Mobile Roboter | eine Jahresarbeit

3. Grundgerüst

3.1. Verschiedene Varianten

Wie schon erwähnt gibt es die verschiedensten Arten von Robotern, deren äußeres Erscheinungsbild noch viel verschiedener ist. Lassen wir einmal sämtliche Industrieroboter und Roboterarme außer betracht und beschränken uns auf die mobilen Roboter.

Die anschaulichste Form haben natürlich humanoide Roboter. Das sind Roboter in Menschenform, oder zumindest solche Objekte, die auf zwei Beinen gehen. Der menschliche Gang ist aber so schwierig, dass es nur sehr wenig humanoide Laufroboter gibt, die bis zu 30 Jahren Entwicklungszeit hinter sich haben. Die meisten humanoiden Roboter sind zwischen einem und zwei Metern groß und bis zu weit über 100 kg schwer, es gibt aber auch ganz kleine, die nur 30 cm groß sind, was aber eher die Seltenheit ist. Eine andere Art sind Laufroboter, die von ihrer äußeren Gestallt mehr an Käfer erinnern. Heutzutage werden Sechsbeinerkonstruktionen als die ideale Form der Laufroboter angesehen. Es gibt auch Experimente mit so genannten „Snakebots“ (snake = Schlange), die aus vielen kleinen Gliedern bestehen und sich so durch die Welt schlängeln sollen. Die meisten mobilen Roboter bewegen sich jedoch fahrend durch ihre Umwelt. Das heißt sie bewegen sich auf Rädern oder Ketten fort. Nun gibt es unendlich viele verschiedene Möglichkeiten ein Fahrzeug mit Rädern oder Ketten auszustatten.

Entscheidend ist die Form des Fahrzeugs, die Anzahl der Räder und deren Anordnung. Anders als Autos werden Roboter gern mit der „differential-drive“ Technik angetrieben: Es werden die Räder auf beiden Seiten unabhängig voneinander angesteuert, sodass sie auch gegenläufig angetrieben werden können, so wie es von Kettenfahrzeugen her bekannt ist. Dieses Prinzip erspart weitere Lenksysteme völlig, da das Fahrzeug durch die Geschwindigkeit der Räder und deren Drehrichtung in fast allen erdenklichen Formen gelenkt werden kann. Oft besitzen solche Fahrzeuge gar nur zwei Räder und ein kleines frei schwenkendes Stützrad. Weitere wichtige Kriterien sind die Wendigkeit eines Fahrzeugs und dessen Nullpunktumrundung. Die Wendigkeit hängt stark von der äußeren Form ab. Die theoretisch ideale Fahrzeugform ist meines Erachtens nach eine kreisförmige Grundfläche, da sie sich aus jeder Situation, in die sie sich selbst gebracht hat, auch wieder herausbringen kann; ein Verkannten ist absolut ausgeschlossen. Womit wir auch schon bei dem Nullpunkt angekommen sind: Der Nullpunk liegt in der Mitte des Fahrzeuges, bezogen auf die Räder, und ist der Punkt, um den sich das Fahrzeug bei einer Drehung theoretisch dreht. Es ist recht wichtig, dass dieser Punkt stabil beibehalten wird, da mit einem eventuellen Davonschlingern weitere Navigationsprobleme verbunden sind. In der Praxis ist dieser Punkt über einige Umdrehungen hinweg natürlich nicht exakt zu halten. Das Schlingern lässt sich aber durch eine gute Fahrzeugkonstruktion auf ein akzeptables Maß hin minimieren.

3.2. Eigener Aufbau

Das Grundgerüst besteht aus Plexiglas (Polymethylmethacrylat), das zu einem Rahmen zusammengefügt wurde. Dieser Rahmen bildet eine in sich stabile Konstruktion, die durch eine Platte in der Mitte in eine obere und eine untere Ebene geteilt wird. Alle anderen Teile sind an dem Plexiglasrahmen befestigt, so z.B. die Laufrollen und Motoren, die die Ketten führen und antreiben. Als Ketten dienen Zahnflachriemen (482,6 mm lang, 9,5 mm breit, 95 Zähne) die so umgestülpt wurden, dass die Zähne auf der Außenseite sind. Die Ketten werden von zwei Schrittmotoren angetrieben (siehe Kapitel „4.1. Aktoren“), auf deren Achsen sich jeweils eine Zahnriemenscheibe (10 Zähne, 24 mm Durchmesser) befindet. Hier ist es möglich die Fahrgeschwindigkeit des Roboters in Abhängigkeit der Motorgeschwindigkeit zu errechnen:

95 Zähne / 10 Zähne = 9,5 U (für einen Kettendurchlauf)

482,6 mm / 9,5 = 50,8 mm ~ 5 cm (Kettendurchlauf bei einer Motorumdrehung)

Um mit einer Geschwindigkeit von 10 cm / sec. zu fahren, muss der Motor sich 2 U / sec. drehen, was 120 UpM entspricht. Es wird deutlich, dass trotz der schon vorhandenen Untersetzung sehr geringe Drehzahlen zum Antreiben notwendig sind.

Die schon erwähnte Plexiglasplatte in der Mitte des Rahmens ist 170 mm breit und 250 mm lang. Sie überragt mit ihrer Größe alle anderen Teile und bildet dadurch einen mechanischen Schutz für dieselbigen. Die ganze Konstruktion liegt sehr flach über dem Boden und ist rund 110 mm hoch, das Gewicht liegt bei 1,9 kg (inklusive Akkus).

Aufbau des Plexiglasrahmens:

Der Plexiglasrahmen mit montierten Motoren, Ketten und den ersten Platinen. Die Akkus sind herausgenommen: