 100mm i "diameter" - allt från minnet. Tyvärr vet jag inget om vartalet.

Nej, länka till Lawicel gick tydligen inte så bra, sök istället på POL-0707 och POL-0708, jag kan inte på rak arm säga vad som skiljer de två (förutom att de använder två olika drivkretsar såklart) så du får läsa specifikationerna.

[tanner]

6) de fabriksbyggda robotklippare som jag kollat på har legat mellan 1700-4000 rpm på klipparmotorn

[PHermansson]

Får skruva isär en de för att se motorn i detalj. Hittade iaf lite info och tog några kort:

http://service.blackanddecker.se/Produc ... uctID=2478

[j.po]

Här kommer bild på min första prototyp, med plywood och smältlim går det enkelt att bygga en prototyp, mer seriöst chassi blir det när är jag vet att det fungerar med valda motorer m.m.
Allt kommer från skrotlådan, mina motorer gör ca 60rpm vid 12V, hjuldiameter ca10cm. Det är 24V motorer men dom går på 12-14V vilket är bra för ljudnivån men dom blir klart svagare, för att få upp momentet behövs högre spänning så det stämmer inte helt att du kan sänka drivspänningen för att få ner varvtalet, vridmomentet skunker med sänkt spänning. Jag hade nog valt 1:100 motorn OM den är stark nog.

Till klippdisk jag offrat en CD, det ger ca 16cm klippdiameter, fästs med ett passande kugghjul på motoraxeln.
Klipp motorn drar 150mA i tomgång (24V) men behöver matas med 30V 1A vid tjockt gräs.

Enklaste framback får du med ett 2-poligt växlande relä, ett till var motor. Sedan matar du motorn med en NPN-Darlington transistor t.ex. BDX33. För att ändra hastigheten kan du pulsbreddsmodulera transistorn. Önskas schema på denna lösning?

[H.O]

> Det är 24V motorer men dom går på 12-14V vilket är bra för ljudnivån men dom blir klart svagare, för att få upp momentet behövs högre spänning så det stämmer inte helt att du kan sänka drivspänningen för att få ner varvtalet, vridmomentet skunker med sänkt spänning.

Om du tittar i databladet på en DC-motor så finns det i princip tre parameterar som har störst betydelse här:
1) Kv - Benämns ofta voltage constant, speed constant eller back emf och är helt enkelt hur fort motorn snurrar i förhållande till spänningen, brukar stå nåt i still med 4.5V/1000rpm.
2) Kt - Benämns ofta torque constant och är hur mycket vridmoment motorn ger i förhållande till den ström som går genom lindningen, brukar stå nått i stil med 0.015Nm/A.
3) Armature resistance vilket helt enkelt är resistansen i koppartråden som lindningen är uppbyggd av samt eventuellt kollektor, kol etc. eller lindningens resistans.

Det moment motorn ger står i direkt proportion till den ström som går genom lindningen. Ta motorn ovan, kör 3A genom lindningen så ger den 0.045Nm - det spelar ingen roll vilken spänning du har så länge den är tillräckligt hög för klara att driva 3A genom lindningens resistans. Om lindningens resistans vore 1 ohm krävs det alltså minst 3V. Du kan driva motorn med 12V eller 24V, det spelar ingen roll - när det går 3A genom lindningen ger motorn 0.045Nm.

När motorn är obelastad (avger "noll" vridmoment och drar "noll" ström) roterar den med 3/4.5*1000=667rpm, när belastningen på motorn ökar (strömmen genom den ökar) stiger IR-förlusten (spänningsfallet över lindningens resistans) och när vi plockar ut 0.045Nm är strömmen så hög (3A) att det inte längre finns någon spänning kvar att "driva runt" motorn med - all inmatad effekt blir till värme, rotorn står still och motorn avger ett vridmoment på 0.045Nm.

För att motorn skall rotera med 4000rpm krävs det 18V. Om vi lägger 18V över lindningen och plockar ut 0.045Nm (motorn drar alltså 3A) så tappar vi återigen 3V över lindningen resistans (som blir till värme). Kvar blir 15V att "driva runt" motorn med. Den verkliga hastigheten blir 15/4.5*1000=3333rpm.

Så, jag står fast vid min tidigare ståndpunkt att det moment motorn kan avge är konstant oavsett hastighet - så länge spänningen är tillräckligt hög för att "driva" den erforderliga strömmen genom lindningen.

[j.po]

Visst är det så men Av praktisk erfarenhet på dessa små motorer är 12V på en 24V motor inte tillräckligt hög spänning för att ge fullt moment, vill man ha fullt moment är det alltså inte tillräckling med 50% av matningsspänningen. Bra att veta när man väljer batteri till framdrivningen.
Resistansen på mina motorer är 20-25ohm, mätt vid 5Vdc, stillastående motor, alltså 0.2-0.25A.

Sen kan det ju vara bra att mata motorn med 12V då den inte blir lika stark och därmed sparar växellådan, men det är ju en helt annan sak.

[H.O]

Nej för i det fallet räcker ju bevisligen inte halva spänningen till för att driva erforderlig ström genom lindningen. Men meningen var ju inte, vad jag förstod i alla fall, att köra motorn på halva hastigheten genom att sänka matningspänningen till häften utan att använda en PWM-stryrning och då går det ju alldeles utmärkt, även med så pass hög resistans:

2. Om jag väljer motor 2 kanske tophastigheten blir lite för hög, men kan man justera ner motorns rpm med lämplig drivarkrets?

[Todde]

Ursakta att jag forsvann utan att tacka for input.

Jag tog mig en lang paus och inget har blivit av, men jag tackar for era tips och rad.

Jag har iaf. kopt en fiskevag som jag namner om tidigare. Kommer nog att fortsatta detta projekt till varen nagon gang (ursakta saknaden av svenska tecken, jag sitter pa ett icke-svenskt os och tangentbord).

j.po: du far garna visa schema om du har mojlighet.

Har onskat mig en Arduino mm. i julklapp, hoppas tomten tycker jag varit tillrackligt snall sa jag far det

God Jul alla!

/Todde

[Todde]

Nu när gräset växer som tusan igen har tankarna på att köpa eller bygga en gräsklipparrobot återkommit. Tomten kom förresten med en Arduino

Jag hoppas att jag kan låna er expertis igen angående motorval. Jag har hängt upp hjul på en platta samt lagt på vikter. Hela ekipaget väger 10kg men jag tror mitt slutgiltiga bygge kommer att väga mindre.

Tog en digital fiskevåg med 5 grams noggranhet testade att accelerera ekipaget i den brantaste sluttning på tomten (upprepade gånger). Ca 4.1 Kg toppar det på. Vid plant underlag ligger hamnar det på cirka 2 Kg.

Nu är mina fysikkunskaper från gymnasiet rostiga. Skulle behöva hjälp med tänk och formler för att bestämma motor.

Vad jag tror är följande (med hjälp av H.Os tidigare post):

Jag tar i och säger att jag behöver 60N för att driva ekipaget i det värsta lutet så har jag marginal samt att den valda motorn kanske kan arbeta lite lugnare där det är plant vilket det är nästan på hela tomten.

Hjulen har en radie på ca. 7,48 cm. Jag ska ha två motorer som driver och undrar då om 30 N/7,48 cm = 4.01 N/cm är vad en motor ska klara av i vrid? Jag kan tro att en sådan motor blir dyr. En billigare motor med växellåda hamnar nog bättre i pris.

Är det en växellåda på 1:100 så behöver den klara av 4,01/100 = 0,0401 N/cm (kan man försumma friktion i växellådan?)

Motor 2 från första posten ligger på 35g/cm dvs. 0,35 N/cm * 0,66 (verkningsgrad) = 0,231 N/cm om jag räknar rätt.

Motorn vid belastning ska snurra på 4650 rpm och med nedväxling och hjul på 47cm omkrest kommer den att köra 36,4 cm/s vilket känns en smula fort? Jag kan ju pwm:a ner detta får att få den att gå långsammare, men går den för långsamt så måste jag leva med det eller köpa nya motorer och/eller växellådor.

Duger det med borst-motorer, eller ska man satas på borstlöst? Det blir kanske lite dyrare drivkretsar för borstlöst?

Mycket tacksam för input på detta och gärna också på lämplig styrkrets för motor, H-brygga, samt hur jag skulle kunna räkna ut val av klippmotor.

Mvh

Todde

[Gimbal]

Det går nog bra med borstade motorer. Mätte upp hastighet på en Wiper klippare, den tuggar runt i ca 1.3km/h. Känns som en lagom hastighet.