Thema: Entwicklung und Konstruktion einer mechatronischen ...das-lab.vs.eecs.uni-kassel.de/publications/Kubitza2015_Diploma1_Kicker... · Veranstaltung namens „Robot J-League“

UNIVERSITÄT KASSEL

FB 15 MASCHINENBAU

DIPLOMARBEIT 1

STUDIUM: MECHATRONIK

Thema: Entwicklung und Konstruktion einer

mechatronischen Schuss- und Dribbel-

Vorrichtung für einen Fußball-Roboter

Angefertigt von:

Matrikelnummer:

Fachgebiet:

Erstprüfer:

Zweitprüfer:

Betreuer:

Zweitbetreuer:

Nils Kubitza

25211476

Institut für Maschinenelemente und Tribologie

Prof. Dr.-Ing. Adrian Rienäcker

Prof. Dr Kurt Geihs

Dipl.-Ing. Christian Skaley

M. Sc. Stephan Opfer

Eidesstattliche Erklärung

Hiermit versichere ich, dass diese Diplomarbeit „Entwicklung und Konstruktion einer

mechatronischen Schuss- und Dribbel-Vorrichtung für einen Fußball-Roboter“

selbstständig verfasst habe und keine anderen als die angegebenen Quellen und

Hilfsmittel benutzt habe, alle Ausführungen, die anderen Schriften wörtlich oder

sinngemäß entnommen wurden, kenntlich gemacht sind und die Arbeit in gleicher oder

ähnlicher Fassung noch nicht Bestandteil einer Studien- Prüfungsleistung war.

Ort, Datum:___________________ Unterschrift:_____________________

Kurzzusammenfassung:

Gegenstand dieser Diplomarbeit ist die Weiterentwicklung der mechanischen Schuss- und

Dribbel-Vorrichtung eines Robocup Middle-Size-League Fußball-Roboters (Feldspieler).

Dabei wird ein Konzept entwickelt und in eine Konstruktion umgesetzt. Bauraum und

Komponenten werden zu diesem Zweck angepasst. Erfahrungswerte von Turnieren und

Stand-der-Technik Analysen in dieser Liga bilden die Grundlage für die Aufgabe. Sowohl

kinematische Konzepte als auch eine Komponenten-Recherche bilden die

Gegenkomponente um die Möglichkeiten gegeneinander abzugleichen. Kräfte in einer

dynamischen Umgebung werden abgeschätzt und fließen in eine robuste und agile

Konstruktion ein. Die Konstruktion wird dabei so ausgelegt, dass sie den Anforderungen

des Maschinenbaus, als auch der informationstechnischen Weiterverarbeitung und der

elektronischen Integrierbarkeit gerecht wird.

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung.............................................................................................................................1

1.1 Vorwort.........................................................................................................................1

1.2 Motivation.....................................................................................................................2

1.3 Robocup.......................................................................................................................3

1.4 Middle Size Robot League..........................................................................................4

1.5 Carpe Noctem Cassel..................................................................................................6

2 Roboter ...............................................................................................................................7

2.1 Ist-Zustand...................................................................................................................7

2.2 Bauraum......................................................................................................................9

2.3 Elektrischer Schuss...................................................................................................11

2.4 Schuss-Kraft..............................................................................................................12

2.5 Schuss-Geschwindigkeit............................................................................................13

2.6 Schuss-Mechanismus................................................................................................14

2.7 Dribbel-Mechanismus................................................................................................15

2.8 Bewertung Ist-Zustand...............................................................................................17

3 Stand der Technik.............................................................................................................19

3.1 MSL-Roboter von Tech United..................................................................................20

3.2 MSL-Roboter von Cambada......................................................................................23

3.3 MSL-Roboter von NuBot............................................................................................25

3.4 Bewertung - Stand der Technik.................................................................................27

4 Lastenheft.........................................................................................................................29

5 Konzeptphase...................................................................................................................30

5.1 Vorbereitung des Bauraums......................................................................................30

5.2 Design Schuss-Spitze................................................................................................31

5.3 Schuss-Kinematik Entwurf 1......................................................................................32





5.8 Antriebseinheit Dribbel-Mechanismus.......................................................................38

5.9 Vormodellierung Dribbel-Mechanismus.....................................................................41

5.10 Bewertung der Konzepte.........................................................................................42

6 Kräfteberechnung..............................................................................................................43

6.1 Kräfte Schuss-Mechanismus.....................................................................................43

6.2 Kräfte Dribbel-Mechanismus.....................................................................................46

7 Design Schuss-Mechanismus...........................................................................................48

7.1 Anpassung auf Liga-Regeln......................................................................................48

7.2 Vollständiges Konzept Schuss-Mechanismus...........................................................49

7.3 Antrieb........................................................................................................................50

7.4 Bremse.......................................................................................................................51

7.5 Kugelgewindetrieb.....................................................................................................52

7.6 Zahnriemen................................................................................................................56

7.7 Sensor........................................................................................................................59

7.8 Limitierung des Schuss-Mechanismus......................................................................60

8 Design Dribbel-Mechanismus...........................................................................................61

8.1 Vollständiges Konzept Dribbel-Mechanismus...........................................................61

8.2 Antrieb........................................................................................................................63

8.3 Rad............................................................................................................................63

8.4 Zahnriemen................................................................................................................66

8.5 Dämpfer.....................................................................................................................67

8.6 Federn........................................................................................................................69

8.7 Sensor........................................................................................................................72

9 Bauraum............................................................................................................................74

10 Schlussteil.......................................................................................................................76

10.1 Zusammenfassung..................................................................................................76

10.2 Ausblick....................................................................................................................77

11 Literaturverzeichnis:........................................................................................................78

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1.3.1: Robocup – Logo [Quelle: Robocup.org].....................................................3

Abbildung 1.4.1: Zulässige Ballfixierung [Quelle: [2] ]...........................................................4

Abbildung 1.4.2: Robocup WM 2013.....................................................................................5

Abbildung 1.5.1: Carpe Noctem Logo [Quelle: das-lab.net] .................................................6

Abbildung 2.1.1: CN Roboter komplett..................................................................................7

Abbildung 2.1.2: CN Roboter Front........................................................................................8

Abbildung 2.2.1: CN Roboter Bauraum Übersicht.................................................................9

Abbildung 2.2.2: CN Roboter Bauraum komplett................................................................10

Abbildung 2.3.1: Mechanismus Spule [Quelle: [3] ].............................................................11

Abbildung 2.4.1: Schuss-Kraft-Kurve [Quelle: [3] ]..............................................................12

Abbildung 2.6.1: CN Roboter Schuss-Mechanismus..........................................................14

Abbildung 2.7.1: CN Roboter Dribbel-Mechanismus...........................................................15

Abbildung 2.7.2: CN Roboter Übersicht Dribbel-Mechanismus..........................................16

Abbildung 3.1.1: Tech United Roboter komplett [Quelle: [4] ]..............................................20

Abbildung 3.1.2: Tech United Dribbel-Mechanismus [Quelle: [4] ]......................................21

Abbildung 3.1.3: Tech United Schuss-Mechanismus [Quelle [4] ].......................................22

Abbildung 3.2.1: Cambada Roboter komplett [Quelle: [5] ].................................................23

Abbildung 3.2.2: Cambada Roboter Schuss Mechanismus [Quelle: [5] ]...........................24

Abbildung 3.2.3: Cambada Dribbel-Mechanismus [Quelle: [5] ]..........................................24

Abbildung 3.3.1: NuBot Roboter komplett [Quelle: [6] ].......................................................25

Abbildung 3.3.2: NuBot Schuss-Mechanismus [Quelle: [6] ]...............................................26

Abbildung 3.3.3: NuBot Dribbel-Mechanismus [Quelle: [6] ]...............................................26

Abbildung 3.4.1: Gegenüberstellung Anordnung Dribbel-Räder.........................................28

Abbildung 3.4.2: Designvarianten Ballannahme..................................................................28

Abbildung 5.1.1: Vorbereitung Bauraum Grundplatte..........................................................30

Abbildung 5.1.2: Vorbereitung Bauraum Queransicht.........................................................31

Abbildung 5.1.3: Vorbereitung Bauraum Seitenansicht.......................................................31

Abbildung 5.3.1: Kinematik Entwurf 1 flach.........................................................................32

Abbildung 5.3.2: Kinematik Entwurf 1 hoch.........................................................................32

Abbildung 5.4.1: Kinematik Entwurf 2 hoch.........................................................................33

Abbildung 5.4.2: Kinematik Entwurf 2 flach.........................................................................33

Abbildung 5.5.1: Kinematik Entwurf 3 schräg-flach.............................................................34

Abbildung 5.5.2: Kinematik Entwurf 4 schräg-hoch.............................................................34



Abbildung 5.6.3: Kinematik Entwurf 4 Detaillierung.............................................................36



Abbildung 5.8.1: Maxon EC 45 flat 70 Watt [Quelle: maxonmotor.com].............................38

Abbildung 5.8.2: Maxon EC 32 flat 15 Watt [Quelle: maxonmotor.com]........................38

Abbildung 5.8.3: Maxon GP 42 C [Quelle: maxonmotor.com].............................................39


Abbildung 5.9.1: Vormodellierung Dribbel-Mechanismus....................................................41

Abbildung 6.1.1: Kräfte Spule..............................................................................................43

Abbildung 6.1.2: Kräfte Spule X-Richtung...........................................................................44

Abbildung 6.1.3: Kräfte Spule Z-Richtung...........................................................................45

Abbildung 6.2.1: Kraft-System Dribbel-Mechanismus.........................................................46

Abbildung 7.1.1: Designvarianten........................................................................................48

Abbildung 7.2.1: Komponenten Schuss-Mechanismus.......................................................49


Abbildung 7.3.2: Maxon RE 25 [Quelle: maxonmotor.com].................................................50

Abbildung 7.4.1: Bremse Maxon AB 28 [Quelle: maxonmotor.com]....................................51

Abbildung 7.5.1: Linear-Antrieb .........................................................................................53

Abbildung 7.5.2: Beispieldarstellung Flanschmutter [Quelle: maedler.de].........................53

Abbildung 7.5.3: Linearkugellager KB-ISO Serie 3 [Quelle: maedler.de]............................53

Abbildung 7.5.4: Kenndaten für SBN Miniaturkugellager [Quelle: sbn.de]..........................54

Abbildung 7.5.5: Kenndaten für SBN Miniatur-Schrägkugellagerpaar [Quelle: sbn.de]......54

Abbildung 7.5.6: Lagerung der Spindel...............................................................................55

Abbildung 7.6.1: Beispieldarstellung Spannsatz BAR [Quelle: maedler.de].......................56

Abbildung 7.6.2: Zahnriemenrad [Quelle: maedler.de]......................................................56

Abbildung 7.6.3: Feder zur Riemen-Vorspannung [Quelle: febcrotec.de]...........................57

Abbildung 7.6.4: Vorgespannter Riemen.............................................................................58

Abbildung 7.7.1: Sensor LFP [Quelle: novotechnik.de].......................................................59

Abbildung 7.7.2: Sensorposition des Linear-Antriebs..........................................................59

Abbildung 7.8.1: Limitierung Schuss-Mechanismus............................................................60

Abbildung 8.1.1: Komponenten Dribbel-Mechanismus Seitenansicht.................................61

Abbildung 8.1.2: Komponenten Dribbel-Mechanismus Draufsicht......................................62

Abbildung 8.3.1: Modellbaurad „Reely Straßenmodell Slick breit“ [Quelle: conrad.de]......63

Abbildung 8.3.2: SKF doppelreihiges Schrägkugellager [Quelle: skf.com].........................63

Abbildung 8.3.3: Schnitt Lagerung Dribbelrad.....................................................................64

Abbildung 8.3.4: Kenndaten Lager SKF 3200-A-2RS1TN9-MT33.....................................64

Abbildung 8.3.5: Auflagerreaktion Dribbelrad......................................................................65

Abbildung 8.4.1: Dribbel Riemenmontage...........................................................................66

Abbildung 8.5.1: Kleinstossdämpfer [Quelle: maedler.de]...................................................67

Abbildung 8.6.1: Federblock Feder......................................................................................69

Abbildung 8.6.2: Feder Dribbelarm Rückstellfeder [Quelle: febrotec.de]............................70

Abbildung 8.6.3: Feder Dribbelarmspanner [Quelle: febrotec.de].......................................71

Abbildung 8.7.1: Sensor Megatron ENA 22 [Quelle: megatron.de].....................................72

Abbildung 8.7.2: Sensor Novotechnik TX2 [Quelle: novotechnik.de]..................................73

Abbildung 9.1: Bauraum Vorderansicht...............................................................................74

Abbildung 9.2: Bauraum Hinteransicht................................................................................75

Abbildung 10.1.1: Roboter hat den Ball...............................................................................76

Abbildung 10.2.1: Roboter hat nicht den Ball......................................................................77

1 Einleitung 1

1 Einleitung

1.1 Vorwort

Diese Arbeit bildet einen Entwicklungsprozess einer mechatronischen Vorrichtung ab.

Dabei werden verschiedene Abwägungen getroffen und Gedankengänge abgebildet. Der

Prozess gliedert sich in eine ergebnisoffene Konzeptphase und eine zielgerichtete

Konstruktionsphase. Ziel ist es die bestmögliche Konstruktion mit effizienten schnellen

Entscheidungen anzustreben und die Möglichkeiten umfangreich zu erfassen.

1 Einleitung 2

1.2 Motivation

Durch mein langjähriges Engagement im Team von Carpe Noctem war es die logische

Konsequenz, mit dieser Arbeit einen Beitrag für das Team zu leisten. Das Team hat mir

geholfen mich in meiner Vertiefung der robotisch/mechatronischen Konstruktion erstmals

zu orientieren. Die offene Team-Struktur lud immer wieder zu spannendem Austausch und

interdisziplinärer Arbeit ein. Die fordernden Aufgaben im Team und die internationalen

Roboter-Turniere bedingten eine vertiefte Grundlagen-Studie und praxisnahes Arbeiten.

Ich halte das Team für eine sehr wertvolle Einrichtung in der studentischen selbst

orientierten Lehre.

Fachlich bedient diese Arbeit die immer komplexer werdende Konstruktion, die in dem hier

vorliegenden Umfang die Gebiete des Maschinenbaus, der Mess- und Regelungstechnik,

der Informationstechnik und der Elektrotechnik berücksichtigt. Robotische Helfer werden

zunehmend mehr von Bedeutung für die Welt von morgen und eine entsprechend

angepasster Konstruktions-Stil wird tragend für einen Spezial-Roboterbau der den

geforderten Aufgaben gerecht wird.

Diese Arbeit soll die Forschung des Fachbereichs Verteilte Systeme voran bringen,

insbesondere die Software-Komponenten des Fußball-Roboter-Teams sind auf eine agile

und stabile Mechanik der Roboter angewiesen, um das volle Potential der über lange

Jahre entwickelten Software zu entfalten.

Hervorzuheben ist die am Fachgebiet entwickelte Software-Komponente ALICA (A

Language for Interactive Cooperative Agents). ALICA ist eine Spezial-Programmiersprache

welche es ermöglicht Roboter-Teams in ihrem Verhalten strategisch zu organisieren und

auf ein sich dynamisch wechselndes Umfeld zu reagieren.

Multi-Agenten Software ist zukunftsweisend und wird schon bald in industriellen

Anwendungen eine neue Aufgabe finden. Fußball-Roboter sind eine ideale

Entwicklungsplattform, um so eine Software auf einen Reifestand zu bringen und einen

Technologie-Transfer in andere Anwendungsbereiche zu ermöglichen.

Anwendungsfelder in der Agrar-Robotik, der zivilen Dronen-Technik, der logistischen

Robotik oder der autonomen Mobilität sind denkbare Beispiele.

1 Einleitung 3

1.3 Robocup

Die Idee Roboter Fußball spielen zu lassen wurde erstmals 1992 von Professor Alan

Mackworth (University of British Columbia, Canada) in einem Papier mit dem Namen „On

Seeing Robots“ erwähnt. Im Oktober 1992 diskutierten Wissenschaftler auf einem

Workshop in Tokyo über die möglichen großen Herausforderungen von künstlicher

Intelligenz und es entstand eine ernsthafte Diskussion über die Möglichkeit Fußball als

Förderplattform von Wissenschaft und Technologie zu erwägen. Eine Initiative wurde ins

Leben gerufen und eine technologische Machbarkeitsstudie, eine Beurteilung über soziale

Auswirkungen und eine finanzielle Machbarkeitsstudie in Auftrag gegeben. Die Ergebnisse

dieser Studie zeigten, dass die Idee umsetzbar ist und so wurde im Juni 1993 eine

Veranstaltung namens „Robot J-League“ von japanischen Wissenschaftlern ins Leben

gerufen. Die internationale Resonanz war überwältigend und so nannten sie das Projekt

von nun an „Robot World Cup“, kurz: „RoboCup“. Nach einigen Jahren der Vorbereitung

wurden die ersten offizielle Robocup Spiele mit Konferenz 1997 veranstaltet, mit dabei

waren über 40 Teams und 5000 Zuschauer. [1]

Seitdem wird jährlich die Weltmeisterschaft im Robocup in wechselnden Nationen

veranstaltet. Hinzu kommen nationale Robocup Events wie z.B. die German Open, Dutch

Open, Portugese Open, China Open oder Iran Open. Der Robocup beherbergt die

verschiedensten Liegen. Die größte Sparte sind die Fußball-Roboter mit den Unterligen:

Humanoid, Simulation, Middle Size und Standard Platform. Hinzu kommen die Ligen der

Robocup @Home, Robocup Rescue, Robocup Junior und diverse andere in der

Sponsored League.

Abbildung 1.3.1: Robocup – Logo [Quelle: Robocup.org]

1 Einleitung 4

1.4 Middle Size Robot League

In der Robocup Middle-Size Liga spielen Roboter-Teams mit einem Fußball der FIFA

völlig autonom Fußball gegeneinander. Die nachfolgend beschriebenen Regelungen

beziehen sich auf die Spielregeln aus dem Jahr 2015 und sind entwicklungsrelevant für

diese Diplomarbeit. Die vollständigen Regeln sind den aktuellen „Middle Size Robot

League Rules and Regulations“ des aktuellen Jahrgangs zu entnehmen (siehe: URL:

http://wiki.robocup.org/wiki/Middle_Size_League). Die nachfolgende Beschreibung soll nur

einen ersten Eindruck des Spiels vermitteln.

Jedes Team besteht aus 5 Spielen, darunter jeweils 4 Feldspieler und ein Torwart. Das

Spielfeld ist 18 Meter lang und 12 Meter breit. Die Tore sind ein Meter hoch und 2 Meter

breit. Die Roboter sind auf einen Konstruktionsbauraum von mindestens 30 x 30 cm und

höchstens 52 x 52 cm im Grundriss und 80cm in der Höhe limitiert. Der Torwart darf für

eine Sekunde seine Grundfläche auf 60 x 60 cm und seine Höhe auf 90 cm vergrößern,

diese Regelung ist dafür ausgelegt um Torschüsse mit mechanischen Aktuatoren zu

parieren. Das Gewicht des einzelnen Roboters darf die 40 kg nicht übersteigen. Die

Roboter dürfen den Körper des Balls zu einem Drittel der Kreisfläche, gesehen von der

Draufsicht, umfassen (siehe: Abbildung 1.4.1). Der Ball muss sich beim Führen durch den

Roboter in einer natürlich Weise drehen. Alle Sensoren sind auf den Robotern selbst

untergebracht. Die Roboter dürfen über WLAN kommunizieren. Die Spielregeln sind den

offiziellen FIFA Fußball-Regeln nachempfunden jedoch sind die Regeln teilweise so

angepasst das sie auch von Roboter erledigt werden können, so z.B. darf ein offizieller

Einwurf von einem Roboter eingeschossen werden. Das Amt des Schiedsrichters wird von

einem Teilnehmer übernommen der nicht mit seinem Team an dem gerade statt findenden

Spiel beteiligt ist. Spielsituationen werden über einen Computer, der so genannte Referee

Box, an die Roboter weiter geleitet. Nach dem Anpfiff-Signal führen die Roboter die

entsprechende Spielsituation selbstständig aus. [2]

Abbildung 1.4.1: Zulässige Ballfixierung [Quelle: [2] ]

1 Einleitung 5

Die Middle-Size Liga hat sich zu einer sehr dynamische Liga entwickelt. Die Roboter

fahren mit Geschwindigkeiten von bis zu 4 m/s und können teilweise den Ball mit über 7

m/s schießen. Die meisten Teams entwerfen und konstruieren ihre Roboter selbst.

Mittlerweile gibt es MSL-Roboter, die frei erwerblich sind, wie z.B. den Turtle-5K, der vom

Team Tech Unied der TU Eindhoven entwickelt wurde (siehe: URL: www.turtle5k.org). Die

Programmierung wird von jedem Team selbst vorgenommen.

Die Liga verschärft von Jahr zu Jahr ihre Regeln, um das Spiel anspruchsvoll zu gestalten

und die Teams immer wieder vor neue Herausforderungen zu stellen. In der aktuellen

Regelung dürfen Roboter nachdem sie den Ball aufgenommen haben in einem Radius von

zwei Metern dribbeln und maximal ein Meter Rückwärts dribbeln. Torschüsse zählen nur

wenn sich der Roboter bereits in der gegnerischen Spielhälfte befindet. Diese Umstände

erfordern ein agiles und stabiles Dribbeln der Roboter. Präzise Pässe der Roboter auf ihre

Roboter- Mitspieler werden zunehmend spielentscheidend. Ebenso ist ein ausgeklügeltes

und taktisches Verhalten der Roboter-Teams, welches sich automatisch an die bestehende

Spielsituation anpasst, ausschlaggebend. Der Anspruch an die Künstliche Intelligenz ist in

dieser Liga sehr hoch und entsprechend hoch sind auch die Anforderungen an die

mechanischen Komponenten, die entsprechend die Anweisungen der Software umsetzen

müssen.

Abbildung 1.4.2: Robocup WM 2013

1 Einleitung 6

Die Middle-Size Liga bietet durch seine unvorhersehbaren und dynamisch wechselnden

Spielsituation ein umfangreiches Testfeld für Multi-Agenten Software. Dazu kommen eine

Fülle von Einflussfaktoren und robotische Disziplinen wie z.B. die Kommunikation der

Roboter, Kamera-Technik und Sensorik, ein hoher Anspruch an die Software-Stabilität, ein

real physikalisches Umfeld sowie eine komplexe Elektronik und Mechanik.

1.5 Carpe Noctem Cassel

Das Robocup Middle-Size Fußball-Roboter-Team „Carpe Noctem Cassel“ wurde im Jahr

2005 von einer studentischen Initiative zusammen mit dem Fachgebiet Verteile Systeme

an der Universität Kassel ins Leben gerufen. Das Team ist seit dem Jahr 2006 regelmäßig

auf international ausgetragenen Turnieren des RoboCup vertreten und misst sich mit den

besten Teams in seiner Liga. Das Team zeichnet sich durch eine offene Struktur aus, in

der Studierende niedriger und hoher Semester als auch wissenschaftliche Mitarbeiter eng

zusammen arbeiten. Eigenverantwortung und eine hohe Motivation sind Resultate dieser

Konstellation, die sich immer wieder von selbst einstellen. Sowohl die internationalen

Turniere und der Zustrom neuer Team-Mitglieder geben hierfür neue Impulse. Hervor zu

heben ist ebenfalls der Wissenstransfer zwischen den Team-Mitgliedern und das sehr

praktisch orientierte wissenschaftliche Arbeiten an einem komplexen Roboter-System.

Eigeninitiative wird begünstigt und der schnelle Kontakt zu forschungsrelevanten Themen

hergestellt. Ebenso ist der interdisziplinäre Austausch zwischen den Bereichen des

Maschinenbau, Mechatronik, Informatik und Elektrotechnik Kern der robotischen

Entwicklung.

Abbildung 1.5.1: Carpe Noctem Logo

[Quelle: das-lab.net]

2 Roboter 7

2 Roboter In diesem Kapitel wird der aktuelle Aufbau des Roboters beschrieben. Insbesondere wird

der Aufbau und die Funktion des Schuss- und Dribbel-Mechanismus beschrieben. Der

Aufbau des Bauraums wird dargestellt und zum Ende des Kapitels wird der Ist-Zustand

insgesamt bewertet.

2.1 Ist-Zustand

Die Abbildung 2.1.1 zeigt den aktuellen Roboter im kompletten Design. Der Roboter

verfügt über eine Umrandung aus einem Kohlefaser-Verbundstoff und eines 1cm dicken

Gummistreifens um Stöße bei Kollisionen aufzunehmen.

Der Roboter hat einen omnidirektionalen Antrieb. Durch eine spezielle Anordnung der

Räder (siehe Abbildung 2.2.1, S. 9) und den Einsatz von sogenannten Omni-Rädern

(Allseitenrädern) wird ein Fahrverhalten ermöglicht, das es dem Roboter erlaubt, sich in

eine beliebige Himmelsrichtung zu bewegen. Bei diesen Manövern sind auch gleichzeitige

Drehungen und Kurvenfahrten möglich, ebenfalls ist der Roboter in der Lage sich auf der

Stelle um 360° drehen.

Abbildung 2.1.1: CN Roboter komplett

2 Roboter 8

Durch seine vier „Maxon EC 30 - 4pole 24V 200 Watt Motoren“ mit

„Maxon GP 32 HP 23:1“ Getrieben erreicht der Roboter Geschwindigkeiten über 4 m/s.

Auf internationalen Turnieren zeigte der Roboter das er einer der schnellsten in der Liga

ist.

Über der Kohlefaser-Umrandung befindet sich der Kamerabaum welcher die

Hauptsensoreinheit des Roboters darstellt. Im oberen Teil von diesem befindet sich eine

Kamera, welche auf einen konvex geformten Spielgel gerichtet ist, dadurch erhält der

Roboter einen 360° Blick auf seine Umgebung.

Abbildung 2.1.2: CN Roboter Front

2 Roboter 9

2.2 Bauraum

In der Abbildung 2.2.1 ist der systemische Aufbau der Grundplatte dargestellt. Die Kicker-

Einheit (4) befindet sich mittig auf der Grundplatte, sowohl Spule als auch Kondensator

sind dort übereinander gestapelt und befestigt. Die vier OmniWheel- Antriebseinheiten (1)

sind in den Ecken so angeordnet, dass die Allseitenräder tangential auf einer gedachten

gemeinsamen Kreisbahn liegen. Die Motoren ragen dabei in den Innenraum. Zwischen

den Antriebseinheiten befindet sich die Antriebs-Elektronik (3), sie umfasst jeweils zwei

Motor-Controller und einen Shunt-Regulator. Im hinteren Teil des Roboters befindet sich

der Indrustrie-PC (5) und Stauraum für drei Akku-Einheiten (2).

Abbildung 2.2.1: CN Roboter Bauraum Übersicht

2 Roboter 10

In der Abbildung 2.2.2 ist der gesamte Aufbau ohne Gehäuse zu sehen. Im unteren Teil

des Kamerabaums befindet zusätzlicher Bauraum in dem weitere Elektronik-Komponenten

untergebracht sind. Die Elektronik-Komponenten-Box ist durch eine Verstrebung am

Kamera-Baum befestigt.

Abbildung 2.2.2: CN Roboter Bauraum

komplett

2 Roboter 11

2.3 Elektrischer Schuss

Die Entwicklung des elektromagnetischen Schussmechanismus geht auf eine

Studienarbeit aus dem Jahr 2008 von Daniel Saur zurück (siehe: Quelle [3]). Der

prinzipielle Mechanismus ist in der Abbildung 2.3.1 dargestellt. Zunächst ist diesem Prinzip

ein Kondensator vorgeschaltet, welcher durch eine Hochsetzsteller-Schaltung von der auf

dem Roboter vorhandenen 24 Volt Spannungsquelle auf 330 Volt geladen wird. Durch das

Schalten dieser Ladung auf die Spule baut sich ein Magnetfeld auf und der aus Eisen

gefertigte Stößel wird in die markierte Bewegungsrichtung gezogen. Auf dem Stößel ist im

Original-Aufbau ein aus POM gefertigter Aufsatz geschraubt, welcher beim Auslösen des

Mechanismus nach vorne heraus geschoben wird. Dieser Aufsatz betätigt dann das

entsprechende Schussbein. Durch die Anschaltzeit der Versorgungsspannung, welche

durch den Kondensator bereitgestellt wird, kann die Schussstärke variiert werden.

Abbildung 2.3.1: Mechanismus Spule [Quelle: [3] ]

2 Roboter 12

2.4 Schuss-Kraft

Im Umfang der Entwicklungsarbeit der magnetischen Spule von Daniel Saur wurde auch

eine Simulation seiner Konstruktion mit dem Simulations-Programm FEMM durchgeführt.

Das Programm liefert eine Kraft-Weg Kurve, welche als Orientierung für diese Diplom-

Arbeit angenommen werden kann. Der simulierte Versuch ist dabei allerdings idealisiert

durchgeführt wurden, da in dem Versuch ein konstanter Strom eingestellt ist und der reale

Kondensator keinen konstanten Strom liefern kann. Also stellt die gezeigte Kurve ein

absolutes Maximum dar. In Abbildung 2.4.1 rot dargestellt ist der Kraft-Weg Kurvenverlauf

gezeigt. Der höchste Ausschlag wird bei 740 N erreicht nachdem der Stößel einen Weg

von 30 mm zurück gelegt hat.

Abbildung 2.4.1: Schuss-Kraft-Kurve [Quelle: [3] ]

2 Roboter 13

2.5 Schuss-Geschwindigkeit

Um die maximale Schuss-Geschwindigkeit des Balls zu ermitteln, wurde ein Experiment

mit einem aktuellen Roboter-Modell durchgeführt. Dabei wurde im Versuchsaufbau die

Freeware Audio-Software Audacity (siehe: URL: http://audacityteam.org/) verwendet, um

eine Audio-Spur aufzunehmen. Der Roboter wurde im Abstand von 4,5 Metern vor eine

Schusswand gestellt. Ein Ball wurde mit voller Kraft geschossen und schlug gegen die

Wand. Mit dem Audioprogramm konnten die beiden Geräuschspitzen beim Abschuss und

beim Einschlagen identifiziert werden und auf der Zeitleiste auf die 100stel Sekunde

genau abgelesen werden. Bei 4 Messversuchen ergaben sich folgende Messzeiten:

Versuch 1: Δ t1=0,58 s



Versuch 4: Δ t 4=0,685 s

Bestimmung des Mittelwerts:

Δ t ges=Δ t1+Δ t 2+Δ t3+Δ t 4

4=0,58 s+0,58 s+0,615 s+0,685 s

4=0,608 s≈0,6 s (Gl. 2.5.1)

Bestimmung der resultierenden maximalen Schuss-Geschwindigkeit:

v Ball=s

Δ t ges=4,5m

0,6 s=7,5

m

s(Gl. 2.5.2)

2 Roboter 14

2.6 Schuss-Mechanismus

Der Roboter verfügt über zwei Profile, die wahlweise als Schussbein fungieren. Ein Profil

davon ist für den flachen Schuss vorgesehen, das längere Profil verfügt am unteren Ende

über einen Keil und kann den Ball entsprechend hoch hebeln. Die Schaufeln werden

wahlweise durch einen Servo-Antrieb vor die elektrische Schuss-Vorrichtung geschoben

und beim Auslösen der elektrischen Einheit durch einen Bolzen nach vorne gestoßen. Das

jeweilige Schussbein vollzieht dann eine viertel Kreisbahn nach, bis es seinen

Anschlagspunkt erreicht hat. Der Ball wird als Folge bei diesem Vorgang nach vorne

geschleudert. Der Zylinder, der das Schussbein betätigt besitzt einen Hub von bis zu 125

mm. Eine Rückstellfeder im Inneren der Spule zieht den Mechanismus wieder in seine

Ausgangsposition.

Abbildung 2.6.1: CN Roboter Schuss-Mechanismus

2 Roboter 15

2.7 Dribbel-Mechanismus

Die Dribbel-Vorrichtung besteht aus 2 Rädern, welche mechanisch in unterschiedliche

Richtungen angetrieben werden können. Befindet sich der Ball zwischen diesen Rädern,

ist der Roboter in der Lage, den Ball durch das ansteuern der Räder in unterschiedliche

Richtungen zu drehen. Es sind Vorwärts-, Rückwärts-, Seitliche- und Kurven-Manöver mit

dem Ball möglich. Kugelrollenlager verhindern beim Dribbeln, dass der Ball gegen die

Umrandung des Roboters reibt (siehe: Abbildung 2.1.2, S.8).

In der Abbildung 2.7.1 ist der Sitz der Dribbel-Räder auf dem Ball zu sehen. Die Räder

zeigen beide relativ in eine Richtung nach vorne, dabei sind sie leicht schräg gekippt, um

sich der Form des Balls anzupassen.

Abbildung 2.7.1: CN Roboter Dribbel-Mechanismus

2 Roboter 16

Aufbau des Dribbel-Mechanismus:

Die Dribbel-Arme sind durch Haushaltsgummis und Kabelbinder in ihrer Stellung fixiert,

am hinteren Ende des jeweiligen Dribbel-Arms befindet sich ein Scharnier, welches über

zwei Rückstellfedern nachgiebig ist. Die Scharniere sind an die Roboterstruktur befestigt.

Der Antrieb der Räder wird über eine Motoreinheit hergestellt, welche im Inneren des

Roboters montiert ist. Um den Motor in seinem Drehmoment zu limitieren, ist auf dem

Motor zunächst eine Rutschkupplung montiert. Diese Rutschkupplung schützt die

nachfolgende Biegewelle vor zu hohen Momenten. Die Biegewelle führt in ein Vierkant-

Profil welches den Dribbel-Arm darstellt. Am vorderen Ende des Dribbel-Arms befindet

sich ein Winkelgetriebe welches über ein Adapterstück mit der Biegewelle verbunden ist.

Auf der anderen Seite des Winkelgetriebes ist das Antriebsrad montiert, welches beim

Dribbeln auf dem Ball sitzt und diesen entsprechend der Bewegungsrichtung des Roboters

mitführen kann.

Abbildung 2.7.2: CN Roboter Übersicht Dribbel-Mechanismus

2 Roboter 17

2.8 Bewertung Ist-Zustand

Bauraum

Negativ:: Der Bauraum lässt bei der derzeitigen Anordnung der Komponenten nur wenig

Raum für Veränderungen. Der Schuss-Mechanismus ist bis an die Roboter-Front gerückt

und Industrie-PC und Akkus reihen sich direkt dahinter auf bis zur Rückseite. Die Antriebs-

Elektronik ragt durch die flache Montage weit in den Innenraum bis zum Schuss-

Mechanismus und nutzt nicht den Raum bis oberhalb der Kohlefaser-Umrandung aus. Die

Elektronik-Komponenten-Box im Kamera-Baum ist übergroß dimensioniert und lässt

durch die halbhohe Montage wenig Platz.

Schuss-Mechanismus

Negativ: Die Aufhängung der Schuss-Beine weißt Verschleiß-Erscheinungen auf und sorgt

dafür, dass die Schuss-Beine wackeln und somit keinen garantiert geraden Schuss mehr

ausführen können. Besonders der Bereich, in dem das Schussprofil mit Schrauben und

Muttern an der Aufhängung befestigt neigt dazu sich zu lösen. Das Schussverhalten ist

von dem Dribbel-Mechanismus abhängig, welcher dafür zuständig ist den Ball zentrisch

vor den Schuss-Mechanismus zu platzieren. Die beiden Schuss-Beine limitieren den

Roboter auf zwei mögliche Abschusswinkel. Lediglich die einstellbare Schusskraft geben

noch Variationsmöglichkeit in der Schussweite.

Positiv: Die Schaufelauswahl ist eine einfache Lösung, welche im gut konstruierten

Zustand gute Schuss-Ergebnisse liefern kann.

2 Roboter 18

Dribbel-Mechanismus

Negativ: Der aktuelle Dribbel-Mechanismus befindet sich in einem prototypischen Aufbau.

Dieser Aufbau kann keine konstanten Dribbel-Eigenschaften garantieren. Meist muss vor

jedem Spiel die Stellung der Dribbel-Arme per Hand nachjustiert werden. Der Dribbel-

Mechanismus kann nur bedingt den Ball zentrisch vor dem Schuss-Mechanismus

platzieren. Es gibt keine Sensorik um die Platzierung des Balls sicher zu erfassen.

Winkelgetriebe und Biegewelle sind für die herrschenden Momente unterdimensioniert

bzw. nicht geeignet. Im Turnierverlauf müssen diese Komponenten oft ersetzt werden. Die

Antriebseinheit des Mechanismus ist überdimensioniert und kann seine volle Leistung

nicht übertragen. Die Motoren waren ursprünglich für den Roboter-Fahrantrieb eines

befreundeten MSL-Teams aus Stuttgart ausgelegt.

Positiv: Die Nachgiebigkeit der Dribbel-Arme geben der Konstruktion eine gute Haltbarkeit.

Durch die gleichgerichtete Anordnung arbeiten die beiden Antriebsräder immer zusammen

und können eine hohe Kraft auf den Ball erzeugen. Auf Turnieren hat sich diese

Anordnungsvariante in Zwei-Kämpfen bewährt, wenn zwei Roboter gleichzeitig auf den

Ball gefahren sind und beide versuchten den Ball mit ihren Dribbel-Rädern zu sich zu

ziehen. Bei Kurvenfahrten dreht der Mechanismus den Ball um seine Z-Achse und kann

so den Ball gut am Roboter halten.

3 Stand der Technik 19

3 Stand der TechnikExemplarisch für den Stand der Technik werden 3 unterschiedliche Roboter-Modelle des

aktuellen Jahres 2015 betrachtet. Die Roboter der Teams Tech United (Niederlande),

Cambada (Portugal) und NuBot (China) befinden sich in einem weit entwickelten Aufbau

und werden nachfolgend beschrieben. Das erfolgreichste unter diesen drei Teams ist

Tech United. Sie geben seit Jahren den Maßstab in der Liga durch ihre sehr aufwendig

konstruierten Roboter vor. Andere erfolgreiche Teams wie z.B. Water (China) oder MRL

(Iran) orientieren sich stark an dem Roboter-Design aus Holland. Eine volle

Dokumentation des Roboters aus den Niederlanden ist im Internet zu finden

(siehe: Quelle [4]). Zu den beiden anderen Modellen aus Portugal und China liegt keine

genaue Dokumentation vor und der jeweilige Abschnitt betrachtet daher nur den

technische Aufbau.


3.1 MSL-Roboter von Tech United

Das Team Tech United von der Technischen Universität in Eindhoven wurde 2014

Weltmeister und erlangte 2013 als auch 2015 die Vizeweltmeisterschaft. Ihr aktuelles

Roboter-Modell namens „Turtle“ stammt aus der Jahr 2009 und wird regelmäßig weiter

entwickelt. Der Roboter verfügt über einen 3-rädrigen Omni-Antrieb und neben der Liga

üblichen Kamera-Spiegel-Kombination zusätzlich über eine nach vorne gerichtete RGB-D

Kamera, welche eine Tiefenerkennung ermöglicht. Das Modell erreicht eine

Spitzengeschwindigkeit von 3,6 m/s und verwendet dabei 3 Maxon RE 40 12V 150 Watt

Motoren mit Maxon GP 42 C 12:1 Getrieben und HEDS 5540 Drehgebern. [4]

Abbildung 3.1.1: Tech United Roboter komplett [Quelle: [4] ]


Dribbel Mechanismus:

Für das Dribbeln verwendet das Team Tech United zwei „Maxon RE 25 24V 20 Watt“

Motoren mit jeweils einem „Gysin GSR012-1-05-1 5:1“ Schneckengetriebe und einem

„Maxon DC-Tacho DCT 22 0,52 V“ Drehgeber. Die Räder sind dabei zum Zentrum des

Balls ausgerichet (siehe: Abbildung 3.1.2). Die Radaufhängung ist über je eine Achse

beweglich gelagert und mit einen Dämpfer versehen der mit Kugelgelenkköpfen an dem

Roboter befestigt ist. Die passiven Rollen (hellblau dargestellt) besitzen ein Omni-Rad-

Design mit integrierten Querrollen. Diese passiven Räder lassen sich durch eine Bremse,

welcher beim Auslösen quer auf die Rolle drückt, anhalten. Um den Stellungswinkel der

Dribbel-Arme zu detektieren werden „Vishay Model 971 Rotary“ Positionssensoren

eingesetzt. Diese Sensoren haben einen Messbereich über 106° und weisen dabei eine

Linearität von +/- 2% auf. [4]

Abbildung 3.1.2: Tech United Dribbel-Mechanismus [Quelle: [4] ]


Schuss-Mechanismus:

Der Schuss wird durch eine elektromagnetische Spule betätigt welche über einen

Kondensator mit maximal 450 V und 4700 μF versorgt wird. Das Schuss-Bein verfügt über

einen stiftförmiges Druckstück, welches sich beim Schuss in den Ball presst und durch die

Verformung des Balls einen stark beschleunigten Schuss auslöst. Die Aufhängung des

Schussbeins ist über einen Seilzug-Mechanismus stufenlos höhenverstellbar. Hierfür wird

ein „Maxon RE 25 18 V 20 Watt“ Motor mit einem „Maxon GP 32 C 18:1“ Planetengetriebe

und ein „Maxon HEDL 5540“ Drehgeber verwendet, welcher das Seil mittels einer Winde

ab- oder aufwickelt. Der Seilzug ist durch einen Federblock (dunkelblau dargestellt) vor zu

hohen Kräften gesichert. Der Schussmechanismus kann ohne Gegengewicht

Geschwindigkeiten bis 11 m/s erreichen und eine Beschleunigung bis 1000 m/s². [4]

Abbildung 3.1.3: Tech United Schuss-Mechanismus [Quelle [4] ]


3.2 MSL-Roboter von Cambada

Das Team Cambada von der Universität Aveiro in Portugal belegte 2014 den 3ten Platz

auf der Weltmeisterschaft in Brasilien. Das aktuelle Roboter-Modell wurde 2013 erstmals

auf einem MSL-Workshop in Kassel vorgestellt (Siehe Quelle: [5]). Der Roboter verfügt

über einen 3-Rad-Omni-Antrieb und eine robuste einfache Bauform mit mehreren Ebenen.

Abbildung 3.2.1: Cambada Roboter komplett [Quelle: [5] ]


Schuss-Mechanismus:

Der Schuss-Mechanismus verfügt über 2 Schuss-Beine, jeweils eins für den flachen und

eins für den hohen Schuss. Die jeweiligen Schussbeine werden über über einen

Servoantrieb vor dem Schuss-Aktuator platziert.

Dribbel-Mechanismus:

Die Dribbel-Arme sind zum Zentrum des Balls ausgerichtet die beiden Räder drehen sich

dabei allerdings quer zu dieser Achse. Der Mechanismus ist an zwei Dämpfer gekoppelt

und verfügt über einen eigens konstruieren magnetischen Hall-Effekt Winkelsensor.

Abbildung 3.2.2: Cambada Roboter Schuss Mechanismus [Quelle: [5] ]

Abbildung 3.2.3: Cambada Dribbel-Mechanismus

[Quelle: [5] ]


3.3 MSL-Roboter von NuBot

Das Team NuBot aus China stellte sein neues Roboter-Modell erstmals 2014 auf einem

MSL-Workshop in Eindhoven vor. Der Roboter verfügt über einen 4-Rad-Omni-Antrieb.

Außerdem gibt es eine RGB-D Kamera und eine zusätzliche Front-Kamera. [6]

Abbildung 3.3.1: NuBot Roboter komplett [Quelle: [6] ]


Schuss-Mechanismus:

Das Schussbein ist über zwei Linear-Aktuatoren mit integrierten Potentiometern zur

Wegerfassung stufenlos höhenverstellbar.


Die Dribbel-Arme sind in Richtung Ballzentrum gerichtet. Der Mechanismus verfügt über

einen Dämpfer und ein Linear-Potentiometer um die Winkelstellung der Arme zu erfassen.

Abbildung 3.3.2: NuBot Schuss-

Mechanismus [Quelle: [6] ]

Abbildung 3.3.3: NuBot Dribbel-Mechanismus [Quelle: [6] ]


3.4 Bewertung - Stand der Technik

Trotz der unterschiedlichen Design-Ansätze sieht man einige Gemeinsamkeiten der

betrachteten Roboter. So wie sich der Kamera-Turm in der Vergangenheit als Standard

Hauptsensor in der Liga durchgesetzt hat, so kann man neue Vermutungen anstellen

welche Designs sich wohl durchsetzen werden. Tech United und NuBot setzen beide ein

zusätzliches RGB-D Kamera-System ein, Carpe Noctem benutzt diesen Sensor auch

schon auf seinem Torwart-Roboter. Es ist davon auszugehen das sich dieser Sensor auch

bei den Feldspielern durchsetzen wird. Durch die Geschwindigkeitszunahme in der Liga

werden sich 4-Rad-Omni-Antriebe auf lange Sicht ebenso durchsetzen, auch wenn einige

Teams noch auf die 3-Rad-Variante setzen.

Schuss-Mechanismus:

Alle Teams setzten Schuss-Systeme ein, die mehrere Schuss-Varianten bieten. Der Trend

geht dahin diese Varianten noch zu steigern, beispielsweise durch stufenlose

Höhenverstellung. Der Schuss-Kopf hat bei allen drei betrachteten Robotern ein schmales

Stift-förmiges Design, um möglichst viel Energie durch Verformung auf den Ball zu

übertragen.


Alle betrachteten Roboter setzen auf Dämpfungs-Systeme und Sensoren, um die

Armstellung zu erfassen. Durch die Sensoren lassen sich Regelungsalgorithmen

implementieren welches ein stabiles Dribbeln ermöglichen. Die Dämpfer bremsen den Ball

bei der Annahme ab.

Weitere Potentiale:

Die Stellung der Dribbel-Räder ist bei den betrachteten Designs nicht optimal gewählt. Die

Motoren arbeiten teilweise gegeneinander und können so nicht das volle Drehmoment auf

den Ball übertragen. In der Abbildung 3.4.1 (Seite 28) ist dies am Beispiel des vorwärts

fahren mit Ball zu sehen. Grün dargestellt sind dabei die Kraftvektoren welcher über die

Dribbel-Motoren auf den Ball übertragen wird. Rot dargestellt sind die Kraftvektoren die

durch Gegenkräfte verloren gehen und Gelb die resultierenden übrigen Kräfte. Carpe

Noctem erreicht durch seine Designvariante die bessere Krafteinleitung.


Ein weiterer Kritikpunkt für alle betrachteten Designs ist die Anordnung der Dribbel-Arm-

Gelenke, welche bei den gezeigten Modellen wie in Abbildung 3.4.2 im Modell rechts

schräg zur Front hin angeordnet sind. Weiß dargestellt sind die Dribbel-Arme welche an

der Front über die Antriebsräder verfügen. Die Roten Pfeile zeigen die Kipprichtung über

das Gelenk an. Durch diese Anordnung kann die Annahme von Bällen, die nicht genau

zentrisch auf den Roboter gespielt werden, behindert werden. Eine bessere Variante ist in

der Abbildung 3.4.2 im Modell links dargestellt. Durch das geradlinige Kippen nach hinten

können alle Bälle angenommen werden.

Abbildung 3.4.1: Gegenüberstellung Anordnung Dribbel-Räder

Abbildung 3.4.2: Designvarianten Ballannahme

4 Lastenheft 29

4 LastenheftEine Neukonstruktion der Schuss- und Dribbel-Vorrichtung muss folgende Bedingungen

erfüllen:

– Die Konstruktion muss sich in den zur Verfügung stehenden Bauraum integrieren

und genug Platz für alle anderen Komponenten lassen.

– Die Konstruktion sollte modular und leicht zerlegbar sein.

– Der Schuss-Mechanismus muss mindestens zwei Schussvarianten bieten und

konstante Schussergebnisse produzieren.

– Der Dribbel-Mechanismus sollte den Ball gut annehmen können.

– Der Dribbel-Mechanismus sollte den Ball konstant führen können.

– Der Dribbel-Mechanismus muss über Sensoren verfügen um einen

Regelungsalgorithmus implementieren zu können.

– Der Dribbel-Mechanismus muss bei Unsicherheiten bezüglich des resultierenden

Dribbel- und Ball-Annahme-Verhaltens nachträglich justierbar oder einstellbar sein.

– Die Konstruktion muss den herrschenden Kräften standhalten.

– Die Zusammenstellung der nötigen Komponenten müssen der Aufgabe gerecht

werden.

– Die elektronischen Bauteile müssen sich in die bestehende Elektronik und

Kommunikation integrieren lassen.

– Die Konstruktion muss sich an die Regeln der Liga halten.

5 Konzeptphase 30

5 KonzeptphaseIn diesem Kapitel wird dargelegt, wie der Bauraum neu zu gestalten und eine

Neukonstruktion in diesem einzupassen ist. Dabei werden verschiedene kinematische

Konzepte zunächst in einfachen Geometrien modelliert. Eine Vorauswahl der nötigen

Komponenten wird getroffen und der benötigte Bauraum bei dem Entwurf berücksichtigt.

Final findet eine Bewertung statt und der am besten geeignete Entwurf wird für die

Konstruktion bestimmt. Die Entwürfe werden mit dem Konstruktionsprogramm

„Autodesk Inventor 2016“ ausgearbeitet. Begonnen wird mit einer Studie für einen Schuss-

Mechanismus, anschließend wird ein neuer Dribbel-Mechanismus in diesen Entwurf

integriert um Rückschlüsse auf Funktion und den Bauraum festzustellen.

5.1 Vorbereitung des Bauraums

Zur vorläufigen Neueinteilung des Bauraums werden zunächst alle Bauteile, die in den

möglichen Bauraum der neuen Konstruktion ragen, neu positioniert. Darüber hinaus wird

der Bereich der Ballannahme um 5 cm weiter nach vorne gelegt, dies ist möglich da die

Grundfläche des Roboters in der Länge noch unterhalb der Limitierungen der Liga-Regeln

von 52 cm liegt. Durch das Vorverlegen der Ballannahme vergrößert sich der

Konstruktionsraum für die Dribbel-Mechanik und Kollisionen dieser mit dem Kamera-Baum

können besser vermieden werden. Die aktuelle Länge des Roboters beträgt 44,8 cm und

zusätzlich 2 cm Liga vorgeschriebenes Soft-Material zur Dämpfung.

Abbildung 5.1.1: Vorbereitung Bauraum

Grundplatte

5 Konzeptphase 31

Die Antriebs-Elektronik wird nun aufrecht montiert. In der Abbildung 5.1.2 ist dies zum

Beispiel durch eine L-förmige Montageplatte realisiert. Durch die aufrechte Platzierung

erreicht man eine gute Ausnutzung des Bauraumes, welche die Höhe der Umrandung

bietet (siehe: Abbildung 5.1.3).

Der Industrie-PC wird nun zunächst im Kamerabaum oben platziert (siehe: Abbildung

5.1.3). In den späteren Arbeitsschritten werden die finalen Positionen der Komponenten

noch optimiert. Zunächst wird der maximal mögliche Bauraum für die Neukonstruktion

angestrebt.

5.2 Design Schuss-Spitze

Ein entscheidender nächster Schritt ist die Festlegung des Designs der Schuss-Spitze. In

Kapitel 3 (Stand der Technik) sieht man, dass alle Roboter einen stiftförmigen Stoßkörper

verwenden der in einem leicht schrägen Winkel nach oben angebracht ist (siehe:

Abbildung 3.1.3, S. 22). Dieses Design verspricht eine gute Kraftübertragung auf den Ball,

allerdings kann der schmale Stift, welcher im Durchmesser ca. 1 cm breit ist, keine

Sicherheit bezüglich der geraden Abschussrichtung geben. Daher wird für die hier

geplante Konstruktion ein 3 cm breites Design bevorzugt, um eine bessere Toleranz bei

versetzter Balllage vor dem Schuss-Aktuator zu erreichen. Weiterhin wird das Schussprofil

eine leichte Schaufelform erhalten, um durch eine Hebelbewegung höhere

Abschusswinkel zu ermöglichen.


Queransicht


Seitenansicht

5 Konzeptphase 32

5.3 Schuss-Kinematik Entwurf 1

Die Aktuator-Spule wird zunächst in einem 25° Winkel angeordnet, um eine bessere

Krafteinleitung in die kreisförmige Schussbeinbewegung zu erzielen. Im ersten Entwurf

wird zunächst eine Kreisbahn der Schussspitze in 1 cm Entfernung über der

Balloberfläche in Kombination mit der Anknüpfung an den Schuss-Aktuator ermittelt.

Anschließend wird dieser Bahnverlauf durch die Bewegung über einen

Hebelmechanismus nachempfunden. Durch die Montage am Hebel und gleichzeitig dem

Anknüpfen an den Schuss-Aktuator wird eine geführte Bewegung erreicht ohne den Ball

zu touchieren. Dadurch wird eine stufenlose Höhenverstellung der Schuss-Kinematik

umgesetzt. Sowohl flache als auch hohe Schüsse sind möglich.

Bewertung:

Bei hohen Schüssen versperrt die Gelenk-Aufhängung dem Ball die Schuss-Bahn. Der

Entwurf wird daher als nicht tauglich eingestuft.

Abbildung 5.3.1: Kinematik Entwurf 1 flach Abbildung 5.3.2: Kinematik Entwurf 1 hoch

5 Konzeptphase 33


Im Entwurf 2 wird wie im Entwurf 1 verfahren, allerdings wird nun die Kreisbahn um die

Ball-Oberfläche über eine geradlinige Schienenführung realisiert. Dadurch wird eine gute

Annäherung an die ideale Bahn erreicht. Die Bahn der Schussspitze verläuft in einer

leichten L-Bewegung vor der Ball-Oberfläche, dabei schiebt sich das Schussbein erst im

unteren Abschnitt immer weiter nach vorne unter den Ballkörper.

Bewertung:

Dieser Entwurf besitzt eine einfache Kinematik über eine lineare Führung mit einer guten

Annäherung an die Ball-Form und eine stufenlose Höhenverstellung.

Abbildung 5.4.1: Kinematik Entwurf 2 hochAbbildung 5.4.2: Kinematik Entwurf 2 flach

5 Konzeptphase 34


Der Entwurf 3 basiert auf dem Grundaufbau des Entwurfs 2 und besitzt die gleichen

Eigenschaften bei der eindimensionalen Höhenverstellung. Zusätzlich wird nun noch eine

zweite seitliche Verstellung realisiert über das Verrücken der Kickeraufhängung auf einer

gekoppelten seitlichen Schiene. Die Aufhängung des Schussbeins ist dabei mit einem

Kugelgelenkkopf versehen, welcher auf einem Kardangelenk montiert ist. Die

Verschiebung auf den gekoppelten Bahnen kann dabei über zwei Linear-Antriebe realisiert

werden. Diese wären beidseitig mit Kugelköpfen versehen und mit einem Ende auf der

Grundplatte montiert und mit dem anderen jeweils links und rechts an dem Schlitten

welcher das Schussbein in Position führt. Durch eine kombinierte Ansteuerung der

Aktuatoren kann dann der Schlitten in zwei Dimensionen stufenlos verschoben werden.

Bewertung:

Die seitliche Verstellung des flachen Schusses findet durch die etwa gleich hohe

Anbindung an den Schuss-Aktuator praktisch nicht statt. Außerdem ist der Bauraum für

das Einbringen von linearen Antrieben zu klein. Der Entwurf ist daher ungeeignet.

Abbildung 5.5.1: Kinematik Entwurf 3 schräg-flach

Abbildung 5.5.2: Kinematik Entwurf 4 schräg-hoch

5 Konzeptphase 35


Der Entwurf 4 basiert auf dem Entwurf 2, er besitzt zusätzlich eine seitliche Verstellung.

Diese ist nun über eine Schiene welche sich direkt auf dem Schuss-Aktuator befindet

realisiert. Beim Schuss wird also diese horizontale Schiene mit nach vorne geschoben.

Dabei bewegt sich das Schussbein tangential zwischen dem Aufhänge-Punkt der oberen

Verstellschiene und der Anbindung an der horizontalen Schiene. Durch diese Variante ist

eine seitliche Verstellung des Schussbeins bei einem hohen als auch bei einem flachen

Schuss gegeben. Um die Idee hinter diesem Entwurf zu testen und die Funktionsweise zu

überprüfen wird als nächstes eine Detaillierung des Entwurfs auf der nachfolgenden Seite

vorgenommen.

Bewertung:

Der Entwurf ermöglicht vielseitige Schuss-Varianten. Eine Umsetzung ist sehr aufwendig.

Abbildung 5.6.1: Kinematik Entwurf 4

schräg-flach


schräg-hoch

5 Konzeptphase 36

Weitere Detaillierung:

Die Abbildung 5.6.3 zeigt einen groben Aufbau der Idee zu dem hier entwickelten Entwurf.

Grün dargestellt ist die Schiene auf der der Wagen (blau dargestellt) verfährt. Die Schiene

ist fest in der horizontalen Lage montiert, sie besitzt ein Zahnprofil auf der Innenseite.

Dieses Zahnprofil dient dazu, dass sich eine Klammer (gelb dargestellt), welche zweiteilig

und im Innern über eine Feder aufgespannt ist, auf der einen Seite gegen die glatte

Innenseite der Schienenführung drückt und auf der anderen Seite ebenso mit einer

Zahnform sich in der Schiene verkrallt. Dieser Zustand fixiert den blauen Schienenwagen

in seiner Position. An den Schienenwagen ist vorne (rot dargestellt) die drehbare

Anbindung an das Schussbein realisiert. Das Schussbein kann linear auf dieser

Anbindung hoch und runter gleiten. Um den blauen Wagen nun zu bewegen ist ein

weiterer Mechanismus nötig, welcher in dem hier gezeigten Bild nicht dargestellt ist.

Dieser Mechanismus muss folgende Aufgaben erfüllen: die gelbe Klammer muss, wenn

der Schuss-Aktuator eingefahren ist, nach vorne gedrückt werden, um dadurch die

Fixierung des Wagens zu lösen. Über einen Schiebemechanismus kann nun die Klammer

und damit auch der Schienenwagen horizontal verschoben werden. Beim auslösen eines

Schusses wird die Klammer wieder aufgespannt und fixiert der Wagen wird dadurch fixiert.

Abbildung 5.6.3: Kinematik Entwurf 4 Detaillierung

5 Konzeptphase 37


Der Entwurf 5 verfolgt wie Entwurf 4 (siehe: Kapitel 5.6 ) eine passive verschiebbare

Schiene zur seitlichen Verstellung. Diese Schiene ist nun direkt am unteren Ende des

Schussbeines montiert. Auf der Schiene wird die eigentliche Schuss-Spitze bewegt. Ein

Schiebe-Mechanismus welcher diese Aufgabe übernimmt müsste auf gleicher Höhe mit

der Schussspitze bei vertikaler Verstellung mitgeführt werden.

Bewertung:

Der Entwurf ermöglicht vielseitige Schussvarianten. Der Schienenwagen wird bei diesem

Entwurf durch seitliche Kräfte stark belastet.


schräg-hoch


schräg-flach

5 Konzeptphase 38

5.8 Antriebseinheit Dribbel-Mechanismus

Um einen direkten Antrieb am Dribbel-Arm zu ermöglichen werden kompakte

Motoreinheiten der Firma Maxon zusammengestellt und verglichen (siehe: Quelle [11]).

Dabei eignet sich besonders die Baureihe Maxon EC flat. Die Motoren erreichen im

Verhältnis große Drehmomente bei niedrigen Umdrehungen und haben einen kurzen

breiten Bauraum. Zwei verschiedene Motorgrößen kommen in Betracht. Um das

Drehmoment optimal auszunutzen wird zusätzlich ein Baugrößen zugehöriges Planeten-

Getriebe ausgewählt. Ein Getriebe wird außerdem vorgesehen um eine höhere Haltbarkeit

des Flansches bei radialen Lasten zu erzielen. Nachfolgend werden die Kenndaten der

beiden Versionen a) und b) gegenübergestellt.

Version a) Version b)

Motor: Maxon EC 45 flat 70 Watt 24 V Maxon EC 32 flat 15 Watt 24 V, mit

integrierter Elektronik

Gewicht: 141 g 91 g

Nennmoment

M nenn :

128 mNm 18,8 mNm

Nenndrehzahl

nnenn :

4860 1/min 3000 1/min

Abbildung 5.8.1: Maxon EC 45

flat 70 Watt [Quelle:

maxonmotor.com]

Abbildung 5.8.2: Maxon EC 32 flat

15 Watt [Quelle: maxonmotor.com]

5 Konzeptphase 39

Version a) Version b)

Getriebe: Maxon GP 42 C Maxon GP 32 C

Untersetzung u : 6:1 5,8:1

Gewicht: 260 g 118 g

Gesamtgewicht: 401g 209 g

Gesamtlänge: 67,7 mm 56,2 mm

Max. radiale Belastung

(10 mm ab Flansch):

120 N 90 N

Resultierendes

Drehmoment:

768mNm 109,4 mNm

Resultierende

Dribbel-Geschwindigkeit:

3,19 m/s 2,0 m/s

Die erzielte Dribbel-Geschwindigkeit errechnet sich zusammen mit dem Durchmesser des

Dribbel-Rades d RAD=0,076m folgend: vnenn=π∗d Rad∗nnenn

u(Gl. 5.8.1)

Abbildung 5.8.3: Maxon GP

42 C [Quelle:

maxonmotor.com]

Abbildung 5.8.4: Maxon GP

32 C [Quelle:

maxonmotor.com]

5 Konzeptphase 40

Bewertung:

Die Version b) bietet gegenüber der Version a) eine leichte und kleine Lösung an, mit einer

ausreichenden Dribbel-Geschwindigkeit. Um das Drehmoment einzuschätzen, wird der

Motorsatz mit dem konkurrierenden Roboter von Tech United verglichen. Die Holländer

nutzen „Maxon RE 25 Motor 24V 20 Watt“ Motoren in Kombination mit „Gysin GSR012-1-

05-1 5:1“ Schneckengetrieben. Die Motoren erreichen ein Nennmoment von 26,3 mNm,

zusammen mit dem Getriebe ergibt sich ein erzieltes Drehmoment von 131,5 mNm. Die

Motoren liegen somit in ihrem erzielten Drehmoment nahe beieinander, durch die direkte

Anordnung der Dribbel-Räder sollte sich das Carpe Noctem Cassel-Team in den

Zweikämpfen weiterhin behaupten können.

Mit der nun ausgewählten Motor-Einheit kann eine erste Modellierung des Bauraumes

vorgenommen werde. Da auf die Dribbel-Räder bei Stößen große Kräfte wirken, wird für

das Dribbel-Rad eine eigene Lagerung vorgesehen. Die Anbindung der Motoren wird mit

Zahnriemen vorgenommen. Diese werden in einem späteren Abschnitt beschrieben und

ausgelegt.

Die Datenblätter des gewählten Motors und Getriebes sind im Anhang dieser Arbeit

eingefügt.

5 Konzeptphase 41

5.9 Vormodellierung Dribbel-Mechanismus

In diesem Stadium wird der Dribbel-Mechanismus in den Entwurf 4 der Schuss-Kinematik

integriert. Für den Dribbel-Mechanismus wird eine zusätzliche Dämpfereinheit

vorgesehen, welche hier noch nicht zu sehen ist aber im Bauraum berücksichtigt wurde.

Am hinteren Ende befindet sich ein Lagerung, welche das Kippen über zwei Achsen

zulässt. Der Dribbel-Arm kann damit zu den Seiten hohen Belastungen ausweichen. Durch

die zweite Kipprichtung lässt sich der Arm nach oben anwinkeln, sodass sich das Rad an

die Form des Balls angleichen kann. Durch die grobe Geometrie lassen sich nun

Rückschlüsse auf das endgültige Design des Dribbel-Mechanismus vornehmen und eine

Abwägung in Bezug auf das Zusammenspiel mit den entworfenen Schuss-Kinematiken

präzisieren. Es fällt auf, dass eine Schuss-Kinematik mit zusätzlichen seitlichen

Verstellung den Dribbel-Mechanismus weit nach außen drängt und in einigen

Einstellungen auch mit diesem kollidiert. Der Dribbel-Mechanismus rückt auch nah an die

Verstrebung des Kamera-Baumes und droht mit diesem zu kollidieren. Ebenso lässt sich

abschätzen, dass ein Ballannahmeverhalten durch den kurzen Auffahrkontakt des Balls

gehemmt wird.

Abbildung 5.9.1: Vormodellierung Dribbel-Mechanismus

5 Konzeptphase 42

5.10 Bewertung der Konzepte

Die vorläufige Modellierung des Dribbel-Mechanismus hat entscheidende Erkenntnisse für

die Schuss-Kinematik Entwürfe eingebracht. Die Funktion des Dribblings und der

Ballannahme sind für das Spiel von größerem Gewicht als ein zusätzliches seitliches

Anspielen des Balls. Die Entwürfe mit dieser Funktion scheiden damit für die nachfolgende

Konstruktion aus. Der Entwurf 2 bietet hingegen einen funktionalen und einfachen Aufbau.

Dieser Entwurf kann am besten für beständige Schussergebnisse sorgen. Durch die

stufenlose Verstellbarkeit ist eine ausreichende Variabilität gegeben.

Der Dribbel-Mechanismus muss weiterhin in seiner Bauform optimiert werden. Die

Konstruktion sollte möglichst nah neben dem Schuss-Mechanismus positionieren werden.

Ein Gelenk zum seitlichen Ausschlag sollte möglichst weit nach innen angebracht werden

um einen weiten Weg bis zum Rand des Kamerabaums zu erreichen und bei frontalen

Kollisionen ebenso eine Ausweichbewegung zu ermöglichen. Die Dribbel-Räder sollten

weiter nach innen gebracht werden um die Funktion des Dämpfers durch den längeren

Auffahrweg des Balls zu begünstigen und um den Ball mit den Rädern in einem

angeglichenen 45° Winkel nach innen gut fixieren zu können.

6 Kräfteberechnung 43

6 KräfteberechnungIn diesem Abschnitt werden zur Vorauslegung die nötigen Stützkräfte der Konstruktion

berechnet. Dabei sind die Geometrien im Verhältnis stimmig zur späteren Konstruktion.

Die dynamischen Kräfte werden überschlägig bestimmt. Bei der späteren Konstruktion

wird zusätzlich ein Sicherheitsfaktor gewählt um einen guten Schutz gegen Bruch zu

erreichen.

6.1 Kräfte Schuss-Mechanismus

Die im Abschnitt Schuss-Kraft aufgeführten Simulations-Werte des Schuss-Aktuators

dienen nun als Orientierung für die Ermittlung der Auflagerreaktionen in diesem Kapitel. In

dem Versuch zeichnete sich bei idealen Bedingungen eine maximale magnetische Kraft

von 740N ab. Um eine Steigerung dieses Wertes zum Beispiel durch eine

leistungsfähigere Elektronikschaltung zu berücksichtigen, geht die nachfolgende

Rechnung von einer maximalen Spulenkraft von F Spule=1000N aus. Durch den 25°

Winkel der eingebauten Spule ergeben sich folgende Kräfte in X- und Z-Richtung

F XSpule=cos(25)∗1000N=906N (Gl. 6.1.1)

F ZSpule=sin (25)∗1000N=422N (Gl. 6.1.2)

Abbildung 6.1.1: Kräfte Spule


Für die maximale Kraft in X-Richtung wird von einem flachen Schuss ausgegangen bei

dem das Schussbein ausschließlich frontal belastet wird. Das Schussbein hat eine

Gesamtlänge von ca. 25cm. Dieses Maß unterteilt sich in folgendes Verhältnis: l 1z=5cm

und l 2z=20cm . Mit diesen Werten kann nun eine Auflagerreaktion für F XLager bestimmt

werden.

∑ F X=0=F XLager+F XBAll−F XSpule (Gl. 6.1.3)

∑M Ball=0=l 2z∗F XSpule−(l 2z+l1z)∗F XLager (Gl. 6.1.4)

F XLager=F XSpule∗(l2z

l 2z+l 1z)=906N∗(

20cm

20cm+5cm)=725N (Gl. 6.1.5)

Abbildung 6.1.2: Kräfte Spule X-Richtung


Für die maximale Kraft in Z-Richtung wird eine Hebelbewegung angenommen welche

einen Ball in eine 45° Abschussrichtung befördert. Die Kräfte werden zur Momenten-

Berechnung auf eine gemeinsame in Abbildung 6.1.3 dargestellte Ebene projiziert. Der

Kraftangriffspunkt der Spule befindet sich auf dem oberen fünftel des Schussbeins. Die

projizierten Längen ergeben sich bei einem 25cm langen Schussbein wie folgt:

l 1x=cos (45)∗5cm=3,5cm (Gl. 6.1.6)

l 2x=cos (45)∗20cm=14cm (Gl. 6.1.7)

Mit diesen Werten lässt sich nun eine maximale Auflagerreaktion in Z-Richtung

bestimmen.

∑ F Z=0=F ZBall+F ZLager−F ZSpule (Gl. 6.1.8)

∑M Ball=l 2x∗F ZSpule−F ZLager∗( l2x+l 1x) (Gl. 6.1.9)

F ZLager=F ZSpule(l 2x

l 2x+l1x)=422N∗(

14cm

14cm+3,5cm)=338N (Gl. 6.1.10)

Abbildung 6.1.3: Kräfte Spule Z-Richtung


6.2 Kräfte Dribbel-Mechanismus

Die beiden Arme des Dribbel-Mechanismus sollen durch Federn in ihrer Position gehalten

werden und bei zu hohen Kräften, die zum Beispiel durch das Auffahren eines Roboter-

Gegenspieler verursacht werden, nachgeben. Dabei sollte die ideale Federvorspannkraft

so gewählt sein, wie eine maximale tolerierte Kraft die durch das Aufprallen eines Balles

bei der Passannahme stattfinden kann. Zusätzlich kann ein Dämpfungsweg durch einen

vorgesehene Kleinstoßdämpfer berücksichtigt werden. Für diese Auslegung wird ein

idealisiertes Modell angenommen.

Betrachtet wird das System welches in Abbildung 6.2.1 dargestellt ist. Der Ball mit einer

Masse mBall=0,45 kg und einer Geschwindigkeit von v Ball=6m / s trifft auf die Dribbel-

Arme des Roboters. Der Stoßdämpfer besitzt einen Hub von sDämpfer=0,01m . Blau

dargestellt ist das Gelenk, um welches der Arm bei zu hohen Kräften ausweichen kann.

Um die volle Energie beim Aufprall des Balles über den Dämpfer aufzunehmen, wird

dieser über den gesamten Hubweg beansprucht. Bei der ungebremsten Geschwindigkeit

v Ball legt der Ball die Strecke sDämpfer bis zu dem im Graphen dargestellten Zeitpunkt

t 1 zurück. Das zugehörige Δ t1 ergibt sich aus:

Δ t1=sDämpfer

v Ball=0,01m

6m / s=0,0017 s (Gl. 6.2.1)

Abbildung 6.2.1: Kraft-System Dribbel-Mechanismus


Geht man nun von einer gleichmäßig abgebremsten Bewegung aus, so ergibt sich die

Zeitspanne Δ t2=2∗Δ t 1 bis der Ball den Weg sDämpfer zurück gelegt hat. In der

Abbildung 6.2.1 ist der gedämpfte Verlauf durch die gestrichelte Linie dargestellt. Aus

diesem Modell ergibt sich folgende negative Beschleunigung für den Ball bis dieser zum

Stillstand kommt:

v Ball (t 2)=0=v0+a∗Δ t 2 (Gl. 6.2.2)

a=−v0Δ t 2

=−v02∗Δ t 1

=−6

m

s

2∗0,0017 s=−1764

m

s2

(Gl. 6.2.3)

Aus dieser Beschleunigung lässt sich nun ein Wert für die Kraft errechnen, welche die

Federung dem Ball entgegen setzen muss, um den Arm in Position zu halten. Ausgehend

davon, dass die Kraft sich gleichmäßig auf beide Arme verteilt, lässt sich herrschende

Kraft am Arm F Arm bestimmen:

F Arm=mBall∗∣a∣

2=

0,45 kg∗1764m

s2

2=397N

(Gl. 6.2.4)

Für den Schutz gegen dynamische Kräfte wird für die anschließende Konstruktion

überschlägig eine maximale angreifende Kraft von F maxArm=1000N angenommen.

7 Design Schuss-Mechanismus 48

7 Design Schuss-MechanismusIn diesem Kapitel wird das fertig entwickelte Design des Schuss-Mechanimus zunächst

vorgestellt und anschließend die Auslegung der verwendeten Komponenten beschrieben.

7.1 Anpassung auf Liga-Regeln

Zum Ende des Entwicklungsprozesses musste nachträglich eine Anpassung der

Entwicklung, in der Abbildung 7.1.1 als „Design 1“ dargestellt, vorgenommen werden.

Dieses Design kann die Liga-Regelungen nicht erfüllen. Die Regeln besagen, dass sich

alle Aktuatoren zu jedem Zeitpunkt innerhalb des Bauraums von 52 x 52 cm der

Grundfläche befinden müssen. Bei hohen Schüssen kann diese Bestimmung mit dem

Design des Schuss-Beins nicht erfüllt werden. Um hohe Schüsse weiterhin mit guten

Schussergebnissen zu ermöglichen, musste die Schuss-Spitze, die Länge des Schuss-

Beins und der Aufhänge-Punkt angepasst werden. Weiterhin muss der Hub der Spule

limitiert werden (siehe Kapitel 7.8 ). Dadurch, dass sich der Verfahr-Weg des Linear-

Antriebs verkürzte, wurde der Sensor mit ursprünglich 15 cm elektrischem Messweg durch

einen baugleichen Sensor mit 10 cm Messweg ersetzt. Das resultierende Design ist in der

Abbildung 7.1.1 als „Design 2“ darstellt. In den nachfolgenden Abschnitten wird das

„Design 2“ und seine Komponenten beschrieben.

Abbildung 7.1.1: Designvarianten


7.2 Vollständiges Konzept Schuss-Mechanismus

Die Abbildung 7.2.1 zeigt den kompletten Aufbau der Entwicklung. Um eine geradlinige

Verstellung der Aufhängung des Schuss-Beins zu ermöglichen, wird ein eigens

entwickelter Gewindetrieb verwendet. Der Motor befindet sich auf gleicher Höhe neben

dem Trieb, um den Bauraum effektiv zu gestalten. Um eine Anbindung zwischen den

Komponenten vorzunehmen, wird ein Zahnriemen eingesetzt. Sobald der Schlitten in eine

gewünschte Position verfahren ist und der Strom des Motors Null wird, setzt eine Bremse

ein, um das Schuss-Bein in Position zu halten.

Das Design erzielt ein schnelles direktes Verfahren mit gleichzeitig hohen Haltekräften.

Der Bauraum gestaltet sich kompakt und lässt Raum für weitere Komponenten. Die

Komponenten sind durch die eigens vorgenommene Zusammenstellung aufeinander

abgestimmt und optimiert.

Abbildung 7.2.1: Komponenten Schuss-Mechanismus


7.3 Antrieb

Der Antrieb ist aus dem Motorenkatalog des Herstellers Maxon ausgewählt (siehe: Quelle

[11]). Entscheidend für die Motor-Auswahl ist die Option eine zusätzliche Bremse auf dem

Motor anzubringen. Der kleinste Motor, bei dem diese zusätzliche Option besteht, ist der

„Maxon RE 25“ mit 20 Watt. Gewählt wird eine Variante mit 24 Volt, so dass die

Spannungs-Quelle des Roboters unverändert genutzt werden kann. Um die

Leistungsfähigkeit des Motors zu überprüfen wird eine überschlägige Rechnung

aufgestellt. Gefordert wird, dass der Motor in der Lage ist eine Schlittenlast von 2 kg in

0,5 s um 0,2 m zu verrücken.

Lmin=F∗v=2∗9,81 N∗0,2m

0,5 s=7,85W (Gl. 7.3.1)

Dieser Wert liegt deutlich unter der Watt-Zahl des Motors von 20 Watt, der Motor bietet

genug Leistung für diese Aufgabe. Für den Motor wird ein zusätzliches Getriebe

vorgesehen. Das Getriebe schont den Zahnriemen und das Spindel-Getriebe durch

niedrigere Drehzahlen. Zusätzlich besitzt das Getriebe eine höhere Stabilität bei radialen

Belastungen auf seinem Flansch. Solche Lasten fallen an wenn der Riemen vorgespannt

wird. Das einstufige Planetengetriebe „GP 32 C“ der Firma Maxon kann im Betrieb mit bis

zu 90 N (10 mm ab Flansch) radial belastet werden. Zu beachten ist, dass das Getriebe

mit einer maximalen Eingangsdrehzahl von 8000 1/min (bzw. 133,33 1/s) belastet werden

darf. Der verwendete Motor kann eine Grenzdrehzahl von 14000 1/min erreichen. Die

gewählte Untersetzung ist mit 3,7:1 die kleinste mögliche Untersetzung in dieser

Getriebereihe. Damit ist die Drehzahl ausreichend begrenzt und bietet trotzdem genug

Umdrehungen, um einen schnellen Linear-Antrieb zu realisieren. Die vollständige

Dimensionierung wird in Kombination mit dem Spindel-Trieb vorgenommen (siehe

Kapitel 7.5 ). Die Datenblätter des Motors und des Getriebes sind im Anhang dieser Arbeit

enthalten.

Abbildung 7.3.2: Maxon RE 25

[Quelle: maxonmotor.com]

Abbildung 7.3.1: Maxon GP 32 C

[Quelle: maxonmotor.com]


7.4 Bremse

Die Permanentmagnet Einflächenbremse „AB 28“ des Herstellers Maxon liefert ein

Haltemoment von 0,4 Nm. In Kombination mit dem Getriebe MAXON GP 32 C, welches

eine Untersetzung von 3,7 : 1 besitzt, ergibt sich ein Haltemoment von 1,48 Nm. Dabei ist

zu beachten, dass das Getriebe mit einem maximalen kurzzeitigen Drehmoment von

1,25 Nm im Datenblatt angegeben ist. Diese Begrenzung des Getriebes ist also das

maximal zulässige Haltemoment. Das Datenblatt der Bremse Maxon AB 28 ist im Anhang

dieser Arbeit enthalten. [11]

Abbildung 7.4.1: Bremse Maxon AB 28 [Quelle: maxonmotor.com]


7.5 Kugelgewindetrieb

Um den Gewindetrieb auszuwählen, werden drei verschiedene Kugelgewindetriebmuttern

aus dem Online Katalog der Firma Mädler miteinander verglichen. Zur Auswahl kommen

Gewinde mit den Steigungen 2 mm, 4 mm und 10 mm pro Umdrehung. Um die Kenndaten

der Gewindetypen zu bestimmen werden die folgenden Berechnungen durchgeführt. [7]

F Spindel=M∗2∗πm∗ω

(Gl. 7.5.1)

vmaxSpindel=nmax∗m

u(Gl. 7.5.2)

s=F max

FSpindel (Gl. 7.5.3)

F Spindel−Haltekraft des Antriebs[N ]

vmaxSpindel−maximaleaxialeGeschwindigkeit der Spindel [mm/ s ]

M=1,25Nm−maximales Haltemoment der Bremse(siehe :Kapitel 7.4)

m−Steigung desGewindetriebs [m]

ω−Wirkungsgrad Gewindetrieb(Kugelgewindetriebω=0,8)

nmax=133,331

s−maximale Drehzahl des Antriebs (siehe Kapitel :7.3)

u=3,7−Untersetzung desGetriebes

s−Sicherheit gegenGetriebeschaden

F max=338N−maximale Kraft (siehe Kapitel 6.1(F ZLager ))

d−Gewindedurchmesser [mm]

Spindel ( d x m ) [7] 10 x 2 12 x 4 16 x 10

Tragzahl dynamisch [7] 1510 N 4000 N 6800 N

Tragzahl statisch [7] 3020 N 6700 N 12600N

Gewicht [7] 80 g 100 g 160g

F Spindel 4908 N 2545 N 981 N

vmaxSpindel 72 mm/s 144 mm/s 360 mm/s

s 14,5 7,5 2,9


Da sich die Sicherheit gegen Bruch in diesem Fall auf ein kostspieliges Getriebe bezieht

wird ein Wert s = 7,5 bevorzugt. Die Spindel 12 x 4 ist gleichzeitig mit einer maximalen

Verstell-Geschwindigkeit von 144 mm/s ausreichend gerüstet. Bei einem Spindelweg von

ca. 75 mm, um von einem flachen auf einen maximal hohen Schuss umzustellen, ist eine

Verstellzeit unter einer Sekunde möglich.

Der eigens konstruierte Schlitten wird auf zwei 12 mm Rundstangen mit zwei

Linearkugellagern der KB-ISO Serie mit Doppellippen-Dichtungen geführt. Diese Lager

weisen eine statische Tragzahl von 980 N und eine dynamische Tragzahl von 1160 N auf.

Mit der ermittelten maximalen frontalen Last von 725 N aus Kapitel 6.1 ergibt sich eine

Sicherheit gegen Bruch von 3,2 gegen dynamische Belastung. [7]

Abbildung 7.5.2: Beispieldarstellung

Flanschmutter [Quelle: maedler.de]

Abbildung 7.5.1: Linear-Antrieb

Abbildung 7.5.3: Linearkugellager

KB-ISO Serie 3 [Quelle: maedler.de]


Abbildung 7.5.5: Kenndaten für SBN Miniatur-Schrägkugellagerpaar [Quelle: sbn.de]

Abbildung 7.5.4: Kenndaten für SBN Miniaturkugellager [Quelle: sbn.de]


Durch eine Spindel-Endbearbeitung werden Lager mit einem Innendurchmesser von

maximal 8 mm benötigt. Um die Spindel zu lagern werden Miniaturkugellager der Firma

SBN eingesetzt. Diese verfügen in der verwendeten Variante mit dem Zusatz „2Z“ über

Metalldeckscheiben, welche das Lager vor Staub und festen Partikeln schützen. Die

Abbildungen 7.5.4 und 7.5.5 zeigen die Kenndaten der verwendeten Lager. Es kommen

Schrägkugellager als Festlagerpaar und ein Rillenkugellager als Loslager zum Einsatz. In

Abbildung 7.5.6 ist die Position der Lager in der Konstruktion blau gekennzeichnet. Unten

befinden sich das Schrägkugellagerpaar und oben das Rillenkugellager. Für die

Konstruktion ist ein weiterer Kennwert des Schrägkugellagerpaars aus dem SBN Katalog

(siehe: Quelle [8]) entscheidend. Das Lagerpaar darf Axial mit maximal 1520 N belastet

werden. Für die Konstruktion ergibt sich mit diesem Wert und der maximalen angreifend

Kraft von 338N (siehe: Kapitel 6.1) eine Sicherheit von 4,5 gegen Bruch.

Abbildung 7.5.6: Lagerung der Spindel


7.6 Zahnriemen

Um eine Welle-Nabe-Verbindung sowohl zwischen Motor und Zahnriemenrad, als auch

zwischen Spindel und Zahnriemenrad, herzustellen, werden Spannsätze der Baureihe

„BAR“ des Lieferanten Mädler verwendet. Die Spannsätze in der Ausführung für

Wellendurchmesser von 6 mm weisen ein übertragbares Drehmoment von 9 Nm und ein

übertragbare Axialkraft von 3 kN auf. Die Spannsätze sind damit für den Anwendungsfall

geeignet. Das Zahnriemenrad wird aufgebohrt um den Spannsatz einzusetzen. Im

nächsten Schritt wird der Riemen ausgelegt. [7]

Nach Kapitel 6.1 (Kräfte Schuss-Mechanismus) ist gefordert, dass der Linear-Antrieb einer

Kraft von F ZLager=338N Stand halten muss. Um eine zusätzliche Sicherheit größer 2 zu

erlangen, wird der Zahnriementrieb mit einer angreifenden Kraft von F RiemenK=800N

ausgelegt. Durch den Spindeltrieb ergibt sich damit folgendes Drehmoment M RiemenK für

den Riemen:

M RiemenK=F RiemenK∗m∗ω

2∗π=800N∗0,004m∗0,8

2∗π=0,407Nm (Gl. 7.6.1)

ω−WirkungsgradGewindetrieb (Kugelgewindetriebω=0,8)

m−Steigung desGewindetriebs [m](siehe :Kapitel 7.5, gewählter Spindeltrieb)

Abbildung 7.6.1:

Beispieldarstellung Spannsatz

BAR [Quelle: maedler.de]Abbildung 7.6.2: Zahnriemenrad

[Quelle: maedler.de]


Die Drehzahl ergibt sich aus der Untersetzung des Getriebes u=3,7 und der maximalen

Eingangsdrehzahl des Getriebes nmaxG=80001

min:

nRiemenK=nmaxGu

=8000

1

min

3,7=2162,16

1

min

(Gl. 7.6.2)

Zur Bestimmung des Zahnriemens wird das Online-Berechnungsprogramm „Mädler-Tool“

des Lieferanten verwendet (siehe: Quelle [7]). Mit den ermittelten Kennwerten M RiemenK

und nRiemenK wird der Zahnriemen ausgelegt. Der Achsabstand der Riemenräder beträgt

dabei 55 mm. Der gewählte Zahnriementrieb der Reihe T5, mit einer Riemenbreite von

10mm und einer Zähnezahl der Riemenräder von 22 pro Rad. erzielt eine Sicherheit von

3,24 für diesen Anwendungsfall. Die Riemenlänge wird mit 220 mm angegeben. Das

Programm gibt an, dass der Riemen mit 24 N für den Belastungsfall vorzuspannen ist. Das

Berechnungs-Protokoll ist im Anhang dieser Arbeit enthalten.

Abbildung 7.6.3: Feder zur Riemen-Vorspannung [Quelle: febcrotec.de]


Um den Riemen wie gefordert mit 24 N vorzuspannen werden zwei Federn der Firma

Febrotec (siehe: Quelle [10]) ausgewählt. Die Federn (siehe: Abbildung 7.6.3) besitzen

eine Federrate c=5,989N /mm . Um die geforderte Vorspannkraft zu erreichen werden

die beiden Federn, durch das Anziehen zweier M10 Schrauben, jeweils um die Länge 2

mm gestaucht. Die Federn (blau dargestellt) drücken wie in Abbildung 7.6.4 gezeigt gegen

den Aufnahmeblock des Motors. Der Motor-Block ist über die zwei Rundstangen, auf

welche die Federn drücken, verschiebbar. Der Riemen hält den Motor in Position und wird

durch die aufgebrachte Federkraft vorgespannt.

Abbildung 7.6.4: Vorgespannter Riemen


7.7 Sensor

Um die Schlittenposition des Linear-Antriebs zu ermitteln, wird der Wegaufnehmer LFP

des Herstellers Novotechnik (siehe: Quelle [9]) verwendet. Der Sensor ist ein zweiteiliges

System, welches aus einem potentiometrischen Widerstandselement mit Folienkollektor

und einem mechanischen Druckstück besteht. Der Folienkollektor wird durch Aufkleben

auf dem Profil hinter dem Schlitten befestigt (siehe: Abbildung 7.7.2). Das Druckstück wird

mit dem Schlitten bewegt und presst die beiden gegenüberliegenden Leiterbahnen des

Folienpotentiometers an der befindlichen Stelle zusammen. Der verwendete Sensor mit

100 mm elektrischem Messweg weist dabei eine unabhängige Linearität von +/- 0,4% auf.

Damit erreicht der Sensor eine Genauigkeit von +/- 0,4 mm. Für den skizzierten

Anwendungsfall ist dieser Wert ausreichend geeignet. In der Abbildung 7.7.2 ist die

Position des Sensors innerhalb der Konstruktion blau dargestellt. Das Datenblatt des

Sensors Novotechnik LFP ist im Anhang dieser Arbeit enthalten.

Abbildung 7.7.1: Sensor LFP [Quelle: novotechnik.de]

Abbildung 7.7.2: Sensorposition des Linear-Antriebs


7.8 Limitierung des Schuss-Mechanismus

In der Abbildung 7.8.1 ist der Mechanismus mit maximaler Auslenkung des Schussbeins

dargestellt. Die gelbe Linie entspricht dem erlaubten maximalen Ausschlag um die Liga-

Regelungen zu befolgen. Das markierte Maß a entspricht dem Abstand von der

Unterkante des Führungswagens bis zum Block der unteren Lagerung des Linear-

Antriebs. Beim Verschieben des Wagens ändert sich der Abstand a , die folgenden

Maßangaben beziehen sich auf das resultierende Maß von a .

Der Sensor des Linear-Antriebs hat seinen Messbereich zwischen den Längen

a1=15mm und a2=115mm . Einen genau zentrischen Stoß auf den Ball (flacher

Schuss) vollzieht der Roboter bei der Einstellung a3=95mm .

Der Hub sh der Spule muss für den Schuss limitiert werden. Dabei gibt es folgende

Möglichkeiten in Kombination mit dem untersten angefahren Maß amin :

- Möglichkeit 1: amin=15mm , sh=25mm (höchster Schuss, vgl. Abbildung 7.8.1)

- Möglichkeit 2: amin=25mm , sh=30mm

- Möglichkeit 3: amin=35mm , sh=35mm (maximale Kraft-Übertragung durch Spule)

Abbildung 7.8.1: Limitierung Schuss-Mechanismus

8 Design Dribbel-Mechanismus 61

8 Design Dribbel-MechanismusIn diesem Kapitel wird das entwickelte Design des Dribbel-Mechanismus beschrieben und

die Auslegung der Komponenten dargelegt.

8.1 Vollständiges Konzept Dribbel-Mechanismus

In den Abbildungen 8.1.1 und 8.1.2 ist der komplette Mechanismus abgebildet. Zu sehen

ist einer der beiden Dribbel-Arme, welcher in der Front über ein Antriebsrad verfügt. Das

Rad ist mit dem dahinter befindlichen Motor über einen Riementrieb verbunden. Die

Einheit Motor und Rad sind auf einem Block fest montiert. Der Block selbst ist auf zwei

Rundstangen beweglich gelagert und mit einem Dämpfer verbunden. Über den Dämpfer

kann kinetische Energie durch Stöße absorbiert werden. Der Dämpfer, mit integrierter

Feder und einer zusätzliche Feder (in der Abbildung 8.1.1 mit „2“ markiert), spannt die

Linearlagerung auf.

Abbildung 8.1.1: Komponenten Dribbel-Mechanismus Seitenansicht


Der Arm ist horizontal durch einen Anschlag fixiert. Am hinteren Ende ist der Arm auf einer

Welle gelagert und kann über diese nach oben schwenken. Zwei Federn (in der Abbildung

8.1.1 mit „1“ und „2“ markiert) spannen den Arm beidseitig ein. Durch die obere der beiden

Federn wird der Arm durch Vorspannen entlastet. Dadurch kann die Last für eine

erfolgreiche Ballannahme manuell, durch vorspannen, eingestellt werden. Über die untere

Feder wird ein gleichmäßiger Anpressdruck auf dem Ball erzeugt, dies gewährt die

konstante Übertragung des Drehmoments auf den Ball, welche durch das Antriebsrad

aufgebracht wird.

Ist der Roboter in Ballbesitz so sind die Arme stets angewinkelt. Der Auslenkungsgrad des

jeweiligen Dribbel-Arms wird dabei durch je einen Sensor erfasst. Bei dem eingesetzten

Sensor handelt sich um ein Schubpotentiometer, welches oberhalb des Arms montiert ist

und durch beidseitige Kugelgelenke alle möglichen Schwenkbewegungen mitverfolgen

kann.

Die Welle am hinteren Ende ist nach innen auf ein weiteres Teil montiert. Dieses Teil

verfügt ebenso über eine Lagerung auf einer Welle und kann dadurch horizontal

schwenken. Die horizontale Lagerung verfügt über einen festen Anschlag, so dass der

Arm bei niedriger Belastung immer gerade nach vorne ausgerichtet ist. Ein Federblock

spannt beide Dribbel-Arme gegenseitig in die Ausgangslage. Bei hohen frontalen Kräften

können die Dribbel-Arme nach außen schwenken. Ein weiterer Anschlag verhindert dabei,

dass der Motor mit dem Kamera-Baum kollidiert.

Abbildung 8.1.2: Komponenten Dribbel-Mechanismus Draufsicht


8.2 Antrieb

Die Dimensionierung der Antriebseinheit wird im Kapitel 5.8 „Antriebseinheit Dribbel-

Mechanismus“ innerhalb der Entwurfsphase vorgenommen und beschrieben. Gewählt

wurde ein „Maxon EC 32 flat“ Motor mit 24 Volt und einem „Maxon GP 32 C“ Getriebe mit

einer Untersetzung von 5,8 : 1. [11]

8.3 Rad

Als Abtriebsrad dient ein Rad aus dem RC-Modellautobau in dem Maßstab 1:10

(siehe: Quelle [15]). Diese Räder haben sich bereits auf der aktuellen Roboter-Plattform

bewährt. Sie sind leicht und ausreichend stabil. Das neu gewählte Rad in der Ausführung

„Reely Straßenmodell Slick breit“ ist breiter als das aktuelle und besitzt eine glatte

Oberfläche, um eine hohe Haftreibung (Grip) zwischen Ball und Rad zu erlangen.

Das Rad ist auf eine Welle montiert und gesondert von dem Antrieb gelagert (siehe

Abbildung 8.3.3). Die Lagerung ist mit einem doppelreihigen Schrägkugelllager realisiert.

Dieses Lager der Marke SKF mit der Bezeichnung „3200-A-2RS1TN9-MT33“ besitzt

beidseitige Dichtscheiben. Die Welle ist mittels einer Nutmutter nach DIN 981 axial auf

dem Lager fixiert. Das Lager ist zwischen einem Sicherungsring nach DIN 472 für

Bohrungen und einer Anschlagfläche am äußeren Ring eingespannt. [14]

Abbildung 8.3.1: Modellbaurad „Reely

Straßenmodell Slick breit“ [Quelle: conrad.de]

Abbildung 8.3.2: SKF

doppelreihiges Schrägkugellager

[Quelle: skf.com]


Das Lagerpaar besitzt eine statische Tragzahl von C0=4300N , für das einzelnen Lager

ergibt sich die halbe Tragzahl C L0=2150N . Mit Hilfe des Datenblatts (siehe Abbildung

8.3.4) lässt sich der Druckwinkel des Schrägkugellagers bestimmen. [14]

α=arcsin (0,5∗a0,5∗D

)=arcsin (0,5∗160,5∗30

)=28° (Gl. 8.3.1)

Abbildung 8.3.3: Schnitt Lagerung

Dribbelrad

Abbildung 8.3.4: Kenndaten Lager SKF 3200-A-2RS1TN9-MT33


Aus dem Druckwinkel α und der Tragzahl des einzelnen Lagers ergibt sich die statische

Tragzahl für radiale Belastung pro Lager.

C0Lr=cos(α)∗C0L=cos(28°)∗2150N=1898N (Gl. 8.3.2)

Im Kapitel 6.2 (Kräfte Dribbel-Mechanismus) wurde nach vorheriger Rechnung festgelegt,

dass eine maximale Kraft auf den Dribbelarm mit F max=1000N anzunehmen ist. In der

Abbildung 8.3.5 ist das Kräftediagramm für eine zentrische Maximalbelastung dargestellt.

Daraus lassen sich die Auflagerreaktionen berechnen:

∑ F=0=F max−F L1+F L2 (Gl. 8.3.3)

∑M=0=F L1∗16mm−F max∗(16mm+4mm) (Gl. 8.3.4)

F L1=1000N∗(16mm+4mm16mm

)=1250N (Gl. 8.3.5)

F L2=F L1−F max=1250N−1000N=250N (Gl. 8.3.6)

Für das stärkere belastete Lager L1 ergibt sich damit folgende Sicherheit gegen Bruch:

S L1=C0Lr

F L1

=1898N

1250N=1,52 (Gl. 8.3.7)

Abbildung 8.3.5: Auflagerreaktion

Dribbelrad


8.4 Zahnriemen

Der Zahnriemen wird mit Hilfe des Online-Berechnungsprogramm „Mädler-Tool“ des

Lieferanten dimensioniert (siehe: Quelle [7]). Die Kenndaten, um den Riementrieb

auszulegen, ergeben sich aus den Antriebswerten. Der Motor „Maxon EC 32 C flat“ mit 24

Volt erreicht laut Datenblatt ein maximales Drehmoment von 35,8 mNm und eine

Nenndrehzahl von 6000 1/min. In Kombination mit dem Getriebe „Maxon GP 32 C“ mit der

Untersetzung 5,8 : 1 ergibt sich:

M maxD=0,0358Nm∗5,8=0,208Nm (Gl. 8.4.1)

nD=6000

1

min

5,8=1034,5

1

min

(Gl. 8.4.2)

Der Achsabstand wird mit 65 mm gewählt. Der gewählte Riementrieb des Typs T 2,5 mit

einer Riemenbreite von 6 mm und einer Zähne-Anzahl von 40 pro Riemenrad erreicht mit

den Eingaben eine Sicherheit von 1,47. Die Riemenlänge wird mit 230 mm angegeben.

Das Berechnungs-Protokoll ist im Anhang dieser Arbeit enthalten.

Um den Riemen zu montieren wird ebenfalls der gleiche Spannsatz verwendet, wie in

Kapitel 7.6 Zahnriemen beschrieben. Ein Vorspannen des Riemens kann für diesen

Anwendungsfall vernachlässigt werden, da ein mögliches Überspringen des Riemens für

die Funktion der Vorrichtung nicht entscheidend ist. Der Riemen wird formschlüssig

verbaut. In der Abbildung 8.4.1 ist die Montage dargestellt. Der Aufnahmeblock des Motors

ist auf zwei Rundstangen gelagert. Durch das Anziehen der markierten Schraube kann die

Position des Achsabstandes der Riemenräder verschoben werden. Dadurch lässt sich der

Riemen lösen oder formschlüssig montieren. Durch die markierte Mutter kann die

eingestellt Position fixiert werden.

Abbildung 8.4.1: Dribbel Riemenmontage


8.5 Dämpfer

Der gewählte Dämpfer ist aus dem Sortiment des Lieferanten Mädler gewählt. Aus dem

Datenblatt kann man entnehmen, dass der Dämpfer von dem Hersteller ACE stammt

(siehe Quelle: [12]). Um zu ermitteln welches Dämpfer-Modell geeignet ist, wird der

physikalische Vorgang betrachtet. Der Ball soll bei der Annahme durch den Dämpfer

abgebremst werden. Die effektive Masse me entspricht in diesem Fall der

abzubremsenden Masse des Balls und der Masse der vorderen Dribbel-Arms, welcher

sich nach dem Stoß durch den Ball mitbewegt. Die Aufprall-Geschwindigkeit v2 auf den

Stoßdämpfer lässt sich mit dem Impulssatz für unelastischen Stöße abschätzen. Dazu

werden zunächst die Massen der einzelnen Körper ermittelt.

Masse Ball: m1=450g

Masse Vorderer Dribbel-Arm: m2=725g

- (Bauteil) Dribbel_Winkel: 106 g

- (Bauteil) Dribbel_Arm_eins: 197 g

- (Bauteil) Dribbel_Vorspann_Motoraufnahme: 56 g

- (Bauteil) Dribbel_Arm_Deckel: 56 g

- Zahnriemenräder: 2x 40g

- Motor: 91 g

- Getriebe: 118 g

- Sonstiges: ≈ 21g

Abbildung 8.5.1: Kleinstossdämpfer

[Quelle: maedler.de]


Für den Impulssatz wird die halbe Masse des Balls eingesetzt, da sich die Masse auf die

beiden Dribbel-Arme mit jeweils einem Dämpfer verteilt. Die Ball-Geschwindigkeit v1

beträgt in dem betrachteten Fall 6 m/s.

Impulssatz (unelastischer Stoß): v1∗m1=v2(m1+m2) (Gl. 8.5.1)

v2=v1∗(m1

m1+m2)=6

m

s∗(

225g

225g+725g)=1,4

m

s(Gl. 8.5.2)

Die übertragene kinetische Energie und die effektive Masse beträgt dabei pro Dribbel-Arm:

E kin=0,5∗m1∗(v1) ²=0,5∗0,25∗(6m

s) ²=4,5 J (Gl. 8.5.3)

me=0,5∗m1+m2=0,5∗450g+725g=950g ≈1kg (Gl. 8.5.4)

Diese Daten können nun mit den Daten der Dämpfer-Modelle verglichen werden. Der

gewählte Dämpfer aus der Mädler-Katalog mit der Artikel-Nummer 69015000 besitzt

folgende Eigenschaften:

- maximale Energieaufnahme pro Hub: 22 J

- effektive Masse (einstellbar): 1 bis 109 kg

- Auffahrgeschwindigkeit: 0,3 bis 3,6 m/s

Die Werte decken sich mit den zuvor ermittelten Bedingungen. Der Dämpfer ist für die

Anwendung geeignet. Über einen Drehknopf lässt sich das Bauteil für den Betrieb manuell

einstellen.


8.6 Federn

Um den Federblock zu gestalten werden für den Bauraum Federn aus dem Produkt-

Katalog der Firma Febrotec (siehe: Quelle [10]) gewählt, welche sich unter den räumlichen

Bedingungen der geforderten Kraft aus Kapitel 6.2 (Kräfte Dribbel-Mechanismus) gut

annähern. Ein Momentendiagramm ergibt, dass sich der Angriffspunkt Dribbel-Rad und

der Federblock in etwa im gleichen Abstand zur Rotationsachse befinden. Die geforderte

Vorspannkraft entspricht demnach genau der angreifenden Kraft F Arm=397N . Für die

gewählten vier Federn (siehe: Abbildung 8.6.1), welche im eingebauten Zustand auf eine

Länge von 46 mm gedehnt werden, ergibt sich eine gesamte Vorspannkraft von:

F Vges=4∗F 0+4∗c∗2,4mm=4∗32,94N+4∗2,4mm∗19,9N /mm=322,8N (Gl. 8.6.1)

Durch die hohe Federkonstante ist damit zu rechnen, dass die Dribbel-Arme ausreichend

in Position gehalten werden, um den Ball anzunehmen. Wird bei einer Kollision mit einem

anderen Roboter ein Dribbel-Arm voll bis zum Anschlag ausgelenkt, so werden je zwei

Federn um zusätzliche 7 mm und die anderen beiden um je 5 mm aufgespannt.

Zusammen ergibt sich eine maximale Federkraft von:

F maxF=322,8N+2∗7mm∗19,9N /mm+2∗5∗19,9N /mm=800N (Gl. 8.6.2)

Der Wert liegt unter dem Maximum welches zur Auslegung des Arms angenommen wurde.

Abbildung 8.6.1: Federblock Feder


Um das volle Moment der Antriebs-Einheit auf den Ball zu übertragen, ist es notwendig die

Lineare Lagerung, welche sich vor dem Dämpfer befindet, mit entsprechender Kraft

F minD aufzuspannen. Die Spannkraft muss dabei größer sein als die Kraft, welche aus

dem Moment des Antriebs M maxD=0,208Nm (siehe: Kapitel 8.4) und der des

Raddurchmessers d Rad=76mm resultiert.

F minD=M maxD

(d Rad

2)

=0,208Nm

(0,076m

2)=5,5N

(Gl.8.6.3)

Die gewählte Feder (siehe Abbildung 8.6.2) wird im eingebauten Zustand auf 35 mm

gestaucht und erzeugt dabei eine Kraft von 9,2 N. Zusätzlich verfügt der Dämpfer

ebenfalls über eine Feder, welcher eine Kraft von 3 – 5 N je nach Einstellung erzeugt.

Abbildung 8.6.2: Feder Dribbelarm Rückstellfeder [Quelle: febrotec.de]


Um die volle Kraft F RD=5,5N des Antriebs auf den Ball zu übertragen ist eine bestimmte

Anpresskraft F ND notwendig. Gleichzeitig sollte diese Kraft nicht zu groß sein, um bei der

Annahme den Ball nicht abzublocken. Der Dribbel-Arm selbst erzeugt mit seinem Gewicht

von ca. 1,25 kg eine Kraft von ca. 12 N. Die Kenndaten des verwendeten Federpaares um

den Dribbel-Arm beidseitig einzuspannen ist in Abbildung 8.6.3 gezeigt. Die untere Feder

erzeugt im eingebauten Zustand, mit einer Spannlänge von 80 mm, eine Kraft von 7,3 N.

Ist der Roboter in Ballbesitz, wird die untere Feder um weitere 10 mm aufgespannt und

erzeugt dabei eine Kraft von insgesamt 12,8 N. Insgesamt wirkt nun auf den Ball eine Kraft

von 24,8 N pro Dribbel-Arm. Um die notwendige Anpresskraft F ND anzunähern wird eine

Berechnung durchgeführt. Die Haftreibung μHB zwischen Ball und Rad wird überschlägig

mit einem Wert μHBmin=0,5 bis μHBmax=0,8 abgeschätzt.

F RD=μHB∗F ND (Gl.8.6.4)

F NDmax=F RD

μHBmin

=5,5N

0,5=11N (Gl.8.6.5)

F NDmin=F RD

μHBmax=5,5N

0,8=6,9N (Gl.8.6.6)

Für die obere Feder ergibt sich daraus eine Vorspannlänge von ca. 90 bis 100 mm, um

eine Anpresskraft F ND von ca. 6,5 N bis 12 N auf dem Ball zu erzeugen. Das

Vorspannen kann manuell angepasst werden.

Abbildung 8.6.3: Feder Dribbelarmspanner [Quelle: febrotec.de]


8.7 Sensor

Um die Stellung der Dribbel-Arme zu erfassen, ist ein Sensorkonzept notwendig, welches

einen Winkel erfasst. Bei der ersten Recherche wird ein Sensor der Firma Megatron

(siehe: Quelle [13]) vom „Typ ENA 22“ gewählt. Der Sensor ist günstig und lässt sich

einfach verbauen, indem ein Magnet auf die Welle geklebt und der Sensor auf dem

rotierenden Arm gegenüberliegend zu dem Magneten mitgeführt wird. Dadurch dass keine

mechanische Anbindung nötig ist, ist der Sensor langlebig. Dieser wird nun auf

Tauglichkeit für die Anwendung überprüft. Der Sensor erreicht eine Linearität von +/- 0,5%

auf einem Messbereich von 360°, das entspricht einer Genauigkeit von +/- 1,8°. Der

Dribbel-Arm besitzt von der Welle bis zum Rad eine Länge von ca. 285 mm. Das

entspricht einer 360° Kreisbahn von 1790 mm. Der Sensor erreicht auf dieser Kreisbahn

resultierend eine Genauigkeit von +/- 8,9 mm. Für die Anwendung ist dieser Wert

ungeeignet, da der maximale Schwenkbereich in etwa einer Winkeldistanz von 5° bzw.

einer Länge von 25 mm entspricht. Um auf eine veränderte Balllage rechtzeitig reagieren

zu können muss der Sensor genauere Werte liefern.

Abbildung 8.7.1: Sensor

Megatron ENA 22

[Quelle: megatron.de]


Für ein neues Konzept wird ein Gelenkkopfpotentiometer der Firma Novotechnik

ausgewählt (siehe: Quelle [9]). Der Sensor vom Typ TX2 mit einer Messlänge von 50 mm

wird auf dem Dribbel-Arm in einem Abstand von l 1=90mm zur Achse montiert. Das

Potentiometer verfügt über eine Linearität von +/- 0,1%, bezogen auf die Messlänge

entspricht das einer Genauigkeit von x1=0,05mm . Mit dem Strahlensatz lässt sich die

Genauigkeit x2 für die Anwendung, bezogen auf die Armlänge l 2=285mm , bestimmen.

x1

l 1=x2

l 2(Gl. 8.7.1)

x2=x1

l 1∗l 2=

0,05mm

90mm∗285mm=0,16mm (Gl. 8.7.2)

Das Sensorkonzept ist mit dieser Genauigkeit x2 für die Anwendung ausreichend

geeignet. Das Datenblatt des Sensors ist im Anhang dieser Arbeit enthalten.

Abbildung 8.7.2: Sensor Novotechnik TX2 [Quelle: novotechnik.de]

9 Bauraum 74

9 Bauraum

Der Bauraum des Roboters wurde neu gestaltet und eingeteilt. Die vorhandene Motor-

Elektronik wurde aufrecht platziert. Der Industrie-PC wurde auf der Rückseite des

Roboters neu angeordnet. Die farbig markierten Blöcke in den Abbildungen 9.1 und 9.2

stellen den Bauraum für die übrigen Komponenten dar. Die blauen Blöcke kennzeichnen

den Bauraum für Elektronik-Platinen. Grün dargestellt ist der Bauraum für die Akkus. Und

Orange dargestellt ist ein Platzhalter für eine zusätzliche RGB-D Kamera.

Abbildung 9.1: Bauraum Vorderansicht

9 Bauraum 75

Die Blöcke haben folgende Maße (Länge x Breite x Höhe, Einheit: [mm]):

– blauer Block im Kamerabaum: 80 x 180 x 180

– blauer Block auf Grundplatte (2x): 120 x 35 x 150

– grüner Block: 55 x 240 x 150

Durch das Versetzen der Akkus nach innen ist zusätzlicher Stauraum entstanden und so

können nun vier, statt vorher drei, Akkus platziert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass nun

zum Wechseln der Akkus nicht mehr die hintere Umrandung abmontiert werden muss. Der

Elektronik-Bauraum bietet genug Platz für alle vorhandenen und zusätzliche Teile. Durch

die zusätzliche RGB-D Kamera erlangt der Roboter ein erweitertes Sichtfeld.

Abbildung 9.2: Bauraum Hinteransicht

10 Schlussteil 76

10 Schlussteil

10.1 Zusammenfassung

In dieser Arbeit wurde ein vollständiges Konzept für die Modernisierung der Dribbel- und

Schuss-Mechanik einer bestehenden Fußball-Roboter-Plattform ausgearbeitet. Dazu

wurde der Bauraum neu gestaltet und zwei mechanische Vorrichtung als modulare Einheit

eingepasst. Die mechanischen Komponenten wurden für die Anwendung ausgelegt. Ein

Sensorkonzept wurde ausgearbeitet und Antriebseinheiten dimensioniert und ausgewählt.

Neue Bauteile wurden mit dem CAD-Programm „Autodesk Inventor 2016“ erstellt und

Technische Zeichnungen daraus angefertigt. Stücklisten der einzelnen Baugruppen

wurden zusammengetragen. Die Funktion der Vorrichtung wurde mit Hilfe von

Datenblättern, Berechnungen und grafischen Darstellungen dargelegt. Um das Konzept zu

entwickeln wurde eine Stand-der-Technik Analyse durchgeführt und eine ergebnisoffene

Konzeptphase durchlaufen. Die Erkenntnisse und Schlüsse daraus wurden beschrieben

und dargestellt. Herrschende Kräfte wurden hergeleitet und die Konstruktion unter diesen

Bedingungen angepasst. Ein Lastenheft wurde aufgestellt und darauf geachtet, dass die

Bestimmungen eingehalten werden. Hinweise für aufbauende Arbeiten wurden

dokumentiert.

Abbildung 10.1.1: Roboter hat den Ball

10 Schlussteil 77

10.2 Ausblick

Um die Konstruktion im nächsten Schritt zu erproben, muss ein Prototyp angefertigt

werden und ausgiebig getestet werden. Eine Programmierung der Vorrichtung muss

durchgeführt und die elektronische Integration der Motoren und Sensoren realisiert

werden. Die Spule muss im maximalen Hub limitiert werden, um den Liga-Regeln zu

entsprechen. Der neue Bauraum muss gestaltet und der nach vorne verlegte

Annahmeraum für den Ball angepasst werden, dies beinhaltet auch das Versetzen der

passiven Rollen. In der Abbildung 10.2.1 sind die nachfolgenden Ideen für die weitere

Gestaltung des neuen Annahmebereichs beispielhaft dargestellt. Eine neue Funktion

könnte z.B. durch das Aufbringen von Soft-Material auf den Außenflächen realisiert

werden, um den Ball bei ungenauen Pässen besser unter Kontrolle zu bringen. Oder

zusätzliche Stoß-Blöcke aus Gummi um den Dribbel-Mechanismus seitlich zu schützen

und eventuell ein neues taktisches Verhalten in Zwei-Kämpfen aufzusetzen.

Sobald alle diese Punkte erfolgreich abgearbeitet sind, kann der Entwurf vervielfältigt

werden, um weitere Roboter umzurüsten. Ich wünsche dem Team „Carpe Noctem Cassel“

weiterhin viel Erfolg.

Abbildung 10.2.1: Roboter hat nicht den Ball

11 Literaturverzeichnis: 78

11 Literaturverzeichnis:

[1] The Robocup Federation (2015): A Brief History of Robocup,

URL: http://www.robocup.org/about-robocup/a-brief-history-of-robocup/ (letzter Zugriff:

02.09.2015)

[2] MSL Technical Comittee (2015): Middle Size Robot League Rules and Regulations for

2015, URL: http://wiki.robocup.org/images/3/3f/Msl-rules_2015.pdf (letzter Zugriff:

28.07.2015)

[3] Saur, Daniel (2008): Projektarbeit: Entwicklung eines elektromagnetischen

Schussmechanismusses für autonome mobile Fußballroboter; 2008 - FG Verteilte

Systeme, Universität Kassel

[4] Eindhoven University of Technologie (2015): Turtle (CAD-Dateien),

URL: http://www.roboticopenplatform.org/wiki/TURTLE (letzter Zugriff: 01.09.2015)

[5] Cambada – University of Aveiro (2013): „new Platform“ (pdf), 3rd Intl. RoboCup MSL

Workshop 2013, URL: http://carpenoctem.das-lab.net/mslworkshop3 (letzter Zugriff:

01.08.2015)

[6] Kaihong Huang, NuBot, National University of Defense Technology, China (2014): New

Robot Platform (pdf),

URL: http://wiki.robocup.org/wiki/Middle_Size_League/Workshop/4th_Edition,_Eindhoven_

2014 (letzter Zugriff: 01.08.2015)

[7] Mädler GmbH (2015): Mädler Webshop, URL: http://www.maedler.de/ (letzter Zugriff:

20.11.2015)

[8] SBN Wälzlager (2015): SBN Wälzlager Katalog, Auflage 2015/2016,

URL: http://www.sbn.de/upload/files/katalog_de.pdf (letzter Zugriff: 01.10.2015)

[9] Novotechnik, Siedel Gruppe (2015): Wegaufnehmer, Wegsensoren, Winkelsensoren,

Automative Sensoren, URL: http://www.novotechnik.de/ (letzter Zugriff: 09.11.2015)

[10] Febrotec Federn (2015): Technische Federn, URL: http://www.febrotec.de/, (letzter

Zugriff: 18.10.2015)

11 Literaturverzeichnis: 79

[11] Maxon Motor (2015): Hochpräzise Antriebe und Systeme,

URL: http://www.maxonmotor.de/, (letzter Zugriff: 15.10.2015)

[12] ACE Stoßdämpfer GmbH (2015): Stoßdämpfer , URL: http://www.ace-ace.de/ (letzter

Zugriff: 01.11.2015)

[13] Firma Megatron (2015): Winkelsensoren, Wegsensoren, Joysticks, Kraftsensoren,

URL: http://www.megatron.de/ (letzter Zugriff: 10.11.2015)

[14] SKF Gruppe (2015), Lager und Lagereinheiten, URL: http://www.skf.com/ (letzter

Zugriff: 20.11.2015)

[15] Conrad (2015): Reely 1:10 Straßenmodell Kompletträder Slick breit 5-Speichen

Schwarz, URL: www.conrad.de/de/reely-110-strassenmodell-komplettraeder-slick-breit-5-

speichen-schwarz-2-st-227789.html (letzter Zugriff: 25.11.2015)

[16] Fischer, Ulrich (2005): Tabellenbuch Metall, 43. überarbeitete Auflage, Verlag Europa

Lehrmittel

[17] Hoischen, Hans (2005): Technisches Zeichnen, 30. überarbeitete Auflage, Cornelsen

Verlag

[18] Wittel, Herbert (2013): Roloff/Matek Maschinenelemente, 21. überarbeitete Auflage,

Springer Vieweg

[19] Perinorm (2015): Referenz Datenbank, URL: http://www.perinorm.com (letzter Zugriff:

25.11.2015)

Anhang

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Gesamtmodul_Dribbel-Kicker

State Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

23.11.2015 nils Ansicht Gesamtmodul

Dribbel-Kicker

471,49

405,76257,28

B-B ( 1 : 2 )

PARTS LIST

DESCRIPTIONPART NUMBERQTYITEM

Kicker_Spule11

Kicker_St ssel_Hinten12

KondensatorEPCOS_B43456-A4828-M_8200uF13

Kicker_Struktur_B14

Kicker_Struktur_C15

Dribbel_Mittelteil16

Kicker_St ssel_Vorne17

SchlitzschraubeM4x100_ISO120748

ZylinderschraubeISO 4762 - M6 x 1029

Kicker_Struktur_Bodenleiste210

SenkkopfschraubeDIN 7991 - M5x121611



Kicker_Struktur_rechts114

Kicker_Struktur_links115

B

B

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Kicker_GrundaufbauState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

19.11.2015 CN

11

12

3

6

14

15

5

9

8

7

2

4

10 1013

1

St ckliste

Kicker Grundaufbau

A-A ( 1 : 2 ) C-C ( 1 : 2 )

E-E ( 1 : 2 ) F-F ( 1 : 2 )

A

A

PARTS LIST


Motor Getriebe

Bremse Sensor

Maxon_RE25_24V_GP32C_3,7_A

B_28_Enc_22

11

M dler 16222200

(nachbearbeitet)

Zahnriemenrad_T5_Z22_B1022

Schr gkugellager d8SBN B_7108_MSS_2Z_123

Kicker_Linearantrieb_Lagerung_

unten

14

Kicker_Vorspann_Motoraufnahme15

Sicherungsring d8DIN 471 - 8x0,856

Sechskantmutter

flach (sichern)

ISO 4035 - M817

Kicker_Vorspann_Welle28


M dler 61540600Spannsatz BAR d6210




Kicker_Sensorprofil114

Novotechnik LFP 100Sensor 0435_LFP_0100115

Kicker_Linearantrieb_Fuehrungss

tange

216

M dler

Kugelgewindespindel

12x4 (nachbearbeitet)

Kicker_Linearantrieb_Spindelstan

ge_12x4

117

Kicker_Linearantrieb_Lagerung_

oben

118

Rillenkugellager d8SBN 698_2Z_2119

FederFebrotec 0X-DF1761220

M dler 16260500Riemen T5_B10_L220121

C

C

EE

F F

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Kicker_SchieneState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

19.11.2015 CN

1

14

221

1010

9

12

16

17

19

618

4

3

3

7

2

20

6

6

5

11

11

11

8

13

15

St ckliste

Kicker Schiene

A-A ( 1 :1 )

PARTS LIST


M dler 64012045Kugelgewindetrieb

Flanschmutter 12x4

17

mit DoppellippendichtungLinearkugellager KB-ISO Serie 3210

Kicker_Linearantrieb_Wagen111

M dler 62331800Buchse Sinterbronze d8-D12-L12216


Novotechnik Sensor

Druckst ck (sichern)

Sensor 070301_Positionsgeber

LFP P01

118

Kicker_Welle_Aufhaengung123

Sicherungsscheibe d7DIN 6799 - d7224



Kicker_Stange133

Kicker_Fuss134


A A

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Kicker_AufhaengungState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

19.11.2015 CN

10

32

11

277

35

34

16

18

23

17

33

24

St ckliste

Kicker Aufh ngung

A-A ( 1 : 2 )

PARTS LIST


M dler 62333500Buchse_Sinterbronze_d15_D19_L2021

Dribbel_QuerArm_Welle22

Dribbel_QuerArm23

Dribbel_Mittelstange25

Dribbel_Mittelplatte16

Dribbel_Abstandshuelse_unten27

Dribbel_Abstandshuelse_oben28



SicherungsringDIN 471 - 15x1211

FederFebrotec OT32310412

A

A

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Dribbel_MittelteilState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

19.11.2015 CN

8

72

11

9

3

10

5

6

St ckliste

Dribbel Mittelteil

1

12

A-A ( 1 : 2 )

A

A

PARTS LIST


M dler 62332805Buchse_Sinterbronze_d12

_D18_L16

21

Dribbel_Daempfer_Rohr22

M dler 69015000Kleinstossdaempfer13

M dler 62333500Buchse_Sinterbronze_d15

_D19_L20

14


Flache Scheibe - normale

Reihe

ISO 7091 - 826


SechskantmutterISO 4033 - M548

Dribbel_Arm219

Dribbel_Winkel110

M dler 69015004 (sichern)Kontermutter M14211

Sensor NovotechnikSensor_TX2_50mm Teil 1112

Sensor NovotechnikSensor_TX2_50mm Teil 2113

FederFebrotec

0E0650-0633000S

114

Ringmutter_M6_DIN580215

FederFebrotec

0E0650-0633000S

116


SechskantschraubeISO 4017 - M6 x 12118

FederFebrotec

0C0600-0451750S

119

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Dribbel_Arm_hintenState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

19.11.2015 CN

4

9

14

15

17

3

11

11

10

5

6

5

6

16

13

12

8

8

7

15

18

8 7

19

2

2

1

1

8

St ckliste

Dribbel Arm hinten

(pro Roboter 2x)

B-B ( 1 :1 )

C-C ( 1 : 2 )

PARTS LIST


ModellbauradRad_Reely_Slick_breit11

Dribbel_Antriebswelle12

Doppelreihiges Schr gkugellagerSKF 3200 A-2RS1TN9_MT3313

Dribbel_Arm14

Motor GetriebeMaxon EC32flat_GP32C_5,815

M dler 16024000 (bearbeitet)Zahnriemenrad T2,5 Z40 B626


M dler 65363001Sicherungsblech d1018

M dler 65363000Nutmutter d1019

Dribbel_Vorspann_Motoraufnahme110

Dribbel_Vorspann_Welle211

SechskantschraubeISO 4017 - M5 x 16112

Sechskantmutter (sichern)ISO 4035 - M5113

Dribbel_Arm_Deckel114



M dler 61540600Spannsatz BAR_d6217

SicherungsringDIN 472 - 30x1,2118

SicherungsringDIN 471 - 6x0,7419

M dler 16060600Riemen T2,5 B6 L230120

B

BC

C

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Dribbel_Arm_vorne-1State Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

19.11.2015 CN

16

15

14

15

10 11

19

19

12

13

7

18

9

8

17

6

20

617

2

3

16

16

16

16

16

16

4

St ckliste

Dribbel Arm vorne

(pro Roboter 2x)

1 A4

Chassi_Vorne_cut2State Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

19.11.2015 CN

90,00

R20,00

120,00

85,00

R20,00

R20,00

96,46

R20,00

R20,00

85,00

120,00

96,46

R20,00

Draufsicht 5 : 1

Vorderansicht 5 : 1

10 : 1

Nachbearbeitung Chassi

alte Kohlefaser-Umrandung

B-B ( 1 : 5 )C-C ( 1 : 5 )

D ( 1 : 1 )

E ( 1 : 1 )

B

B

C

C

D

E

1 A4

Grundplatte_neueBohrungen


Drawn

Checked

Standard

Date Name

12.11.2015 nils

145,0013,00

48,00

215,50

125,00

335,00

11,00

(4x)

5,85

90

90

3,55

6,60

(6x

)

Neue_Bohrungen_

Grundplatte

Neue_Bohrungen_Grundplatte

1 : 5DIN ISO

2768 - fK

265,00

alte Grundplatte

1 A4

Dribbel_Abstandshuelse_oben


Drawn

Checked

Standard

Date Name

08.11.2015 nils

15,00 H7 (15,00015,018)

40,00 - 0,500,00+

Dribbel_Abstands-

h lse_oben

DIN ISO

2768 - fK

2 : 1

42CrMo4 (bzw. nach Absprache)

Rz 6,3

ISO

1302

Dribbel_Abstandsh lse_oben

19,00

1 A4

Dribbel_Abstandshuelse_unten


Drawn

Checked

Standard

Date Name

08.11.2015 nils

10,00 - 0,050,00+

15,00

H7 (15,00

015,018 )

2 : 1Dribbel_Abstands-

h lse_unten

DIN ISO

2768 - fKISO

1302 42CrMo4 (bzw. nach Absprache)

Rz 6,3

Dribbel_Abstandsh lse_unten

19,00

B-B ( 2 : 1 )

B B

1 A4

Dribbel_Antriebswelle-1State Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

06.11.2015 CN

53,00

5,00

11,00

32,00

12,00SW x 6 (anpassen auf RC-Rad)

2,00

4,00C11( 4

,070

4,145)

M10x1.58,00

15,00

17,00

M5x0.8

10,00 j6 ( 9,99810,007)

6,00

14,00

Dribbel_AntriebswelleDIN ISO

2768 - fK

2 : 1

Aluminium - 7075

Rz 6,3

ISO

1302

Dribbel_Antriebswelle

R0,20

R0,20

A-A ( 1 : 1 )

B-B ( 1 : 1 )

C ( 2 : 1 )

AA

B

B

C

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Dribbel_Arm-1State Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

06.11.2015 CN

134,00

54,00

10,00

5,00

5,00

26,00

12,00

25,00

37,00

5,30

6,00 H8 (6,0006,018)6,00 H8 (6,000

6,018)

32,00 - 0,020,02+

17,00

10,00

5,00 5,00

5,00

70,00

R5,00

R2,00

R22,00

R27,0

0

R2,00R2,00

13,90 H7 (13,90013,918)

1,00 X 45

30,00 H7 (30,00030,021)

6,00

8,00

M3x0.5 (3x)

M6x1

Nut DIN 472 - Sicherungsring D30

50,00

107,00

DIN ISO

2768 - fKDribbel_Arm_eins

Aluminium - 7075

1 : 1

36,00

unbema te Werkst ckkanten DIN ISO 13715-1,0 +1,0

Ansicht 1 (1 : 2):1,30

H13( 1,

300

1,440 ) 31,40 H12 (31,400

31,650)

Rz 40

ISO

1302

Dribbel_Arm_eins

44,00 - 0,020,02+

A-A ( 1 : 2 )

A

A

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Dribbel_Arm2_opt4State Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

07.11.2015 nils

130,00

152,00

112,00

14,00

44,00

115,00

75,00

19,00H7( 19

,000

19,021 )

60,00

50,00

32,00

5,00

38,00

R14,00

R2,00

R8,00

R8,00

44,00

145,00

R5,00 R5,00

R5,00

R4,00

R4,00

R10,00

R4,00

R10,00

5,30 5,30

M8x1.25

M14x2

R30,0

0

R2,00

DIN ISO

2768 - fK Aluminium - 7075Dribbel_Arm_zwei

R2,00

1 : 2

7,00

37,00

8,00

26,00 - 0,010,01+

92,00-0,01

0,01

+20

,00-0,05

0,00

+

ISO

1302

Rz 40

Dribbel_Arm_zwei

A-A ( 1 : 1 )A

A

1 A4

Dribbel_Arm_DeckelState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

06.11.2015 CN

3,00

54,00

107,00

34,00

134,00

R5,00

R2,00

3,40

(3x)

1,75

R27,00

Aluminium - 7075

DIN ISO

2786 - fKDribbel_Arm_Deckel

1 : 1

90

ISO

1302

Rz 40

Dribbel_Arm_Deckel

5,00

139,00

A-A ( 1 : 1 )

A A

1 A4

Dribbel_Daempfer_Rohr_d12State Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

06.11.2015 CN

18,00

20,00

M8x1.25

Gewindefreistich DIN 76 B

12,00 f7 (11,96611,984)14,00

65,00

Dribbel_Daempfer_Rohr42CrMo4 (bzw. nach Absprache)

1 : 1DIN ISO

2768 - fK

M8x1.25

Rz 6,3

ISO

1302

Dribbel_Daempfer_Rohr

A-A ( 1 : 1 )

B-B ( 1 : 1 )

A

A

B B

1 A4

Dribbel_MittelplatteState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

08.11.2015 nils

90,00

10,00

27,00

7,50

25,00-0,01

0,01

+

6,60

58,00

Dribbel_MittelplatteDIN ISO

2768 - fK Aluminium - 7075

1 : 1

90

3,55

10,00 H7 (10,00010,015)

1,00 X 45

ISO

1302

Rz 40

31,00 - 0,010,01+

29,50

Dribbel_Mittelplatte

1 A4

Dribbel_MittelstangeState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

08.11.2015 nils

15,00 f7 (14,96614,984)

10,00 f7 (9,9729,987)

1,00 X 45

R0,50

10,00

95,00

M10x1.5


Dribbel_Mittelstange1 : 1

DIN ISO

2768 - fK

70,00 - 0,000,05+

ISO

1302

Rz 6,3


Dribbel_Mittelstange

Ansicht: A-A ( 1 : 2 )

B-B ( 1 : 2 )C-C ( 1 : 2 )

A

A

B

B

C C

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Dribbel_Mittelteil_optState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

08.11.2015 nils

85,00

70,00

15,00

90,00

50,00

11510,00

98,37

R20,00

7,50

77,50

105,507,50

27,50

7,50

62,50 R4

,00

R4,00

25,00 - 0,010,01+

7,50

27,00

6,00

4,00

4,00

6,00

45,00

25,00

20,00

R2,00

29,50

13,00

15,00

M6x1 (2

x)

M10x1.5 (2x)

M4x0.7 (4x)10,00

13,00

40,00

Dribbel_Mittelteil1 : 2DIN ISO


ISO

1302

M5x0.8

(8x)

Rz 40

R20,00 (anpass

en auf Spule)

31,00 - 0,010,01+

Dribbel_Mittelteil

A-A ( 1 : 1 )A

A

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Dribbel_QuerArm_opt2State Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

07.11.2015 nils

36,00

70,00

16,00

80,00

31,00

49,00

53,50

30,00

20,00

12,00

14,00

37,00

14,50

60,00

10,00

19,00 H7(19,00019,021

)

17,00

23,00

30,00

29,00

14,50

R14,50

R5,00

R5,00

R2,00

R5,00

R5,00

1 : 1

Aluminium - 7075

DIN ISO

2768 - fKDribbel_Querarm

R1,00

R1,00

ISO

1302

Rz 40

Dribbel_Querarm

M10x1.5

57,50

72,50

43,50

5,00

5,00

A ( 4 : 1 ) A

1 A4

Dribbel_QuerArm_WelleState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

07.11.2015 nils

2 : 1

24,00

41,00

26,00

15,00f7( 14

,966

14,984)

19,00

M15x1.5

1,00 X 45


1,00 X 45

DIN ISO

2768 - fK

Nut DIN 471 - Sicherungsring d15

Dribbel_QuerArm_Welle42CrMo4 (bzw. nach Absprache)

ISO

1203

R0,20

19,90 - 0,000,05+

14,30h11( 14

,190

14,300)

1,10 H13 (1,1001,240)

Dribbel_QuerArm_Welle

Rz 6,3

A-A ( 1 : 1 )B-B ( 1 : 1 )

A

A

B

B

1 A4

Dribbel_Vorspann_Motoraufnahme


Drawn

Checked

Standard

Date Name

06.11.2015 CN

54,00

44,00

34,00

19,00-0,00

0,10

+M5x

0.8

6,00 H8 (6,006,02)

17,0012,00 - 0,02

0,02+

10,00

Dribbel_Vorspann_

Motoraufnahme

DIN ISO

2768 - fK

1 : 1

3,40 (4x)

Aluminium - 7075

90

1,75

9,00

R1,00

26,00

45

904x

(=3

60)

ISO

1203

Rz 40

Dribbel_Vorspann_Motoraufnahme

26,00

1,00 X 45

44,00-0,02

0,02

+

A ( 5 : 1 )

A

1 A4

Dribbel_Vorspann_Welle-1


Drawn

Checked

Standard

Date Name

06.11.2015 CN

6,00 d9 (5,9405,970

)

71,00

64,80 - 0,000,10+

3,10Nut DIN 471 - Sicherungsring d6

1,00 X 45

Dribbel_Vorspann_

Welle

DIN ISO

2768 - fK

2 : 1

Aluminium - 7075

5,70

h10( 5

,652

5,70

0 )

0,80 H13 (0,8000,940)

ISO

1203

Rz 16

Dribbel_Vorspann_Welle

A-A ( 1 : 2 )A

A

1 A4

Dribbel_Winkel2_optState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

06.11.2015 CN

28,00

16,00

92,00-0,01

0,01

+

18,00 H7(18,00018,018)

R14,00

6,40

6,60

11,00

120,00

Dribbel_WinkelDIN ISO


1 : 2ISO

1203

Rz 40

Dribbel_Winkel

14,14

14,14

1 A4

Kicker_Fuss_opt2State Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

11.11.2015 nils

12,00

90

45,00

26,00

5,00 X

4516,00

30,00

20,00 d9 (19,88319,935)

45,00

35,00

45

30,00

25,00

90

90

68

90

R5,00

R20,00

R5,00

R5,00R

5,00

R5,00

M10x1.5

1,00 X

45

R0,50

Kicker_FussDIN ISO

2768 - fK

Kicker_Fuss

1 : 1ISO

1302 Aluminium - 7075

Rz 40

1 A4

Kicker_Linearantrieb_Fuehrungsstange_opt2


Drawn

Checked

Standard

Date Name

11.11.2015 nils

10,00

M8x1.25

190,00 - 0,000,10+

10,00

1,00 X

45Gewindefreistich DIN 76 B

8,00 f7 (7,9727,987)

12,00 h6 ( 11,98912,000)

Rz 6,3

DIN ISO

2768 - fK

ISO

1302

1 : 1


Kicker_Linearantrieb_

F hrungsstange

Kicker_Linearantrieb_F hrungsstange

R0,50

A-A ( 1 : 1 )A

A

1 A4

Kicker_Linearantrieb_Lagerung_oben_opt2


Drawn

Checked

Standard

Date Name

11.11.2015 nils

100,00

50,00

68,00-0,01

0,01

+

1,00 X 45

1,00 X 45

8,00 H7 (8,0008,015)

19,00H7( 19

,000

19,021)


Lagerung_oben

Kicker_Linearantrieb_Lagerung_oben

Aluminium - 7075

ISO

1302

DIN ISO

2768 - fK

Rz 40

1 : 1

A-A ( 1 : 1 )

B-B ( 1 : 1 )

C-C ( 1 : 1 )

D-D ( 1 : 1 )

AA B

B

C C

D

D

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Kicker_Linearantrieb_Lagerung_unten_opt


Drawn

Checked

Standard

Date Name

10.11.2015 nils

23,00

7,50

6,00

23,005,00

9,00 - 0,020,02+

66,00

R5,00

M5x0.8

M5x0.8

32,00

7,50

10,00

13,00

M5x0.8M5x0.8

13,00

10,00

M5x0.8

M5x0.8

18,00

M10x1.5

8,00 H8 (8,0008,022)

24,00

19,00 H7 (19,00019,021)

19,00H7( 19

,000

19,021)

15,00

6,506,50

28,00

10,00

90,00

50,00

25,00

11,00 Kicker_Linearantrieb_

Lagerung_unten

DIN ISO

2768 - fK

ISO

1302

1 : 1

Rz 40

Aluminium - 7075

Kicker_Linearantrieb_Lagerung_unten

R0,20

R0,20

47,00 - 0,020,02+

A ( 2 : 1 )

A

1 A4

Kicker_Linearantrieb_Spindelstange_12x4_opt


Drawn

Checked

Standard

Date Name

11.11.2015 nils

5,90

8,00 j6 (7,9988,007)

6,00 h7 (5,9886,000)

R0,20

R0,20R0,20

171,00 - 0,000,10+

(unbearbeiteter Bereich)

7,00

23,00

8,00 j6 (7,9988,007)

M8x1.25

36,35

7,60 h10 (7,5427,600)

0,90 H13 (0,9001,040)

0,50 X

450,50 X 45

ISO

1302DIN ISO

2768 - fK

1 : 1Nachbearbeitung_

Kicker_Spindel_12x4

Nachbearbeitung_Kicker_Spindel_12x4

Rz 6,3

M dler Kugelgewindespindel 12x4

A-A ( 1 : 1 )

B-B ( 1 : 1 )

D-D ( 1 : 1 )

A

A

B

B

D

D

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Kicker_Linearantrieb_Wagen_opt


Drawn

Checked

Standard

Date Name

11.11.2015 nils

10,006,00

M4x0.7 (6x)

100,00

20,00

32,00

64,00

69,00

50,00

60,00

8,00

5,00

M6x1

R2,0010,00

10,00

R0,50

7,00

10,00

8,00

H7(8,

000

8,015 )

36,00

R2,00R2,00

R2,00

R2,00

R5,00

R5,00

0,50 X 450,5

0 X 45

Rz 40

22,00H6(22

,000

22,013 )

32,00

22,00 H7(22,00022,021

)

45

45

16,00

1,00 X 45

0,50 X 45

0,50 X 45


Wagen

Kicker_Linearantrieb_Wagen

1 : 1

Aluminium - 7075

ISO

1302

DIN ISO

2768 - fK

A ( 2 : 1 )

A

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Kicker_Sensorprofil_opt


Drawn

Checked

Standard

Date Name

11.11.2015 nils

235,00

100,00

205,00

5,00

5,00

50,00

3,00

22,00

R0,50

R1,00

R10,00

60,00

10,00

10,00

20,00

30,00

45,00

10,00

90,00

9x10 (=

)

6,40 (10x)

5,30 (3x

)

15,005,00

32,00

25,00

11,00

5,00 23

,00

5,50 (

6x)

19,00

26,50

10,00

Kicker_Sensorprofil

Kicker_Sensorprofil

ISO

1302

DIN ISO


1 : 2

Rz 40

A-A ( 1 : 1 )

B-B ( 1 : 1 )A A

B

B

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Kicker_Stange2_opt2State Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

11.11.2015 nils

90

5,85

11,00

15,00

41,00

179,00

R6,00 R6,00

11,00

13,00

13,00

16,00

21,00

22,00

72,00

77,00

30,001,00

X 4

5

R0,50

R0,50 R0,50 R

0,50 R0,50

12,00 H7(12,00012,018)

1,00 X 45

12,00

271,00

30,00

26,00

R5,00 R5,00

R5,00

20,00

20,00H8( 2

0,00

020

,033)

R0,50

Kicker_Stange

Kicker_Stange

Aluminium - 7075

1 : 1ISO

1302

DIN ISO

2768 - fK

Rz 40

A-A ( 1 : 2 )

B-B ( 1:1 )

A

A

B

B

1 A4

Kicker_Struktur_BState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

08.11.2015 nils

10,00

13,00

5,00

10,0090,0050

,00

40,00 (anpassen auf Spule)

M5x0.8

(4x)5,00

5,00

1 : 2DIN ISO

2768 - fK POM - CKicker_Struktur_B

ISO

1203

Rz 40

Kicker_Struktur_B

A-A ( 1 : 1 )A

A

1 A4

Kicker_Struktur_Bodenleiste


Drawn

Checked

Standard

Date Name

10.11.2015 nils

90,00

40,00

15,00

10,00

13,00

M5x

0.8

7,50

M10x1.5

ISO

1302 Aluminium - 7075

DIN ISO

2768 - fK

1 : 1

Rz 40

Kicker_Struktur_

Bodenleiste

Kicker_Struktur_Bodenleiste

A-A ( 1 : 1 )A

A

1 A4

Kicker_Struktur_CState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

08.11.2015 nils

50,00

86,00

3,50

4,004,3

0 (4x)

30,00

3,00

Kicker_Struktur_CDIN ISO

2768 - fK

1 : 1

Aluminium - 7075

ISO

1302

Rz 40

Kicker_Struktur_C

A-A ( 1 : 1 )

A A

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Kicker_Struktur_opt2


Drawn

Checked

Standard

Date Name

10.11.2015 nils

5,00

7,50

7,50

32,50

7,50

32,50

110,00

48,00

55,0091

,50

110,00

51,00

34,00

125,00

145,00

215,00

250,00

89,50

187,50

144,50

102

50,00

18,00

90 42,50

7,50

23,00

90

3,00

5,50 (12x)

R10,00

R39,00

R2,00R2,00

30,00

55,00

55,00

98,00

248,00

5,80

5,80

DIN ISO

2768 - fKISO

1302

Rz 40

Kicker_Struktur_

rechts

1 : 2

Aluminium - 7075

Kicker_Struktur_rechts

A-A ( 1 : 1 )

A A

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1 A3

Kicker_Struktur_opt2_B


Drawn

Checked

Standard

Date Name

10.11.2015 nils

5,00

250,00

248,00

102

50,00

222,50

110,00

152,50

7,50

48,00

55,00 91

,50

34,00

51,00

5,80

5,80

7,507,50

32,5032,50

125,00

145,00

89,50

117,50

187,50

215,00

144,50

110,00

7,50

23,00

18,0042,50

90

3,00

5,50 (12x)

R39,00

30,00

55,00

R2,00R2,00

DIN ISO

2768 - fK

ISO

1302

1 : 2Kicker_Struktur_

links

Rz 40

55,00

98,00

90

Aluminium - 7075

Kicker_Struktur_links

A-A ( 1 : 1 )

A A

1 A4

Kicker_St ssel_Vorne_opt2


Drawn

Checked

Standard

Date Name

11.11.2015 nils

118,00

R8,00

16,00

20,00

26,00 (anpassen auf Spule)

M6x1

126,00 1,00 X 45

78,00

24,00

32,00

M12x1.75

R1,00

DIN ISO

2768 - fK

ISO

1302 POM - C

1 : 1Kicker_St ssel_

Vorne

Kicker_St ssel_Vorne

Rz 6,3

A-A ( 1 : 1 )

B-B ( 1 : 1 )

A

A

B B

1 A4

Kicker_Vorspann_Motoraufnahme-1


Drawn

Checked

Standard

Date Name

11.11.2015 nils

18,00

7,00 - 0,020,02+

13,00

34,00

19,00-0,00

0,10

+

42,00

26,00

45

904x

(=3

60)

65,00

90

1,75

3,40

8,00 H8

(8,0008,0

22 )

DIN ISO

2768 - fK

ISO

1203

1 : 1

Aluminium - 7075

Kicker_Vorspann_

Motoraufnahme

Rz 40

R1,00

Kicker_Vorspann_Motoraufnahme

1,00

X 45

47,00 - 0,020,02+

A ( 4 : 1 )B ( 4 : 1 )

AB

1 A4

Kicker_Vorspann_WelleState Changes Date Name

Drawn

Checked

Standard

Date Name

11.11.2015 nils

R0,50

5,00

8,00 d9 (7,9247,960)

7,60

h10( 7

,542

7,60

0)

7,60

h10( 7

,542

7,60

0)

0,90 H13 (0,9001,040)

0,90 H13 (0,9001,040)

64,00

41,80

3,10

1,00 X 45

2 : 1

88,00

Kicker_Vorspann_

WelleDIN ISO


ISO

1302

Rz 16

Kicker_Vorspann_Welle

A ( 4 : 1 )

A

1 A4

Kicker_Welle_Aufhaengung_opt


Drawn

Checked

Standard

Date Name

11.11.2015 nils

30,00 - 0,000,05+

49,80

66,00

8,00 f7 (7,9727,987)

0,90 H13 (0,9001,040) 0,94 - 0,00

0,05+

7,00 h11 (6,9107,000)

7,60

h10( 7

,542

7,60

0)

Kicker_Welle_

Aufhaengung

Kicker_Welle_Aufhaengung

2 : 1


ISO

1203

DIN ISO

2768 - fK

Rz 6,3

1,00 X 45

A-A ( 2 : 1 )A

A

1 A4

Zahnriemenrad_T2-5_Z40_B6


Drawn

Checked

Standard

Date Name

12.11.2015 nils

13,00

11,00

16,00 H7 (16,00016,018)

R0,10

8,00

Nachbearbeitung_

Zahnriemenrad_T2,5

Nachbearbeitung_Zahnriemenrad_T2,5

2 : 1DIN ISO

2768 - fK M dler 16024000

A-A ( 2 : 1 )A

A

1 A4

Zahnriemenrad_T5_Z22_B10_bearbeitet


Drawn

Checked

Standard

Date Name

12.11.2015 nils

16,00 H7 (16,00016,018)

Nachbearbeitung_

Zahnriemenrad_T5

Nachbearbeitung_Zahnriemenrad_T5

2 : 1DIN ISO

2768 - fK M dler 16222200

137137

max

on

DC

mo

tor

118749 118750 118751 118752 118753 118754 118755 118756 118757302002 302003 302004 302005 302006 302007 302001 302008 302009

9 15 18 24 30 42 48 48 4810000 9660 10200 9560 9860 11100 10300 8240 5050

110 60.8 53.9 36.9 30.5 25.2 20.1 15.2 8.528970 8430 8850 8330 8640 9920 9160 7040 383011.1 20.5 22.9 26.3 26.7 27.1 27.7 28.7 301.5 1.5 1.46 1.16 0.968 0.784 0.653 0.536 0.343232 225 220 243 249 283 264 209 12929.1 15.8 13.5 10.4 8.72 7.94 6.03 3.81 1.4476 82 83 85 86 87 87 86 84

0.309 0.952 1.33 2.32 3.44 5.29 7.96 12.6 33.40.028 0.088 0.115 0.238 0.353 0.551 0.832 1.31 3.487.96 14.3 16.3 23.4 28.5 35.6 43.8 55 89.61200 670 586 408 335 268 218 174 10746.5 44.7 48 40.3 40.4 39.8 39.6 39.8 39.75.68 4.87 4.77 4.55 4.47 4.4 4.37 4.37 4.3511.7 10.4 9.49 10.8 10.6 10.6 10.5 10.5 10.5

M 1:2

14 K/W 3.1 K/W 12.5 s 612 s -30…+100°C +125°C

0.05 - 0.15 mm 0.025 mm 3.2 N 64 N

800 N 16 N

1 11 130 g

ESCON Module 24/2 378ESCON 36/2 DC 378ESCON Module 50/5 379ESCON 50/5 380EPOS2 24/2 386EPOS2 Module 36/2 386EPOS2 24/5, EPOS2 50/5 387EPOS2 P 24/5 390EPOS3 70/10 EtherCAT 393MAXPOS 50/5 396

LagerprogrammStandardprogrammSonderprogramm (auf Anfrage)

Artikelnummern

Spezifikationen Betriebsbereiche Legende

n [min-1] DauerbetriebsbereichUnter Berücksichtigung der angegebenen thermi-schen Widerstände (Ziffer 17 und 18) und einer Um-gebungstemperatur von 25°C wird bei dauernder Belastung die maximal zulässige Rotortemperatur erreicht = thermische Grenze.

KurzzeitbetriebDer Motor darf kurzzeitig und wiederkehrend über-lastet werden.

Typenleistung

maxon Baukastensystem Übersicht Seite 20–25

Ausgabe März 2015 / Änderungen vorbehalten maxon DC motor

gemäss MassbildWellenlänge 15.7 gekürzt auf 4 mm

RE 25 ∅25 mm, Graphitbürsten, 20 Watt

Werte bei Nennspannung1 Nennspannung V2 Leerlaufdrehzahl min-1

3 Leerlaufstrom mA4 Nenndrehzahl min-1

5 Nennmoment (max. Dauerdrehmoment) mNm6 Nennstrom (max. Dauerbelastungsstrom) A7 Anhaltemoment mNm8 Anlaufstrom A9 Max. Wirkungsgrad %

Kenndaten10 Anschlusswiderstand W11 Anschlussinduktivität mH12 Drehmomentkonstante mNm/A13 Drehzahlkonstante min-1/V14 Kennliniensteigung min-1/mNm15 Mechanische Anlaufzeitkonstante ms16 Rotorträgheitsmoment gcm2

Thermische Daten17 Therm. Widerstand Gehäuse-Luft18 Therm. Widerstand Wicklung-Gehäuse19 Therm. Zeitkonstante der Wicklung20 Therm. Zeitkonstante des Motors21 Umgebungstemperatur22 Max. Wicklungstemperatur

Mechanische Daten (Kugellager)23 Grenzdrehzahl 14 000 min-1

24 Axialspiel25 Radialspiel26 Max. axiale Belastung (dynamisch)27 Max. axiale Aufpresskraft (statisch)

(statisch, Welle abgestützt)28 Max. radiale Belastung, 5 mm ab Flansch

Weitere Spezifikationen29 Polpaarzahl30 Anzahl Kollektorsegmente31 Motorgewicht

Motordaten gemäss Tabelle sind Nenndaten. Erläuterungen zu den Ziffern Seite 107.

Option Vorgespannte Kugellager

Motordaten

Planetengetriebe∅26 mm0.75 - 4.5 NmSeite 301

Empfohlene Elektronik:Hinweise Seite 22

Planetengetriebe∅32 mm0.75 - 6.0 NmSeite 303/304/307Koaxdrive∅32 mm1.0 - 4.5 NmSeite 312Spindelgetriebe∅32 mmSeite 334–336

Encoder MR128 - 1000 Imp.,3 KanalSeite 355Encoder Enc22 mm100 Imp., 2 KanalSeite 361Encoder HED_ 5540500 Imp.,3 KanalSeite 362/364DC-Tacho DCT∅22 mm0.52 VSeite 373Bremse AB 2824 VDC0.4 NmSeite 408

408

maxo

n a

ccesso

ries

Gesamtlänge Gesamtlänge

RE 25, 20 W 136 40 77.1RE 25, 20 W 136 GP 22, 0.5 Nm 293 40 •RE 25, 20 W 136 GP 26, 0.75 - 2.0 Nm 301 40 •RE 25, 20 W 136 GP 32, 0.75 - 4.5 Nm 303 40 •RE 25, 20 W 136 GP 32, 0.75 - 4.5 Nm 304 40 •RE 25, 20 W 136 GP 32, 1.0 - 6.0 Nm 307/312 40 •RE 25, 20 W 136 GP 32 S 334-336 40 •RE 25, 20 W 136 HED_ 5540 363/366 40 94.3RE 25, 20 W 136 GP 22, 0.5 Nm 293 HED_ 5540 363/366 40 •RE 25, 20 W 136 GP 26, 0.75 - 2.0 Nm 301 HED_ 5540 363/366 40 •RE 25, 20 W 136 GP 32, 0.75 - 4.5 Nm 303 HED_ 5540 363/366 40 •RE 25, 20 W 136 GP 32, 0.75 - 4.5 Nm 304 HED_ 5540 363/366 40 •RE 25, 20 W 136 GP 32, 1.0 - 6.0 Nm 307/312 HED_ 5540 363/366 40 •RE 25, 20 W 136 GP 32 S 334-336 HED_ 5540 363/366 40 •RE 25, 20 W 137 40 88.6RE 25, 20 W 137 GP 26, 0.75 - 2.0 Nm 301 40 •RE 25, 20 W 137 GP 32, 0.75 - 4.5 Nm 303 40 •RE 25, 20 W 137 GP 32, 0.75 - 4.5 Nm 304 40 •RE 25, 20 W 137 GP 32, 1.0 - 6.0 Nm 307/312 40 •RE 25, 20 W 137 GP 32 S 334-336 40 •RE 25, 20 W 137 HED_ 5540 362/364 40 105.8RE 25, 20 W 137 GP 26, 0.75 - 2.0 Nm 301 HED_ 5540 362/364 40 •RE 25, 20 W 137 GP 32, 0.4 - 2.0 Nm 303 HED_ 5540 362/364 40 •RE 25, 20 W 137 GP 32, 0.75 - 4.5 Nm 304 HED_ 5540 362/364 40 •RE 25, 20 W 137 GP 32, 1.0 - 6.0 Nm 307/312 HED_ 5540 362/364 40 •RE 25, 20 W 137 GP 32 S 334-336 HED_ 5540 362/364 40 •RE 35, 90 W 140 40 107.1RE 35, 90 W 140 GP 32, 0.75 - 6.0 Nm 303-309 40 •RE 35, 90 W 140 GP 32, 4.0 - 8.0 Nm 310 40 •RE 35, 90 W 140 GP 42, 3 - 15 Nm 314 40 •RE 35, 90 W 140 HED_ 5540 362/364 40 124.3RE 35, 90 W 140 GP 32, 0.75 - 6.0 Nm 303-309 HED_ 5540 362/364 40 •RE 35, 90 W 140 GP 32, 4.0 - 8.0 Nm 310 HED_ 5540 362/364 40 •RE 35, 90 W 140 GP 42, 3 - 15 Nm 314 HED_ 5540 362/364 40 •RE 35, 90 W 140 GP 32 S 334-336 40 •RE 35, 90 W 140 GP 32 S 334-336 HED_ 5540 362/364 40 •RE 40, 150 W 142 45 107.1RE 40, 150 W 142 GP 42, 3 - 15 Nm 314 45 •RE 40, 150 W 142 GP 52, 4 - 30 Nm 318 45 •RE 40, 150 W 142 HED_ 5540 362/364 45 124.3RE 40, 150 W 142 GP 42, 3 - 15 Nm 314 HED_ 5540 362/364 45 •RE 40, 150 W 142 GP 52, 4 - 30 Nm 318 HED_ 5540 362/364 45 •

228384 228387


maxon accessories Ausgabe März 2015 / Änderungen vorbehalten


Artikelnummern

Bremse AB 28 24 VDC, 0.4 NmWichtige Hinweise

• Permanentmagnet – Einflächenbremse für Gleich- strom. Im stromlosen Zustand gebremst (Trockenlauf).

• Haltebremse, verhindert das Abdriften des stillstehen- den und abgeschalteten Motors.

• Zum Abbremsen nicht geeignet.

• Zur Minderung der Verlustwärme ist ein Absenken der Spannung nach dem Aktivieren der Bremse möglich.

Technische Daten Kabelbelegung

Max. zulässiges stat. Bremsmoment bei 20°C 0.4 Nm Nennspannung, geglättet 24 VDC ±10% Kabel (AWG 26) Bezeichnung

Massenträgheitsmoment 10 gcm2 Widerstand R20 = 92.5 W ±6% rot UBrake + 24 VDCGrenzdrehzahl 16 000 min-1 Einschaltdauer 100% blau UBrake GNDGewicht 0.05 kg Schaltzeit – Anziehen ≤ 13 ms rot Motor+Umgebungstemperatur -5…+85°C – Trennen ≤ 27 ms schwarz Motor-

Minimale Kabellänge 350 mm

maxon Baukastensystem

+ Motor Seite + Getriebe Seite + Sensor Seite Ø AB [mm] Gesamtlänge [mm] / • siehe Getriebe

Typ

max

on

EC

mo

tor

259259

maxo

n fl

at

mo

tor

24 24 24 243000 6000 6000 600044.8 84.6 84.6 84.63000 6000 6000 600018.8 18.6 18.6 18.60.44 0.741 0.741 0.74135.8 35.8 35.8 35.81.6 1.6 1.6 1.658 66 66 66

10…28 10…28 10…28 10…28= VCC = VCC 0.33…10.8 0.33…10.8125 250 600 600

1250…3500 2500…7000 200…6480 200…64803000 6000 6000 6000

M 1:1

IP 40 IP 00

353400 353401 353399 370418353324 353325 349801 370417

353399

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15 20 25 30 35

349801

353400

0

1000

2000

3000

4000

0 5 10 15 20 25 30 35

353324

353401

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15 20 25 30 35

353325

7.24 K/W 4.99 K/W 8.69 s 80.5 s -40…+85°C +125°C +105°C

35 gcm2

< 5.0 N 0 mm > 5.0 N 0.14 mm

6.8 N 95 N

1000 N 37 N

91 g

Ausgabe März 2015 / Änderungen vorbehalten maxon EC motor


Artikelnummern

Spezifikationen Betriebsbereiche Legende

n [min-1]

n [min-1]

DauerbetriebsbereichDer Antrieb kann mit Drehzahlregelung betrieben werden und überschreitet unter Berücksichtigung der angegebenen thermischen Widerstände (Ziffer 17 und 18) bei einer Umgebungstemperatur von 25°C nicht die maximal zulässigen Betriebstemperaturen.

ÜberlastbereichDer Antrieb erreicht diese Arbeitspunkte. Die Drehzahl kann vom Sollwert abweichen. Bei längerer Überlast schaltet der Überlastschutz den Antrieb ab.

n [min-1]

maxon Baukastensystem Übersicht Seite 20–25

EC 32 flat bürstenlos, 15 Watt, mit integrierter Elektronik1-Q-Drehzahlregler

Motordaten

Werte bei Nennspannung1 Nennspannung V2 Leerlaufdrehzahl min-1

3 Leerlaufstrom mA4 Nenndrehzahl min-1

5 Nennmoment (max. Dauerdrehmoment) mNm6 Nennstrom (max. Dauerbelastungsstrom) A33 Max. Drehmoment mNm34 Max. Strom A9 Max. Wirkungsgrad %

Kenndaten35 Regelart36 Versorgungsspannung +VCC V37 Drehzahlsollwerteingang V38 Skalierung Drehzahlsollwerteingang min-1/V39 Drehzahlbereich min-1

40 Max. Beschleunigung min-1/s

Thermische Daten17 Therm. Widerstand Gehäuse-Luft 18 Therm. Widerstand Wicklung-Gehäuse 19 Therm. Zeitkonstante der Wicklung 20 Therm. Zeitkonstante des Motors 21 Umgebungstemperatur 22 Max. Wicklungstemperatur 41 Max. Temperatur der Elektronik

Mechanische Daten (vorgespannte Kugellager)16 Rotorträgheitsmoment 24 Axialspiel bei Axiallast

25 Radialspiel vorgespannt26 Max. axiale Belastung (dynamisch) 27 Max. axiale Aufpresskraft (statisch)

(statisch, Welle abgestützt) 28 Max. radiale Belastung, 5 mm ab Flansch

Weitere Spezifikationen31 Motorgewicht 32 Drehrichtung Uhrzeigersinn (CW)

Motordaten gemäss Tabelle sind Nenndaten.

Schutzfunktionen Überlastschutz, Blockierschutz, Verpolschutz, Übertemperaturschutz, Unter-, Überspannungs-abschaltung

Anschlüsse 2-Draht-Version (Kabel AWG 24) rot +VCC 10…28 VDC schwarz GND

Anschlüsse 5-Draht-Version (Kabel AWG 24) rot +VCC 10…28 VDC schwarz GND weiss Drehzahlsollwerteingang grün Monitor n (6 Impulse pro Umdrehung) grau Freischaltung (Enable) oder

Drehrichtungsumschaltung (Direction)

IP 40 (mit Deckel) IP 00 (ohne Deckel)

Planetengetriebe∅32 mm0.75 - 6 NmSeite 305/308Stirnradgetriebe∅38 mm0.1 - 0.6 NmSeite 313

Drehzahl Drehzahl Drehzahl Drehzahl

5-Draht-Version2-Draht-Version Enable Direction

maxo

n g

ear

307

RE 25, 10 W 135/137 81.1 91.0 91.0 97.7 97.7 104.4 104.4 104.4 111.1 111.1 111.1 111.1RE 25, 10 W 135/137 MR 355 92.1 102.0 102.0 108.7 108.7 115.4 115.4 115.4 122.1 122.1 122.1 122.1RE 25, 10 W 135/137 Enc 22 361 95.2 105.1 105.1 111.8 111.8 118.5 118.5 118.5 125.2 125.2 125.2 125.2RE 25, 10 W 135/137 HED_ 5540 362/364 101.9 111.8 111.8 118.5 118.5 125.2 125.2 125.2 131.9 131.9 131.9 131.9RE 25, 10 W 135/137 DCT 22 373 103.4 113.3 113.3 120.0 120.0 126.7 126.7 126.7 133.4 133.4 133.4 133.4RE 25, 20 W 136 69.6 79.5 79.5 86.2 86.2 92.9 92.9 92.9 99.6 99.6 99.6 99.6RE 25, 20 W 136 MR 355 80.6 90.5 90.5 97.2 97.2 103.9 103.9 103.9 110.6 110.6 110.6 110.6RE 25, 20 W 136 HED_ 5540 363/366 90.4 100.3 100.3 107.0 107.0 113.7 113.7 113.7 120.4 120.4 120.4 120.4RE 25, 20 W 136 DCT22 373 91.9 101.8 101.8 108.5 108.5 115.2 115.2 115.2 121.9 121.9 121.9 121.9RE 25, 20 W 136 AB 28 408 103.7 113.6 113.6 120.3 120.3 127.0 127.0 127.0 133.7 133.7 133.7 133.7RE 25, 20 W 136 HED_ 5540/AB 28 363/408 120.9 130.8 130.8 137.5 137.5 144.2 144.2 144.2 150.9 150.9 150.9 150.9RE 25, 20 W 137 AB 28 408 115.2 125.1 125.1 131.8 131.8 138.5 138.5 138.5 145.2 145.2 145.2 145.2RE 25, 20 W 137 HED_5540/AB 28 408 132.4 142.3 142.3 149.0 149.0 155.7 155.7 155.7 162.4 162.4 162.4 162.4RE 30, 60 W 139 94.6 104.5 104.5 111.2 111.2 117.9 117.9 117.9 124.6 124.6 124.6 124.6RE 30, 60 W 139 MR 356 106.0 115.9 115.9 122.6 122.6 129.3 129.3 129.3 136.0 136.0 136.0 136.0RE 30, 60 W 139 HED_ 5540 362/364 115.4 125.3 125.3 132.0 132.0 138.7 138.7 138.7 145.4 145.4 145.4 145.4RE 35, 90 W 140 97.6 107.5 107.5 114.2 114.2 120.9 120.9 120.9 127.6 127.6 127.6 127.6RE 35, 90 W 140 MR 356 109.0 118.9 118.9 125.6 125.6 132.3 132.3 132.3 139.0 139.0 139.0 139.0RE 35, 90 W 140 HED_ 5540 362/364 118.3 128.2 128.2 134.9 134.9 141.6 141.6 141.6 148.3 148.3 148.3 148.3RE 35, 90 W 140 DCT 22 374 115.7 125.6 125.6 132.3 132.3 139.0 139.0 139.0 145.7 145.7 145.7 145.7RE 35, 90 W 140 AB 28 408 133.7 143.6 143.6 150.3 150.3 157.0 157.0 157.0 163.7 163.7 163.7 163.7RE 35, 90 W 140 HEDS 5540/AB 28 362/408 150.9 160.8 160.8 167.5 167.5 174.2 174.2 174.2 180.9 180.9 180.9 180.9A-max 26 161-168 71.3 81.2 81.2 87.9 87.9 94.6 94.6 94.6 101.3 101.3 101.3 101.3A-max 26 162-168 MEnc 13 372 78.4 88.3 88.3 95.0 95.0 101.7 101.7 101.7 108.4 108.4 108.4 108.4A-max 26 162-168 MR 355 80.1 90.0 90.0 96.7 96.7 103.4 103.4 103.4 110.1 110.1 110.1 110.1A-max 26 162-168 Enc 22 361 85.7 95.6 95.6 102.3 102.3 109.0 109.0 109.0 115.7 115.7 115.7 115.7A-max 26 162-168 HED_ 5540 363/365 89.7 99.6 99.6 106.3 106.3 113.0 113.0 113.0 119.7 119.7 119.7 119.7A-max 32 169/171 89.5 99.4 99.4 106.1 106.1 112.8 112.8 112.8 119.5 119.5 119.5 119.5A-max 32 170/172 88.1 98.0 98.0 104.7 104.7 111.4 111.4 111.4 118.1 118.1 118.1 118.1A-max 32 170/172 MR 356 99.3 109.2 109.2 115.9 115.9 122.6 122.6 122.6 129.3 129.3 129.3 129.3A-max 32 170/172 HED_ 5540 363/365 108.9 118.8 118.8 125.5 125.5 132.2 132.2 132.2 138.9 138.9 138.9 138.9

166930 166933 166938 166939 166944 166949 166954 166959 166962 166967 166972 166977

3.7 : 1 14 : 1 33 : 1 51 : 1 111 : 1 246 : 1 492 : 1 762 : 1 1181 : 1 1972 : 1 2829 : 1 4380 : 126⁄ 7

676⁄49529⁄16

17576⁄34313824⁄125

421824⁄171586112 ⁄175

19044⁄2510123776⁄8575

8626176⁄4375495144⁄175

109503⁄25

6 6 3 6 4 4 3 3 4 4 3 3166931 166934 166940 166945 166950 166955 166960 166963 166968 166973 1669784.8 : 1 18 : 1 66 : 1 123 : 1 295 : 1 531 : 1 913 : 1 1414 : 1 2189 : 1 3052 : 1 5247 : 1

24⁄5 624⁄3516224⁄245

6877⁄56101062 ⁄343

331776⁄62536501⁄40

2425488⁄1715536406⁄245

1907712 ⁄625839523⁄160

4 4 4 3 3 4 3 3 3 3 3166932 166935 166941 166946 166951 166956 166961 166964 166969 166974 1669795.8 : 1 21 : 1 79 : 1 132 : 1 318 : 1 589 : 1 1093 : 1 1526 : 1 2362 : 1 3389 : 1 6285 : 1

23⁄4 299⁄143887⁄49

3312 ⁄25389376⁄1225

20631⁄35279841⁄256

9345024⁄61252066688⁄875

474513⁄1406436343⁄1024

3 3 3 3 4 3 3 4 3 3 3166936 166942 166947 166952 166957 166965 166970 166975

23 : 1 86 : 1 159 : 1 411 : 1 636 : 1 1694 : 1 2548 : 1 3656 : 1576⁄25

14976⁄1751587⁄10

359424⁄87579488⁄125

1162213⁄6867962624⁄3125

457056⁄125

4 4 3 4 3 3 4 3166937 166943 166948 166953 166958 166966 166971 166976

28 : 1 103 : 1 190 : 1 456 : 1 706 : 1 1828 : 1 2623 : 1 4060 : 1138⁄5 3588⁄35

12167⁄6489401⁄196

158171⁄2242238912 ⁄1225

2056223⁄ 7843637933⁄896

3 3 3 3 3 3 3 31 2 2 3 3 4 4 4 5 5 5 51 3 3 6 6 6 6 6 6 6 6 6

1.25 3.75 3.75 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.580 75 75 70 70 60 60 60 50 50 50 50118 162 162 194 194 226 226 226 258 258 258 2580.7 0.8 0.8 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.01.5 0.8 0.8 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7

26.5 36.4 36.4 43.1 43.1 49.8 49.8 49.8 56.5 56.5 56.5 56.5

M 1:2


Ausgabe März 2015 / Änderungen vorbehalten maxon gear


maxon Baukastensystem

+ Motor Seite + Sensor/Bremse Seite Gesamtlänge [mm] = Motorlänge + Getriebelänge + (Sensor/Bremse) + Montageteile

Technische Daten

Planetengetriebe geradeverzahntAbtriebswelle rostfreier Stahl Wellendurchmesser als Option 8 mmAbtriebswellenlagerung KugellagerRadialspiel, 5 mm ab Flansch max. 0.14 mmAxialspiel max. 0.4 mmMax. axiale Belastung (dynamisch) 120 NMax. axiale Aufpresskraft 120 NDrehsinn, Antrieb zu Abtrieb =Max. Eingangsdrehzahl dauernd 8000 min-1

Empfohlener Temperaturbereich -40…+100°CStufenzahl 1 2 3 4 5Max. radiale Belastung, 10 mm ab Flansch 90 N 140 N 200 N 220 N 220 N

Option: Geräuschreduzierte Ausführung

Planetengetriebe GP 32 C ∅32 mm, 1.0–6.0 NmKeramikversion

Artikelnummern

Getriebedaten

1 Untersetzung 2 Untersetzung absolut 3 Max. Motorwellendurchmesser mm

Artikelnummern


Artikelnummern


Artikelnummern


Artikelnummern

1 Untersetzung 2 Untersetzung absolut 3 Max. Motorwellendurchmesser mm 4 Stufenzahl 5 Max. Dauerdrehmoment Nm 6 Kurzzeitig zulässiges Drehmoment Nm 7 Max. Wirkungsgrad % 8 Gewicht g 9 Mittleres Getriebespiel unbelastet ° 10 Massenträgheitsmoment gcm2

11 Getriebelänge L1 mm

NOVOFOILPotentiometrischeSensoren mitFolienkollektor

Baureihe LFP

Ein weiterer Vorteil liegt darin,dass der Aufbau des Folien-potentiometers hermetischdicht verklebt ist. Schmutz,Staub oder Feuchtigkeit kön-nen nicht eindringen und er-möglichen somit auch denEinsatz in schwierigem Klima. Hervorzuheben ist, dass dieHandhabung deutlich unkriti-scher ist, da die empfindlichePotentiometerbahn durch dieDeckfolie geschützt ist.

Anwendungen

Ähnlich dem klassischenSchleifer-Potentiometersystemergeben sich für dieses Sys-tem vielfältige Einsatzmöglich-keiten, z.B. für Stellsysteme inPKW- und LKW-Sitzen,Fensterheber, Cabrioverdecke,Spiegelsysteme, Medizintech-nik, Positionierung von Solar-panels, Robotersysteme,Stellantriebe und vieles mehr.

Vorteile

Bei der mechanisch betätig-ten Version wird die Deckfolie,die die Kräfte des Betäti-gungsstiftes aufnimmt, inForm eines FR4-Prepregsausgeführt. Dadurch kann derSensor auch bei Tempera-turen von bis zu +125° Cbetrieben werden. Heute auf dem Markt ange-botene Lösungen auf Poly-esterbasis widerstehen die-sen Temperaturen nicht, sindnicht linearisierbar und außer-dem noch sehr kritisch in derAnwendung, da schon kleineStaubteilchen zwischen demSensor und der Klebeflächezum Ausfall führen können.

Folienkollektorpotentiometersind sehr flach und könnenauf ebenen Flächen in derjeweils erforderlichen Formaufgeklebt werden. Nebenlinearen Ausführungsformensind ebenfalls rotative Sys-teme herstellbar.

Technologie

Die Sensoren zur Wegmes-sung bestehen aus einemFR4-Substrat und einer Kol-lektorfolie, die durch einenAbstandhalter, dem Spacer,getrennt sind. Auf dem FR4-Substrat wirddie Widerstandsbahn im Sieb-druckverfahren aufgebracht.Auf der gegenüberliegendenFolie, der Kollektorfolie, isteine niederohmige Kollektor-bahn aufgedruckt. Ein mecha-nischer Druck, meist durch eineinfaches Druckstück ausge-führt, bringt die Kollektorfoliemit der Widerstandsbahn inKontakt.

Novotechnik setzt konsequentauf eine Aufbautechnik mitFR4-Substraten. Diese Tech-nik erlaubt Standardverfahrender Potentiometertechnologieeinzusetzen. Durch bewährteSiebdruckmischungen undeinen nachfolgenden Linear-isierungsschritt, werden hoheLebensdauerdaten und sehrgute Linearitäten auch überdie Lebensdauer erreicht.

Besondere Merkmale

• flache Bauform • unempfindlich gegenüberSchmutz, Staub oderFlüssigkeit• äußerst robust • sehr gute Linearitäten bis<±0,3 % • hohe Lebensdauer• temperaturfest bis +105° C • Schutzart IP 67

Beschreibung

Träger glasfaserverstärktes Epoxidharz

Befestigung rückseitige Klebefolie

Positionsgeber Druckstift aus Edelstahl mit Aussengewinde M6und eingepresster POM-Kugel mit Federdruck

Widerstandselement und Kollektor leitender Kunststoff

Elektr. Anschluss Flexleiter 40 mm mit 3-pol. Buchsenleiste,Rastermaß 2,54 mmBuchsengehäuse: Crimpflex OF 03Buchsenkontakte: Crimpflex 11506-12

Funktionsprinzip

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

Postfach 422073745 Ostfildern (Ruit)Horbstraße 1273760 Ostfildern (Ruit)

Tel. +49 711 44 89-0Fax. +49 711 44 [email protected]

© 02/2013Änderungenvorbehalten.Printed inGermany.

Typbezeichnung LFP-0050 LFP-0100 LFP-0150 LFP-0200 LFP-0250 LFP-0300 LFP-0350 LFP-0400 LFP-0450 LFP-0500

Elektrische Daten

Definierter elektr. Bereich Standard 50 mm bis 500 mm in 50 mm-Schritten, mm

Elektrischer Bereich (Maß C) 56,2 106,4 156,6 206,8 257,0 307,2 357,4 407,6 457,8 508,0 ±0,2 mm

Anschlusswiderstand 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 kΩ

Widerstandstoleranz 20 ±%

Unabhängige Linearität 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 ±%

Wiederholgenauigkeit typ. 0,05 mm

Hysterese typ. 0,25 mm

Empfohlener Betriebs- < 1 µAstrom im Schleiferkreis

Max. Schleiferstrom im Störfall 5 mA

Max. zulässige Speisespannung 30 V

Temperaturkoeffizient des typ. 15 ppm/KSpannungsteilerverhältnisses

Isolationswiderstand (500 VDC) > 10 MΩ

Durchschlagfestigkeit < 100 µA(500 VAC, 50Hz)

Mechanische Daten

Mechanischer Bereich (Maß B) 60,2 110,4 160,6 210,8 261,0 311,2 361,4 411,6 461,8 512,0 ±2 mm

Elementlänge (Maß A) 89,6 140,4 191,2 242,0 292,8 343,6 394,4 445,2 496,0 546,8 ±0,5 mm

Anfangszone (Maß D) 19,3 19,6 19,9 20,2 20,5 20,8 21,1 21,4 21,7 22,0 ±1 mm

Elementbreite 21 ±0,5 mm

Elementdicke 1,65 ±0,15 mm

Betriebsbedingungen

Temperaturbereich -25...+105; (-40...+125 mit eingeschränkten Leistungsdaten) °C

Betriebsfeuchte 0...95 (keine Kondensation) % R.H.

Vibration nach DIN IEC 68T2-6 5...2000 HzAmax = 0,75 mm amax = 20 g

Schock nach DIN IEC 68T2-27 50 g11 ms

Lebensdauer > 25 x 106 Bewegungen

Verstellgeschwindigkeit 1,0 m/s max.

Anpressdruck Positinsgeber 2 ±1 N

Schutzart nach DIN EN 60529 IP 67, ausgenommen elektrischer Anschluss

Wichtig

Alle angegebenen Werte imDatenblatt für Linearität, Le-bensdauer und Temperatur-koeffizient gelten für den Ein-satz des Sensors als lastfreienSpannungsteiler (le

< 1 µA).Bei längeren Stillstandszeitendes Druckstifts an einer Posi-tion, kann es an dieser Stellezur Änderung der Linearitätkommen, daher wird empfoh-len bei längeren Stillstands-zeiten den Druckstift in dennicht elektrischen Bereich zu“parken”.

Bestellbezeichnung

Typ Art.-Nr.

LFP-0050-001-001-001 043502

LFP-0100-001-001-001 043504

LFP-0150-001-001-001 043506

LFP-0200-001-001-001 043508

LFP-0250-001-001-001 043510

Typ Art.-Nr.

LFP-0300-001-001-001 043512

LFP-0350-001-001-001 043514

LFP-0400-001-001-001 043516

LFP-0450-001-001-001 043518

LFP-0500-001-001-001 043520

andere Längen auf Anfrage

Empfohlenes Zubehör

Druckstift Z-LFP-P01, Art.Nr. 070301.

Wegaufnehmer Gelenkkopfmontagepotentiometrischbis 300 mm, IP 67

Baureihe TX2

Hohe Schutzart bei gleichzei-tig sehr kompakten Außen-abmessungen kennzeichnendiesen preiswerten Wegauf-nehmer.Die robuste Bauform mit Me-tallflanschen und doppelterSchubstangendichtung bietetvielseitige Einsatzmöglichkei-ten auch unter widrigen Um-gebungsbedingungen wie z.B.Schmutz, Staub und Flüssig-keiten.

Dank der einfachen Befes-tigung durch die Gelenkköpfeempfiehlt sich dieser Sensorbesonders für mobile Anwen-dungen.

Der elektrische Anschluss istüber einen radialen Steckver-binder oder ein radiales An-schlusskabel möglich.

Wegtaster mit Rückstellfederund Wegaufnehmer ohneRückstellfeder mit Befesti-gungsmöglichkeiten überSpannklammern, Zentralge-winde oder Flanschplattensiehe separate DatenblätterTEX.

Besondere Merkmale

• kompakte Abmessungen Ø 16 mm• Schutzart IP67• montierbar über spielarmeGelenkköpfe mit großerWinkelfreiheit (bis zu ±12,5°)• sehr hohe Lebensdauer bis

50 Mio. Bewegungen, je nachAnwendung• Auflösung besser 0,01 mm• ausgezeichnete Linearitätenbis zu ±0,05 %• Einsatz in rauer Umgebungmöglich (Feuchtigkeit, Öl,Staub)• wahlweise Kabel- oderSteckverbinderanschluss

Beschreibung

Gehäuse Aluminium, eloxiert

Befestigung siehe Maßbild

Schubstange nichtrostender Stahl (1.4305), drehbar gelagert

Lagerung Sinterbronze Gleitlager

Widerstandselement leitender Kunststoff

Schleifer Edelmetall-Mehrfingerschleifer

Elektrischer Anschluss 3-pol. Rundsteckverbinder M8x14-adriges PUR-Kabel, 4x0,14 mm2, geschirmt, 2 m Länge

Typenbezeichnung TX2 TX2 TX2 TX2 TX2 TX2 TX2 TX20025 0050 0075 0100 0150 0200 0250 0300

Elektrische Daten

Definierter elektrischer Bereich 25 50 75 100 150 200 250 300 mm

Elektrischer Bereich 27 52 77 102 155 205 255 305 mm

Anschlusswiderstand 1 2 3 4 6 8 10 12 kΩ

Widerstandstoleranz 20 ±%

Unabhängige Linearität 0,2 0,1 0,1 0,1 0,05 0,05 0,05 0,05 ±%

Wiederholgenauigkeit 0,01 mm

Empfohlener Betriebsstrom im Schleiferkreis < 1 µA

Max. Schleiferstrom im Störfall 10 mA

Max. zulässige Anschlussspannung 42 V

Temperaturkoeffizient desSpannungsteilerverhältnisses typisch 5 ppm/K

Isolationswiderstand(500 VDC) > 10 MΩ

Durchschlagfestigkeit(500 VAC, 50 Hz) < 100 µA

Mechanische Daten

Gehäuselänge (Maß A) 86 111 136 161 224 274 324 374 ± 1 mm

Mechanischer Stellbereich (Maß B) 30 55 80 105 158 208 258 308 ± 1 mm

Min. Gelenkkopfabstand, nominal (Maß C) 136 161 186 211 274 324 374 424 mm

Gesamtgewicht ca.mit Stecker (101) 100 110 120 130 150 163 190 205 gmit Kabel (202) 120 156 160 177 190 225 250 270 g

Verstellkraftwaagerechtsenkrecht < 5 (bei RT 20° C) N

Losreißkraft: max. 15 (*) N

Betriebsbedingungen

Temperaturbereich -40 ...+85 bei Stecker / -20...+100 bei Kabel °C

Betriebsfeuchte 0 ... 95 (keine Kondensation) % R.H.

Schwingung 5...2000 HzAmax = 0.75 mmamax = 20 g

Stoß 50 g6 ms

Lebensdauer >50 x 106 typ. Bewegungen

Verstellgeschwindigkeit 5 m/s max.

Schutzart IP67 DIN EN 60529 (Gegenstecker mit Schutzart IP67 oder höher verwenden)Die Schutzklasse IP67 wurde im Neuzustand unter folgenden Bedingungen nach DIN EN 60529 ermittelt:1 Meter Wassertiefe, Dauer 0,5 hVerschleiß der Schubstangendichtung nach Anwendungsfall und Zyklenzahl.Hinweise in der Gebrauchsanleitung bei der Inbetriebnahme beachten.

*) Je nach Umgebungstemperatur und Stillstandszeit kann sich die notwendige Kraft zur erstmaligen Betätigung der Schubstange erhöhen.

NovotechnikMesswertaufnehmer OHG

Postfach 422073745 Ostfildern (Ruit)Horbstraße 1273760 Ostfildern (Ruit)

Tel. +49 711 44 89-0Fax +49 711 44 [email protected]

© 12/2012Änderungenvorbehalten.Printed inGermany.

Elektrische Ausführung

002: linearisiert

XT 2 10 5 0 00 2 02 2

Elektrischer Anschluss

101: 3-pol. Rundstecker M8x1, radialer Abgang 202: NT Standardkabel 2 m, radialer Abgang

Schutzart

7: Einseitige Schubstange IP67

Mechanische Ausführung Schubstange

1: Wegaufnehmer mit einseitiger Schubstange und Gewinde M5

Mechanische Befestigung

6: Gelenkkopfbefestigung

Elektrisch definierter Bereich

Standardlängen von 0025 mm bis 0300 mm

Baureihe

17 6

Bestellangaben

Wichtig

Alle angegebenen Werte imDatenblatt für Linearität, Le-bensdauer und Temperatur-koeffizient gelten für den Ein-satz des Sensors als lastfeienSpannungsteiler (le ≤ 1 µA).

Abgang Stecker Kabel Stecker mit Kabel

Code 101 Code 202 EEM 33-64 / -66 / -68 / -65 / -67 / -69

PIN 1 BN braun BN braun

PIN 4 WH weiß BK schwarz

PIN 3 GN grün BU blau

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Optionales Zubehör

PUR-Kabel mit 3-pol. Kupplungslose M8x1, 3x0,34mm2,IP67, ungeschirmt:2 m Länge, EEM-33-64, Art.Nr. 005617,5 m Länge, EEM-33-66, Art.Nr. 005619,10 m Länge, EEM-33-68, Art.Nr. 005643.

PUR-Kabel mit 3-pol. Winkeldose M8x1, 3x0,34 mm2,IP67, ungeschirmt:2 m Länge, EEM-33-65, Art.Nr. 005618,5 m Länge, EEM-33-67, Art.Nr. 005620,10 m Länge, EEM-33-69, Art.Nr. 005644.Weitere Kabel auf Anfrage.

Prozessorgesteuerte Messgeräte MAP... mit Anzeige, Mess-wertumformer MUP/MUK... für normierte Ausgangssignale.

Messwertumformer MUP

Berechnungsprotokoll

Berechnungsprotokoll 21.11.15 19:51 Uhr Mädler GmbHTränkestr. 8D - 70597 StuttgartTel.: +49 (711) 7 20 95-0Fax.: +49 (711) 7 20 95-33

Details Zahnriemen

Bezeichnung T2,5

Teilung 2.5 mm

Breite 6.0 mm

Gewicht pro m 0.01 kg

Erforderliche Vorspannkraft 20.53 N

Erforderliche Vorspannkraft für Linearantriebe 41.06 N

Achsabstand 65.0 mm

Riemenlänge 230.0 mm

Riemengewicht 0.0 kg

Anzahl Zähne 92.0

Hinweis: Es ist nicht möglich, einen Riemen mit vorgegebener Teilung und angegebener Längeherzustellen.

Details Leistungsberechnung

Antriebsleistung 0.02 kW

Abtriebsleistung 0.0 kw

Antriebsrad 1

Sicherheit 1.47

Hinweis: Die Leistungsbilanz ist nicht ausgeglichen. Leistungsüberschuß: 0.02

Details Zahnscheiben

Zahnscheibe Nr: 1

Position X 0.0 mm

Position Y 0.0 mm

Zähnezahl 40

eingreifende Zähnezahl 20

Außendurchmesser 31.3 mm

Wirkdurchmesser 31.83 mm

Breite 6.0 mm

Umschlingungswinkel 180.0 °

Drehzahl 1034.5 1/min

An-/Abtrieb Antrieb

Drehmoment 0.21 Nm

Leistung 0.02 kW

http://www.maedler.de/

max. zul. Leistung 0.03 kW

Sicherheit 1.47

Artikelnummer 16024000

Zahnscheibe Nr: 2

Position X 65.0 mm

Position Y 0.0 mm

Zähnezahl 40




Breite 6.0 mm



An-/Abtrieb Abtrieb

Drehmoment 0.0 Nm

Leistung 0.0 kW


Sicherheit


Technische Hinweise

Zur Berücksichtigung von Überlastungen des Riementriebes beachten Sie bitte die nachfolgende Tabelle. Siemüssen den Sicherheitsfaktor aus der Berechnung durch den Überlastfaktor (entsprechend Ihrem Anwendungsfall)aus der unten aufgeführten Tabelle teilen. Dadurch erhalten Sie die entsprechende Sicherheit IhresRiementriebsystems.

Sicherheit des Riemenantriebes = berechnete Mindestsicherheit/Überlastfaktor

Korrekturfaktor für Überlastung

Überlastfaktor

Maschinenanwendungsbeispiele:

Nicht aufgeführte Maschinen sind der Gruppe zuzuordnen, die den Belastungen entspricht.

Beispiele für Antriebsmaschinen

bis 3-fachem NENN MOMENT über 3-fachem NENN MOMENT

Wechselstrommotoren (Standard und Synchronmotoren)Gleichstromnebenschluss-MotorenVerbrennungsmotoren mit zweioder mehr Zylindern.

Elektromotoren (mit hohem Anlauf-und Bremsmoment)Gleichstrommotoren mit DoppelschlussVerbrennungsmotoren miteinem Zylinder.

Tägliche Betriebsdauer (Stunden)

bis 5 bis 12 bis 24 bis 5 bis 12 bis 24

- Büromaschinen - Haushaltsmaschinen - Zählgeräte

1.0 1.2 1.4 1.2 1.4 1.6

- Holzbearbeitungsmaschinen - Druckereimaschinen - Ventilatoren und Gebläse

1.2 1.4 1.6 1.4 1.6 1.8

- Werkzeugmaschinen - Textilmaschinen - Wäschereimaschinen

1.3 1.5 1.7 1.5 1.7 1.9

- Papiermaschinen - Kolbenmaschinen - Hebezeuge

1.4 1.6 1.8 1.6 1.8 2.0

Berechnungsprotokoll

Berechnungsprotokoll 17.11.15 20:11 Uhr Mädler GmbHTränkestr. 8D - 70597 StuttgartTel.: +49 (711) 7 20 95-0Fax.: +49 (711) 7 20 95-33

Details Zahnriemen

Bezeichnung T5

Teilung 5.0 mm

Breite 10.0 mm

Gewicht pro m 0.03 kg

Erforderliche Vorspannkraft 23.78 N

Erforderliche Vorspannkraft für Linearantriebe 71.34 N

Achsabstand 55.0 mm

Riemenlänge 219.99 mm

Riemengewicht 0.01 kg

Anzahl Zähne 44.0

Hinweis: Es ist nicht möglich, einen Riemen mit vorgegebener Teilung und angegebener Längeherzustellen.

Details Leistungsberechnung

Antriebsleistung 0.09 kW

Abtriebsleistung 0.0 kw

Antriebsrad 1

Sicherheit 3.24

Hinweis: Die Leistungsbilanz ist nicht ausgeglichen. Leistungsüberschuß: 0.09

Details Zahnscheiben

Zahnscheibe Nr: 1

Position X 0.0 mm

Position Y 0.0 mm

Zähnezahl 22




Breite 10.0 mm



An-/Abtrieb Antrieb

Drehmoment 0.4 Nm

Leistung 0.09 kW

http://www.maedler.de/


Sicherheit 3.24


Zahnscheibe Nr: 2

Position X 55.0 mm

Position Y 0.0 mm

Zähnezahl 22




Breite 10.0 mm



An-/Abtrieb Abtrieb

Drehmoment 0.0 Nm

Leistung 0.0 kW


Sicherheit


Technische Hinweise

Zur Berücksichtigung von Überlastungen des Riementriebes beachten Sie bitte die nachfolgende Tabelle. Siemüssen den Sicherheitsfaktor aus der Berechnung durch den Überlastfaktor (entsprechend Ihrem Anwendungsfall)aus der unten aufgeführten Tabelle teilen. Dadurch erhalten Sie die entsprechende Sicherheit IhresRiementriebsystems.

Sicherheit des Riemenantriebes = berechnete Mindestsicherheit/Überlastfaktor

Korrekturfaktor für Überlastung

Überlastfaktor

Maschinenanwendungsbeispiele:

Nicht aufgeführte Maschinen sind der Gruppe zuzuordnen, die den Belastungen entspricht.

Beispiele für Antriebsmaschinen

bis 3-fachem NENN MOMENT über 3-fachem NENN MOMENT

Wechselstrommotoren (Standard und Synchronmotoren)Gleichstromnebenschluss-MotorenVerbrennungsmotoren mit zweioder mehr Zylindern.

Elektromotoren (mit hohem Anlauf-und Bremsmoment)Gleichstrommotoren mit DoppelschlussVerbrennungsmotoren miteinem Zylinder.

Tägliche Betriebsdauer (Stunden)

bis 5 bis 12 bis 24 bis 5 bis 12 bis 24

- Büromaschinen - Haushaltsmaschinen - Zählgeräte

1.0 1.2 1.4 1.2 1.4 1.6

- Holzbearbeitungsmaschinen - Druckereimaschinen - Ventilatoren und Gebläse

1.2 1.4 1.6 1.4 1.6 1.8

- Werkzeugmaschinen - Textilmaschinen - Wäschereimaschinen

1.3 1.5 1.7 1.5 1.7 1.9

- Papiermaschinen - Kolbenmaschinen - Hebezeuge

1.4 1.6 1.8 1.6 1.8 2.0

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Thema: Entwicklung und Konstruktion einer mechatronischen ...das-lab.vs.eecs.uni-kassel.de/publications/Kubitza2015_Diploma1_Kicker... · Veranstaltung namens „Robot J-League“