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Komponenten

In Neobotix-Robotern werden nur hochwertige Antriebskomponenten verbaut, die praktisch wartungsfrei, außerordentlich zuverlässig und sehr robust sind.

Alle verwendeten Antriebsmotoren sind bürstenlose, elektrisch kommutierte Servomotoren mit hoch auflösenden Drehgebern. Sie bieten nicht nur sehr gute Daten für die Odometrie, sondern sind durch den Verzicht auf Kohlebürsten auch über die gesamte Lebensdauer des Roboterfahrzeugs völlig wartungsfrei.

Als Getriebe kommen, abhängig vom Robotertyp, entweder Planetengetriebe eines führenden deutschen Herstellers oder hoch belastbare Zykloidgetriebe zum Einsatz. Beide Varianten sind nach dem Einbau wartungsfrei.

Alle Antriebsverstärker sind Modelle von Elmo Motion Control, dem internationalen Marktführer für kompakte, leistungsfähige Servoverstärker. Sie werden standardmäßig per CAN-Bus angesprochen, bieten aber auch viele andere Schnittstellen, von RS-232 über Ethernet bis zu EtherCAT.

Differentielle Antriebe

Differentielle Antriebe besitzen zwei voneinander unabhängige Antriebsräder die auf der gleichen geometrischen Achse liegen. Sie benötigen im Allgemeinen frei dreh- und schwenkbare Stützräder.

Differentialantrieb Dreirad

In der Dreirad-Konfiguration, mit nur einem Stützrad, ist das Roboterfahrzeug immer statisch bestimmt und hat immer ausreichenden Anpressdruck auf den Antriebsrädern, so dass auch schwere und träge Plattformen wie etwa der mobile Industrieroboter MM-800 verlässlich bewegt werden können. Solche Plattformen kommen auch gut mit unebenen Böden zurecht.






Differentialantrieb Mittelachse

Werden mehrere Stützräder vor und hinter der Antriebsachse montiert, müssen die angetriebenen Räder gefedert werden, damit der Roboter nicht statisch überbestimmt wird und wackelt. Dadurch sind zum einen Anpressdruck und erreichbare Vorschubkraft begrenzt, zum anderen darf die Bodenunebenheit nicht größer sein als der Federweg. Der klare Vorteil dieser Variante im Vergleich zur Dreirad-Konfiguration ist die Fähigkeit zum Drehen auf der Stelle, wenn die Antriebsachse in der Mitte des Roboters liegt. Dadurch lassen sich ausgesprochen bewegliche Roboter sehr kosteneffizient realisieren.


Mecanum-Räder

Mecanum-Rad1
Mecanum-Rad2
Mecanum-Rad3

Mecanum-Räder bestehen aus einem Träger, der wie ein normales Rad angetrieben wird, an dessen Umfang sich anstelle einer geschlossenen Lauffläche jedoch mehrere frei drehbare, spindelförmige Walzen befinden. Ihre Form, Größe und Abstände sind so gewählt, dass das Rad theoretisch wieder auf einem geschlossenen Kreis abrollen kann.

Wenn die Bewegungen von vier Mecanum-Räder korrekt koordiniert werden, summieren sich die einzelnen Kraftvektoren der Räder zu einer sinnvollen Gesamtbewegung des Roboterfahrzeugs ohne Schlupf. So werden übergangslose Bewegungen in jede Richtung möglich, sowohl translatorische und rotatorische als auch überlagerte. Der Roboter ist also voll omnidirektional.

Damit sich der mobile Roboter zuverlässig bewegen kann, müssen alle vier Räder permanent guten Bodenkontakt besitzen. Deshalb ist die Heckachse des Mecanum-Roboters MPO-500 schwingend gelagert und beseitigt damit die statische Überbestimmtheit des Roboters.

Darüber hinaus können Bodenunebenheiten und fehlende Haftung das Fahrverhalten ebenfalls beeinträchtigen. Durch die vielen kleinen, schräg angeordneten Rollen ist die Fertigung von Mecanum-Rädern recht komplex und fast alle Mecanum-Räder lassen das Fahrzeug ein wenig rütteln.

Fahr-Dreh-Module

Fahr-Dreh-Modul

Fahr-Dreh-Module sind eine Alternative zu Mecanum-Rädern beim Aufbau omnidirektionaler Roboter. Jedes Modul besitzt ein unabhängiges Antriebsrad, das dank eines zweiten, integrierten Servoantriebs um seine Hochachse gedreht werden kann, um so die Fahrtrichtung zu bestimmen. Mit diesen Modulen können verschiedene Kinematiken realisiert werden.

Ein einzelnes Fahr-Dreh-Modul, das von zwei passiven Bockrollen gestützt wird, ist gut für einfache, kleine Roboter und erste Tests geeignet.

Ein Fahrzeug mit drei Fahr-Dreh-Modulen ist bereits omnidirektional und sehr stabil, bietet aber eine noch relativ geringe Standfläche.

Wenn vier Module im Rechteck angeordnet werden, kann die Standfläche und damit die Stabilität des mobilen Roboters sofort verdoppelt werden. Das Fahrzeug ist dann zwar statisch überbestimmt, auf ebenen Böden hat sich dies jedoch als völlig problemlos erwiesen. Da alle Räder immer aktiv gelenkt und angetrieben werden, arbeitet die Odometrie auch dann sehr gut, wenn ein Rad zeitweise weniger oder sogar gar keinen Bodenkontakt hat. Diese Konfiguration ist deshalb die in der Servicerobotik beliebteste Lösung und wird unter anderem im Care-O-bot 3 eingesetzt.

Fahr-Dreh-Modul-Kinematik1
Fahr-Dreh-Modul-Kinematik2
Fahr-Dreh-Modul-Kinematik3