Projekt fahrbare Schubkarre

  • Hallo zusammen,


    ich habe mir ein sehr großes Projekt in den Kopf gesetzt.

    Das Endergebnis soll eine selbstfahrende durch 4 E-Motoren angetriebene Schubkarre sein, welche gut 100 kg umherfahren kann. 4 Motoren werden aufgrund des eventuell unebenem Boden auf welchem sie sich bewegt benötigt. Nun befinde ich mich in der Planungsphase. Als Chassis würde ich gerne das einer regulären Schubkarre umbauen. Allerdings habe ich bezüglich der Ansteuerung von Motoren keine großen Erfahrungen und stelle mir nun die Frage ob es überhaupt möglich ist so leistungsstarke Motoren mit dem Raspi anzusteuern. Die Schubkarre soll sich zwar nur in Schrittgeschwindigkeit bewegen können, jedoch wird zur Bewegung dieses Gewichtes ja doch etwas Leistung benötigt. Beziehungsweise mit einem Motorsteuerungsboard. Vorhanden ist

    der Raspi 4B mit 8GB.


    Ich würde mich sehr freuen wenn ihr mir ein paar Denkanstöße geben könntet die mir vielleicht ein wenig weiterhelfen ;)

  • Ich bin kein Experte für Leistungselektronik, aber wenn man mal überschlägt, das ich mit meinen fast 100kg auf einem Mofa über eine Wiese fahre, und das dabei so gerade mal hinkommt, dann brauchst du hier eine Leistung von 1-2KW. Vielleicht kann man das auch auf 500W drücken mit einer entsprechenden Untersetzung, aber das ist schon eine Menge Holz. Wenn du das steuern und regeln willst, braucht du eh eine Leistungselektronik, und damit kommt es dann darauf an, wie die konkret funktioniert. Du musst dafür also entsprechende Motoren und Regler raussuchen, und dann kann man schauen, was die brauchen. Im Modellbaubereich können die gerne mit Servo-Signalen angesteuert werden. Dafür gibt es für den PI externe Module von zb adafruit.


    Alles in allem sehr ambitioniert!

  • Das ist aber ein Vergleich, der hinkt. Schließlich fährst du mit dem Mofa 4-5mal schneller als Schrittgeschwindigkeit und hast daher auch eine 16 - 25 mal höhere kinetische Energie. Im Profiradrennen werden meines Wissens um die 400 Watt geleistet und die sind ja auch nicht gerade langsam unterwegs. Nur weil ein Mofa 6PS hat, heißt das nicht, dass du die Leistung auch zu jedem Zeitpunkt abrufst, geschweige benötigst. Dazu kommt noch die Leistungskennlinie bei Verbrennern, die die volle Leistung eh nur in einem sehr begrenzten Maß zur Verfügung stellt.


    Mal ganz überschlägig gesagt:

    Du hast 100kg und willst eine Steigung von 15° überwinden.

    Rollreibung Reifen auf Sand laut Wiki ca. 0.3. Haftreibung ignoriere ich jetzt mal.

    260N+ 970N*0,3 = 551N

    Jetzt möchtest du die Masse in sagen wir mal 5 Sekunden auf 1m/s (3,6 km/h) beschleunigen, was nochmal

    100kg*0.2m/s^2 = 20N entspricht.

    Geben wir dem ganzen mal noch ein bisschen Luft und sagen 600N würden deine Kiste rollen lassen.

    Durchmesser Schubkarrenreifen ca 20cm, also bräuchtest du

    600N*0,2m = 120Nm Drehmoment.

    Kurzes googlen spuckt zig Treffer mit E-Bike Motoren aus, die um die 300Watt liegen


    Die Rechnung ist ein dicker worst case (die Beschleunigung an so einer happigen Steigung auf Sand) und du musst unbedingt Vorkehrungen treffen, dass sich dein 100kg Gefährt nicht in einen 2.500 Joule starken Rammbock verwandelt wenn er auf der Ebene Fahrt aufnimmt.

    Rechne das Beispiel nochmal mit für dich realistischen Werten durch, ich denke der darf auch noch eine Nummer kleiner sein. 50Nm o.ä. würde ich als realistisch einschätzen.

    Ich würde mal Richtung E-scooter oder E-Bike Nachrüstsatz schauen.


    Wenn du wirklich vier Motoren verwenden willst, musst du dir überlegen wie du die synchronisiert, damit das Ding auch wirklich geradeaus fährt.

  • Man könnte isch auch an einer Elektroameise orientieren - die Schubkarre ist ja was ganz ähnliches. Mal exemplarisch: Ein Jungheinrich EJE 13M mit 214 Kg + 1,3 t Last hat 0,6 KW bei eine Steigfähigkeit von 4% mit Last, 10% ohne und 5 Km/h. Das reicht für die 100 Kg-Schubkarre locker. Die meisten Pedelec-Motoren haben 250 Watt. Vielleicht ist es sogar das Einfachste, einen Pedelecantrieb dafür umzubauen. Da ist alles drin und dran, was man braucht.
    Die entscheidene Frage ist für mich, wie man den Antrieb bedient. Es gibt ja weder eine Deichsel, wie bei der Ameise, noch Pedale, wie beim Pedelec. Ein Mofadrehgriff an der Schubkarre erscheint mir auch etwas abwegig. Es müsste ja im Idealfall so sein, dass der Antrieb einsetzt, wenn man anfängt zu schieben und aufhört, wenn man eben nicht mehr schiebt. Eine Unterstützung eben, ähnlich wie beim Pedelec. Eigentlich müsste der Griff nach vorne und hinten beweglich sein, damit er erfassen kann, ob der Bediener gerade anschiebt. Vielleicht genügt es, den Griff auf der Tragstange mit Federn verschiebbar zu montieren und die Position zu erfassen.
    Und nebenbei... der Pi ist ganz bestimmt das falsche Gerät, um sowas zu bauen. Da erscheint mir doch ein Microcontroller geeigneter. (Moment, ich muss noch die Schubkarre booten und ein Kernelupdate machen... du kannst ja schon mal den Zement reinschippen... :lol:)


    Abgesehen von allen Überlegungen gibts das schon: Zipper Elektrische Schubkarre

    Oh, man kann hier unliebsame Nutzer blockieren. Wie praktisch!

  • Vielen Dank erstmal für die Denkanstöße :thumbup:ich werde dafür erstmal die Rechnung von El_Zetto mit realen Zahlen durchrechnen. Aber die Beispiel Rechnung hat mir auf jeden Fall sehr geholfen.

    Gnom tatsächlich stelle ich mir das ganze etwas autonomer vor. Die Schubkarre soll sich selbstständig bewegen ohne vom Menschen direkt gelenkt zu werden. Stattdessen soll sich die Schubkarre mit Hilfe von Infarot selbstständig an ihren Ladeplatz und Platz für das Abladen der Schubkarre bewegen. Hierbei habe ich an das Vorgehen wie bei einem Saugroboter gedacht, der sich selbstständig wieder in seine Ladestation begibt. Prinzipiell möchte ich mich also an den vielen Smart Car Projekten orientieren bei welchen Modellautos sich autonom fortbewegen ohne an Hindernisse zu stoßen und das ganze noch deutlich erweitern :D


    Keine Frage der Umfang dieses Projektes ist enorm. Da es aber kein Zeitdruck gibt und ich schon sehr lange damit liebäugele freue ich mich auf das tüfteln. :danke_ATDE:

  • Also eher ein führerloses Transportsystem... Und folglich nicht nur mit 4 Motoren, sondern auch mit vier Rädern. Mit einer Schubkarre hat das dann aber wenig zu tun. Der Anwendungsbereich wird ziemlich eingeschränkt sein. Baustellen mit unebenem Boden, schlecht befahrbaren Oberflächen, überall liegt Gerümpel rum, überall laufen Leute, es ist wenig Platz und die Umgebung ändert sich ständig...

    Wo siehst du denn da das Anwendungsszenario?

    Oh, man kann hier unliebsame Nutzer blockieren. Wie praktisch!

  • Wenn nur die beiden Räder an der Vorderachse angetrieben werden, kann man durch unterschiedliche Drehzahl auch lenken. (Drehzahl gleich - Karre fährt geradeaus, Drehzahl verschieden - Karre fährt einen Bogen.) So könnte man für den Antrieb theoretisch Schrittmotoren nehmen, einfacher ist aber herkömmliche Motoren zu verwenden und die Drehung der Räder mit Lichtschranken oder - da weniger anfällig gegen Verschmutzung - mit ABS-Sensoren zu überwachen. Damit die Räder auf unebenem Gelände funktionieren, sollten sie etwas größer sein. Jeder Traktor zeigt, wie gut große Räder mit schwierigstem Gelände klar kommen. Die nicht angetriebenen hinteren Räder sollten einzeln um eine senkrechte Achse drehbar aufgehängt sein. Solche "Nachlaufräder" sieht man an Servierwagen, Krankenhausbetten usw..

  • Ich weis ja nicht was du investieren willst und wie der Einsatzort genau aussieht.

    Wieso kein Kettenfahrwerk? Zwei Motoren, auf der Stelle im Kreis drehen, kein Problem mit Unebenheiten, kein Einsinken in nicht zu tragfähigem Boden und mit Gummiketten hast du auch keine Probleme auf der Straße.

    Die Kosten sind vermutlich um einiges höher, aber je nach dem wo du das einsetzen willst, hast du dami bestimmt Spass.


    Falls du es umsetzt, welcher Art auch immer, kannst du deinen Fortschritt hier im Forum ja dokumentieren, ist ein interessantes Projekt:thumbup:

    ... ob's hinterm Horizont wirklich so weit runter geht oder ob die Welt vielleicht doch gar keine Scheibe ist?

  • Ja Gnom tut mir leid. Vor meinem geistigen Auge sehe ich genau das. Prinzipiell eine Wanne mit vier Rädern. Habe ich leider vergessen in den Eröffnungsthread zu schreiben.

    Der Anwendungsbereich ist auch weniger eine Baustelle als ein Hof. Die Unebenheiten wäre also gering und genügend Platz auf gepflastertem Boden ist auch vorhanden.


    Gnatz an diese Form der Steuerung hatte ich auch gedacht. Habe jedoch Angst, dass 2WD nicht genügt um sich eventuell doch auf unebenem Boden zu bewegen. Daher wollte ich Allradantrieb nutzen.


    Thomas H ja vollkommen richtig. Fehler meinerseits. Ich hatte als chassis immer eine umgebaute 4 Rad Schubkarre im Kopf daher der Begriff :stumm:


    Dennis89 ursprünglich hatte ich aus gesagten Gründen auch an ein Kettenfahrzeug gedacht aber wie du schon erkannt hast hat sich das als noch aufwendigere und kostspieligere Lösung herausgestellt weshalb ich mich jetzt doch für stark Profil Räder entschieden habe die auf dem etwas unebenem Boden auch keine Probleme haben dürften. :)


    Wow aber vielen Dank schonmal an alle. Die Antworten waren super hilfreich. :)

  • Ketten haben den Nachteil, dass bei Kurvenfahrten jede der Ketten sich um ihren eigenen Drehpunkt dreht und dabei auf lockerem Boden die Erde zur Seite schieben muss. Auf festem Untergrund rutscht die Kette - viel Abrieb und nicht besonders leichtgängig. Die Steuerung von 4 Rädern ist bei Kurvenfahrten sehr komplex, da jedes der Räder eine von den anderen unterschiedliche Drehzahl haben muss und das Verhältnis dazwischen keine Drehzahlfehler duldet. Sonst ist immer mindestens ein Rad am "Durchrutschen". Als einfache Hilfe zur Vorstellung: Wenn ein Fahrzeug eine durchgehende Hinterachse hat und die Räder darauf fest (ohne Differential) angebracht sind, "rubbelt" bei Kurvenfahrten immer eines der Räder, da das kurvenäußere Rad einen längeren Weg als das kurveninnere zurücklegen muss, was die starre Kopplung über die Achse verhindert. Jedenfalls eine interessante Aufgabe, das Problem elegant (ohne Rutschen und Schleifen einzelner Räder) zu lösen.

  • Als einfache Hilfe zur Vorstellung: Wenn ein Fahrzeug eine durchgehende Hinterachse hat und die Räder darauf fest (ohne Differential) angebracht sind, "rubbelt" bei Kurvenfahrten immer eines der Räder, da das kurvenäußere Rad einen längeren Weg als das kurveninnere zurücklegen muss, was die starre Kopplung über die Achse verhindert. Jedenfalls eine interessante Aufgabe, das Problem elegant (ohne Rutschen und Schleifen einzelner Räder) zu lösen.

    Dazu ein klasse Filmchen aus den 1930er Jahren (Ab 1:50 wird erklärt):

    External Content www.youtube.com
    Content embedded from external sources will not be displayed without your consent.
    Through the activation of external content, you agree that personal data may be transferred to third party platforms. We have provided more information on this in our privacy policy.