In den letzten zehn Jahren wurden bemerkenswerte Fortschritte in der Motortechnologie für Robotik- und Hobbyanwendungen erzielt.Wir stecken nicht mehr mit beschissenen Bürstenmotoren fest, und jetzt haben wir ausgefallene (und billige!) Schrittmotoren, bürstenlose Motoren für Drohnen und Servomotoren.Dies hat zu einigen unglaublichen Errungenschaften geführt;Drohnen sind mit Bürstenmotoren kaum noch möglich, und ohne Encoder kann man keinen Roboter bauen.Für seine Teilnahme am Hackaday-Preis stellt sich [Gabrael Levine] einer der schwierigsten Robotik-Herausforderungen, die es gibt: dem zweibeinigen Roboter.Es ist ein Chickenwalker oder ein AT-ST;In jedem Fall benötigen Sie viel Leistung auf sehr kleinem Raum, und hier kommt der OpenTorque Actuator ins Spiel. Es ist ein Quasi-Direktantriebsmotor, der ursprünglich vom MIT Biomimetics Lab entwickelt wurde.Das Hauptmerkmal des OpenTorque-Aktuators ist die Verwendung eines großen bürstenlosen Motors, eines Drehgebers und eines kleinen 8:1-Planetengetriebes.Dadurch kann der Motor rückwärts angetrieben werden, Kraftmessung und Open-Loop-Steuerung durchführen, und da dieser Aktuator 3D-gedruckt ist, ist er wirklich billig herzustellen.Aber ein Motor ohne Chassis ist nichts, und hier kommt der Blackbird Bipedal Robot ins Spiel. Gemäß den Best Practices des Roboterdesigns wird die Kinematik zunächst in der Simulation getestet, parallel dazu erfolgt der mechanische Aufbau.Das heißt, es gibt einige großartige Videos von diesem herumstolzierenden Chickenwalker (unten verfügbar), und bisher sieht alles großartig aus.Dieser zweibeinige Roboter kann sich drehen, gehen, gieren, und es wird weiter daran gearbeitet, diesen vogelbeinigen Roboter zum Stillstand zu bringen.Würde es auf einem Grill schmecken?Vielleicht nicht.Tolle Arbeit aber!Je nachdem, welchen Sie bekommen, könnte es ein wenig Chewie sein.Ich sehe, was du da gemacht hast.Ich koche mein Tauntaun bis es lauwarm ist.Elektromotor mit Planetengetriebe?Ok.Warum überhaupt Wissenschaftler, die an Zweipedalen (oder einer anderen Nachbildung der menschlichen/tierischen Bewegungsart) arbeiten und herkömmliche Elektromotoren verwenden?Es scheint, dass die Natur lebende Organismen auf diese Weise entworfen hat, weil dies die effizienteste Anordnung ist, die mit einem verfügbaren Aktuator – Muskel – erreicht werden kann.Wenn die Menschheit keinen Aktuator erfindet, der ähnliche Eigenschaften wie ein Muskel hat, scheinen all diese Bemühungen Zeitverschwendung zu sein.Ja – es gibt auch Zahnstangen-, Schnecken- oder Schraubenantriebe.Jedes mit seinen Vor- und Nachteilen.Und das kann immer noch nicht die Natur replizieren, die weder an Geschwindigkeit noch an Leistung fehlt.Boston Dynamics scheint hauptsächlich Hydraulik zu verwenden.Auch ein Blick auf „Soft Robotics Inc“ lohnt sich – das ist ein ganz anderer Ansatz, wie eine Energie in eine Bewegung umgewandelt werden kann.„Warum arbeiten Wissenschaftler überhaupt an Zweipedalen (oder jeder anderen Nachbildung der menschlichen/tierischen Bewegungsweise) und verwenden traditionelle Elektromotoren?”Also sollten „wir“ (das königliche Wir) einfach herumsitzen, bis der Muskelaktor aus dem Nichts auftaucht, um unsere Mobilitätsprobleme zu lösen, und aufhören, unsere Zeit mit weniger als der perfekten Lösung zu verschwenden?Zu Ihrem Punkt gibt es einen großen Vorteil der Hydraulik gegenüber Elektromotoren: In einer statischen Konfiguration (nicht in Bewegung) verbraucht die hydraulische Betätigung im Wesentlichen 0 Strom.Elektromotoren wie dieser benötigen eine konstante Stromstärke, um einem Rücktreiben zu widerstehen.Natürlich gibt es immer Möglichkeiten, das zu umgehen;Verwendung von Dehnungswellenantrieben, elastischen Stützstrukturen wie beim Cassie-Bot von Agility Robotics, um sicherzustellen, dass statische Konfigurationen immer Gewicht entlang der Schwerkraftachse übertragen usw.Die wissenschaftliche/technische Gemeinschaft ist sich im Allgemeinen einig, dass künstliche Muskeln die beste Lösung für dynamische Roboter mit Beinen wären, und das Design der Motor-/Hydrauliksteuerung erfolgt normalerweise so, dass es die Eigenschaften von Muskeln nachahmt.Der Grund, warum Robotiker sie nicht für Roboter mit Beinen verwenden, liegt darin, dass künstliche Muskeln für diese Anwendung noch nicht wirklich bereit sind.Während sie im Handel erhältlich sind (siehe https://www.festo.com/us/en/p/fluidic-muscle-id_DMSP/?q=~:relevance), sind die Muskeln immer noch zu schwach oder laufen mit Druckluft, also t schneiden Sie es für laufende Roboter.Auch ohne den Einsatz von Muskeln können Sie sehen, dass Roboter mit Beinen, die diese Art von Motoren oder Hydraulik verwenden, in verschiedenen Aspekten der Leistung von Tieren nahe gekommen sind (die MIT Cheetah-Motoren sind stärker als Muskeln, und der Cassie-Roboter von Agility Robotics geht mit einem ähnlichen Energiekosten für zweibeinige Tiere).Wenn sich Ihre Frage weniger auf die Wahl des Stellantriebs als vielmehr darauf bezog, warum Roboter mit Beinen überhaupt verwendet werden, lautet die Antwort, weil wir unsere Welt zum größten Teil für Menschen mit Beinen entworfen haben.Es gibt auch kompliziertes natürliches Gelände, aber zum größten Teil werden Roboter mit Beinen zum Treppensteigen verwendet.Bis zu diesem Zeitpunkt haben sich die Beine trotz ihrer Fallstricke als die beste Methode der terrestrischen Fortbewegung erwiesen, um mit einer Vielzahl von Hindernissen umzugehen.„Sie können sehen, dass Roboter mit Beinen, die diese Art von Motoren oder Hydraulik verwenden, in verschiedenen Aspekten der Leistung von Tieren nahe gekommen sind.“https://blog.machinefinder.com/3255/john-deere-walking-harvesterIch glaube, du verstehst es falsch.Ich bin ein großer Fan des Biomimetismus, und wenn ich mir die Natur ansehe, um Ideen zu bekommen, gibt mir das oft einen Einblick, wie man mit einer Situation umgehen könnte.Aber man muss auch den Kontext betrachten: In diesem Fall musste die Natur mit dem auskommen, was vorhanden war, und ein Großteil ist Kohlenstoff, der uns unsere Kohlenstoff-Lebensform gegeben hat.Was dann sagen kann, warum Muskeln und nicht etwas anderes.Zweitens hat der verwendete Motor eine Leistung von etwa 3000 W (folgen Sie dem Link, zum Github, BOM und dann haben Sie einen Alibaba-Link).Einfach auf sich wirken lassen. 3kW Leistung.Mit einem Wirkungsgrad von >90 %.Ein menschlicher Kraftradfahrer kann kaum 1000 W erreichen, und wenn er darüber hinausgeht, ist er wahrscheinlich ein Profi und kann dies nur für einen kleinen Moment halten (zu Ihrer Information, ein Fleischmuskel hat 20 % Effizienz).Bei einem Elektromotor ist dies nicht der Fall, er läuft so lange, wie Sie ihm Energie geben (naja, das Gleiche könnte man mit einem Muskel sagen…).Tatsächlich würde ich sagen, dass dies der springende Punkt ist, es hat Zugang zu einer ganz anderen Energiequelle, die eine bessere Effizienz und natürlich mehr Leistung ermöglicht.Drittens erwarte ich nicht, dass sich mein Roboter selbst rekonstruiert, wenn er beschädigt ist (oder nun, wir sind dem Untergang geweiht).Der Roboter wird sich in einem anderen Ökosystem entwickeln als jedes Tier.Also ja, wenn Sie einen Roboter bauen wollen, der sich in einer Umgebung wie der Natur wie ein Tier verhalten kann und die gleichen Vorteile hat (in der Lage ist, sich selbst zu erhalten + Autoreparatur), sind Fleischmuskeln wahrscheinlich der richtige Weg.Andernfalls kann eine andere Lösung für eine spezifischere Aufgabe oder Umgebung effektiver sein!PS: Entschuldigung für die Fehler, Englisch ist nicht meine MutterspracheDieser Motor hat keine 3000 Watt Ausgangsleistung.Er hat ein theoretisches Spitzenausgangsdrehmoment von 80 Nm, aber da der Strom auf 60 Ampere begrenzt ist, um ein Schmelzen zu verhindern, ist das Drehmoment auf 28 Nm begrenzt, was bedeutet, dass der Motor mit 107 rad/s (1021 U/min) drehen sollte, um 3 zu erreichen kW Ausgangsleistung.Bei einem Untersetzungsgetriebe von 8:1 bedeutet dies jedoch, dass der BLDC-Motor mit 8200 U / min drehen sollte.Dies bedeutet, dass die Antriebsfrequenz so hoch ist, dass die Spulenimpedanz den erforderlichen Strom nicht mehr durchlässt und der Motor das Drehmoment nicht aufrechterhalten kann.Dieser Motor ist für den Betrieb mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl ausgelegt, was bedeutet, dass sein Wirkungsgrad nicht annähernd 90 % beträgt.Es verbringt die meiste Zeit damit, als elektrische Heizung zu fungieren, um ein Haltemoment bereitzustellen.Die Auslegungsdrehzahl für den Motorkern beträgt 5600 U/min bei 48 Volt und die maximale Eingangsleistung liegt bei etwa 3 kW.In Wirklichkeit kann der Motor jedoch ein Drehmoment von 4,95 Nm aushalten, multipliziert mit 8, abzüglich Reibungsverluste, was etwa 28 Nm ergibt, was einen Drehmomentwirkungsgrad von 71 % für den Antriebsstrang bedeutet.Die Energieeffizienz ist eine andere Sache und hängt davon ab, ob sich der Motor gerade dreht.Ohne Bewegung wird keine Arbeit geleistet, also ist die Effizienz gleich null.Dieser Motor wird relativ zur Nennausgangsdrehzahl (700 U/min nach den Gängen) mit einer sehr niedrigen Drehzahl drehen, was bedeutet, dass der Wirkungsgrad sehr niedrig sein wird – im niedrigen 10%-Bereich.Gute Punkte, habe die Zahlen nicht aufgeführt, aber ich behaupte immer noch, dass wir im weiteren Sinne wissen, wie, wenn der Autor den Motor nicht mit seiner Nennleistung verwendet, was ein weiteres Problem ist, das nicht auf die erste Frage antwortet Um etwas effizienter als die Natur für eine ganz bestimmte Aufgabe und eine andere Umgebung zu machen, verwenden wir immer noch Elektromotoren.Aber du hast recht, ich habe nicht daran gedacht, dass der Motor bei seiner Nennleistung gar nicht läuft!> Wenn der Autor den Motor nicht mit seiner Nennleistung verwendet, ist dies ein weiteres Problem, das nicht auf die erste Frage antwortetNein, es ist genau das Problem, um das es geht.Dies ist der Kompromiss, den Sie haben, wenn Sie für diese spezielle Aufgabe einen Elektromotor verwenden.Eine hohe Effizienz erreichen Sie nur mit einem Motor, der Drehmoment gegen Geschwindigkeit eintauscht, aber dann müssen Sie ein hohes Untersetzungsverhältnis verwenden, und das bedeutet, dass Sie den Mechanismus nicht mehr rückwärts antreiben können.Es bedeutet auch, dass Ihr Motor eine hohe Trägheit hat (große Drehzahl- und Drehimpulsänderungen), wodurch er langsam die Richtung ändert.Wenn Sie Effizienz wollen, wird der Roboter langsam und ungeschickt.Effizient oder dynamisch – beides geht nicht.Dieser Motor ist nicht für hohes Drehmoment und niedrige Drehzahl ausgelegt, da ein Motor für UAV wiederverwendet wurde.Der kundenspezifische MIT-Motor für Gepardenroboter hat einen halben Widerstand als der vorherige, der im Schritttempo einen Wirkungsgrad von etwa 25% hat (50% des kundenspezifischen Motors unter gleichen Bedingungen).Ja, es geht um den Ankerwiderstand.Das MIT-Team entwickelte einen neuen 8-Phasen-Motor (mit höherer Steckplatznummer, der vorherige hat 81 Steckplätze und einen Steckplatz für die Stange) mit einer maximalen Drehmomentdichte von etwa 40-45 Nm/kg (ohne Gehäuse und Untersetzungsgetriebe).Sicher eine großartige und interessante Leistung, aber an diesem Punkt ist eine Radialmaschine fast an ihrer praktischen Grenze.Für eine axiale Maschine ist eine andere Geschichte, Drehmomentskala mit dem Kubikradius statt dem Quadrat.Mit einer Doppelrotorkonfiguration können wir zwei „aktive Oberflächen“ und damit eine höhere Sättigungsgrenze haben.Die interessanteste Konfiguration ist die von magnax erstellte.Jochlose Axialmaschine mit einem Füllfaktor von 90 % (konzentrierte Wicklung, also kein Kupfer im „Überschuss“) und einem effizienten Aluminiumkühlkörper.In diesem Fall ist es möglich, einen ausreichend niedrigeren Widerstand für eine hohe Effizienz und eine deutlich höhere Drehmomentdichte zu haben….Der Hauptnachteil der Verwendung von Getriebemotoren für die Robotik besteht darin, dass Sie ein sich schnell drehendes Schwungrad erhalten, das die Richtung ändern oder schnell stoppen / starten muss.Die im Rotor gespeicherte Energie steigt im Quadrat seiner Drehzahl an, sodass der Motor seine gesamte Kraft aufwendet, um seine eigene Trägheit aufzuheben.Muskeln tun das nicht.Als ich das letzte Mal nachgesehen habe, war die Natur wirklich schlecht bei Planetengetrieben, Lagern und allgemein bei allem, was sich dreht.Vielleicht liegt es daran, dass es zusätzliche Einschränkungen für Materialien und die Anforderung gibt, dass das Ding tatsächlich wachsen und funktionieren muss, während es wächst.Wir haben solche Probleme nicht, also können wir fortschrittlichere Maschinen verwenden.Die Natur macht gelegentlich vollständig rotierende Systeme: Die Geißeln, die Bakterien verwenden, um sich zu bewegen, und der Kern des Enzyms, das alle Lebewesen verwenden, um Adenosintriphosphat herzustellen, beides sind Proteinstrukturen, die sich kontinuierlich in eine Richtung drehen.Allerdings machen Proteine ​​schlechte Lager.Die Evolution arbeitet mit dem, was ihr zur Verfügung steht, und sie kann in einem lokalen Optimum stecken bleiben, das sich auf die Muskeln konzentriert, denn um zu einer (möglicherweise) theoretisch überlegenen Rotationslösung zu gelangen, wären viele Generationen von Tieren erforderlich, die mit den Muskeln nicht konkurrenzfähig waren. optimierte Lösungen, die wir jetzt haben, also ist es nicht machbar.Die Evolution trifft keine guten Entscheidungen, sie optimiert nur den Zufall.Elektrische Drehantriebe sind genial.Für den Anfang können sie ein unglaubliches Verhältnis von Leistung zu Gewicht haben.Bedenken Sie, dass die meisten bürstenlosen Hobbymotoren sich selbst und einige Batterien vom Boden abheben können.Teilweise recht schnell, wie dieses Video zeigt: https://www.youtube.com/watch?v=YHvC3KRTxO0.Ein weiterer Grund ist, dass Elektromotoren mit Wirkungsgraden von über 90 % recht effizient sind.Muskeln erreichen nur 18-26 % Effizienz, obwohl dies etwas unfair ist, weil Muskeln von chemischer Energie zur Arbeit gehen (https://en.wikipedia.org/wiki/Muscle#Efficiency).Elektrische Rotationsstellglieder sind ziemlich zuverlässig, wobei Roboterarme auf der Basis von elektrischen Rotationsstellgliedern mittlere Ausfallzeiten von 100.000 Stunden oder mehr erreichen.Das sind mehr als 10 Betriebsjahre!Da wir außerdem Elektrizität schneller bewegen können als Flüssigkeit oder Luft, können wir eine viel feinere Steuerung erreichen.In der Hydraulik und Pneumatik breiten sich Druckänderungen mit Schallgeschwindigkeit aus, während sich Elektrizität nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.Folgendes ist mit Hydraulik oder Pneumatik sehr schwierig: https://www.youtube.com/watch?v=m76NmLypo1I.Funktional ist mit elektrischen Drehaktuatoren alles möglich, was Muskeln können.Ein wichtiger Grund für die Verwendung von Muskeln, die ein Gelenk in beide Richtungen ziehen, besteht darin, dass wir durch die gleichzeitige Kontraktion beider Muskeln die Steifheit und Dämpfung des Gelenks erhöhen können.Wir nennen dies variable Impedanzsteuerung.Dafür gibt es Ansätze mit elektrischen Drehantrieben, einige davon wurden sogar hier auf dem Hackaday vorgestellt: https://hackaday.com/2016/02/25/variable-stiffness-joints-for-robots-and-more/ .Darüber hinaus ist es sogar vorteilhaft, reine Rotationsaktuatoren anstelle von Linearaktuatoren zu verwenden, um Muskeln nachzuahmen.Ein Drehgelenk kann steifer sein als die Verwendung eines Linearaktuators, um eine Drehbewegung zu erzeugen, da mehr Material vorhanden ist, das sich verformen kann.Roboter sollten möglichst steif sein, damit sie nicht so stark wackeln und präzisere Bewegungen schneller ausführen können.Ja, die Drehmomentdichte von elektrischen Drehantrieben könnte verbessert werden.Die Leistungsdichte von rotierenden elektrischen Stellantrieben ist größer als die von Muskeln, aber wir erzielen eine hohe Leistung bei hohen Drehzahlen mit niedrigem Drehmoment.Dies könnte mit besseren Getrieben und Getrieben verbessert werden.Kühlung ist eine weitere Möglichkeit, die Drehmomentdichte zu erhöhen.Wir können mehr Drehmoment herausholen, wenn wir einen höheren Strom an unsere Motoren anlegen, aber dies führt dazu, dass sich unsere Motoren erwärmen, was den Widerstand erhöht, mehr Wärme verursacht und schließlich ein thermisches Durchgehen (Feuer oder Schmelzen) verursacht.Indem wir unsere Motoren kühlen, können wir dies vermeiden.Ein großer Teil des Grundes, warum Schaft die erste DARPA-Robotik-Challenge gewann, war, weil sie eine Möglichkeit gefunden hatten, Motoren zu kühlen, die es ihnen ermöglichten, mehr Drehmoment zu erzeugen.Ich möchte auch darauf hinweisen, dass Hydraulik und Pneumatik eine Form der Übertragung sind.Sie betätigen sich nicht von selbst, ein Aktuator an anderer Stelle erzeugt Flüssigkeitsdruck, um sie zu bewegen.>Dies könnte mit besseren Getrieben und Getrieben verbessert werden.Das ist eine ziemlich große Aufgabe, denn das Getriebe muss a) rückwärts fahrbar, b) hoch übersetzt, c) schnell wirkend seinWenn Sie ein Getriebe mit fester Übersetzung haben, gehen Sie immer einen Kompromiss zwischen Drehzahl und Drehmoment ein.Beides gleichzeitig kann man nicht haben.Wenn Sie das Drehmoment erhöhen, indem Sie das Übersetzungsverhältnis erhöhen, können Sie die Zahnräder nicht mehr rückwärts antreiben und der Mechanismus ist nicht mehr nachgiebig.Wenn Ihr Roboter aufstampft, geben seine Gelenke nicht nach und der Stoß auf das Getriebe reißt die Zahnräder ab.Um dies zu umgehen, müssen Sie eine Art variablen Übersetzungsmechanismus mit Rutschkupplungen usw. implementieren, der mechanisch komplex ist und an Effizienz verliert, oder Sie können einfach in den sauren Apfel beißen und viel Strom bei geringem Wirkungsgrad durch einen Direktantrieb pumpen BLDC-Motor.Was ich mir für einen Hühnergeher wünsche, ist, den Akku in einem Elektroauto mobil zu machen, damit er aus dem Auto aussteigen und sich selbst wechseln oder zu einem in meiner Wohnung aufgestellten Ladegerät gehen kann.Können Sie sich Batteriepakete für motorisiertes Gehen für EV-Fahrzeuge vorstellen, die in Gebieten geparkt sind, in denen es keine EV-Ladestationen gibt?Genial, nicht ganz sicher, ob es praktisch ist, aber genial.TBH Ich würde zuerst einen P-5000 Powered Work Loader wollen, er könnte die gleiche Arbeit erledigen, er könnte das Auto bewegen.Warten Sie, warum nicht Stepper verwenden, um das Problem mit dem Haltemoment zu lösen?Großes Haltemoment und Rücklauffähigkeit scheinen konkurrierende Anforderungen für elektrische Aktuatoren zu sein.Vielleicht kann eine aktive Nachgiebigkeit unter Verwendung von Kraftrückkopplung anstelle von rücktreibbaren Aktuatoren verwendet werden.Es kann, aber die Geschwindigkeit des Motors begrenzt Sie wieder.Wenn der Motor nicht schnell genug reagiert (zu viel Trägheit hat), blockiert Ihr Getriebe durch Reibung.Angenommen, Ihr Rotordurchmesser beträgt 50 mm und die Masse beträgt 100 Gramm, die um den Durchmesser (den Magnetring) verteilt sind. Wenn sich der Motor mit 10.000 U / min dreht, speichert er 34 Joule Energie im Impuls des Rads.Trotzdem haben Sie möglicherweise ein 100: 1-Untersetzungsgetriebe für den Ausgang, sodass sich Ihr Aktuator mit gemächlichen 100 U / min dreht.Wenn Sie die Bewegung des Aktuators in 100 Millisekunden umkehren möchten, müssen Sie den Motor bremsen und Energie in die entgegengesetzte Richtung gewinnen, was bedeutet, dass Sie 68 Joule Energie in 1/10 Sekunde aufbringen müssen, was bedeutet, dass Sie müssen 680 W in den Motor stecken.Sie kämpfen die ganze Zeit gegen die Trägheit des Motors, nur damit er rechtzeitig startet und stoppt.Bitte seien Sie freundlich und respektvoll, um dazu beizutragen, dass der Kommentarbereich ausgezeichnet wird.(Kommentarrichtlinie)Diese Seite verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren.Erfahren Sie, wie Ihre Kommentardaten verarbeitet werden.Durch die Nutzung unserer Website und Dienste stimmen Sie ausdrücklich der Platzierung unserer Leistungs-, Funktions- und Werbe-Cookies zu.Mehr erfahren