Auftraggeber: Teil der Diplomarbeit Rolle: Konzeption und 3D-Visualisierung

Fahrwerk für

einen Roboter

 

Entstanden im Rahmen der Diplomarbeit zum Thema: "Robotikkonzepte".

 

Aufgabe war die Konstruktion eines Fahrwerks für einen Roboter, der mühelos im urbanen Raum navigieren können soll. Das Konzept dieses Fahrwerks ist von zwei existierenden Robotersystemen inspiriert:

 

1. Der Asguard, ein Roboter vom Deutschen Forschungsinstitut für künstliche Intelligenz in Bremen entwickelt, ist ein Treppenlaufspezialist. Wegen seiner sternenförmigen Räder können die einzelnen Speichen tief in die Stufen greifen, um sich dann nach oben zu ziehen. Bisweilen ist dieses Prinzip das schnellste auf diesem Gebiet, das es auf dem Robotikmarkt gibt. Nachteil ist allerdings, dass das System zwar problemlos aber auch sehr ruckelig fährt. Kamerafahrten werden mit diesem Prinzip unpräzise.

 

2. Omniwheels, wie sie bereits für Gabelstapler Verwendung finden, ermöglichen es dem Gefährt auch in engstem Raum problemlos und geschmeidig zu navigieren. Die Kombination aus drei bis vier aktiven Rädern und den daran angebrachten passiven Rollen, verhindern, dass Reibung entgegen der Fahrtrichtung entsteht. Durch punktuelles Ansteuern der einzelnen Räder können damit alle Richtungen aus dem Stand angesteuert werden. Auch das drehen um die eigene Achse ist mit diesem System möglich.

 

Das entwickelte Fahrwerk kombiniert die Navigationsfreiheit eines Omniwheel-Antriebs und die Geländetauglichkeit der Sternräder.

Der Roboter kann stufenlos zwischen den Modi wechseln. Im Innenbereich garantiert das Omniwheelprinziep ruckel- und störungsfreie Drehbewegungen. Beim Überwinden von Treppenstufen oder beim Navigieren im öffentlich Raum können die Speichen der Räder auseinandergedrückt werden.

(1)

(2)

(3)

(1) Speichen und passive Rollen

(2) Radkappe mit Stange

(3) Drehmoment inklusive Zahnrad als Ansatz für den Motor

Umsetzung

Betrachtet man ein Rad im Querschnitt werden gleich mehrere Detaillösungen sichtbar. Alle Teile sind mit Zwangsführungen so miteinander verbunden, dass das Zurückziehen der Radkappe die Speichen zueinander spreizt und somit den Radius des gesamten Rads vergrößert.

 

Um zu verhindern, dass das Model durch die Mechanik zu breit wird, wurde ein Trick angewand. Die Rückbewegung der Kappe wird durch ein bewegliches Gelenk nach oben abgeleitet. Dafür ist das Drehmoment, das gleichzeitig als Führung dient, nach innen hin konisch zusammenlaufend. Das hat zwei Vorteile. Zum einen stößt die Stange bei der Aufwertsbewegung nicht an, zum anderen wird die Reibung dadurch reduziert.

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