Roboter-Typen
aus RN-Wissen, der freien Wissensdatenbank
Gerade beim Roboterbau ist eine Klassifizierung etwas willkürlich, da ja jede beliebige Kombination von Eigenschaften und Antriebsarten möglich ist, und gerade Ungewöhnliches hochinteressante Lösungen hervorbringt.
Trotzdem hat jede Variante ihre speziellen Vorzüge aber auch Probleme, sowohl, was den Antrieb, als auch die dazu erforderliche Sensorik und letztlich die Navigation betrifft
Es soll sich durch die folgende Systematik niemand gehindert fühlen, Flugzeuge zu bauen, die ggf. auch unter Wasser voll funktionstüchtig sind.
Inhaltsverzeichnis |
Landfahrzeuge
Roboter mit Rädern
Natürlich ist die Anzahl der Räder das wichtigste Unterscheidungsmerkmal. Aber auch die Anordnung, Antrieb und Lenkung kann Mischformen erzeugen, die schwer einzuordnen sind.
Weniger als drei Räder
- Ein Rad
Das ist natürlich ein absolutes Balance-Kunststückchen. Es wäre interessant, ob sich schon jemand dieser Herausforderung gestellt hat.
Unter http://www.boltontech.org.uk/loonycycle.htm kann man einen interessanten Ansatz finden. (Gefunden im Beitrag von RCO unter http://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?t=6791)
- Zwei Räder hintereinander
Also ein Motorrad. Durch geeignent Vorlauf der Vorderrades hat ein solches Fahrzeug eine gewisse Eigenstabilität. Es gibt ja auch RC-Modelle
- Zwei Räder nebeneinander
Auch hier ist das Gleichgewicht das Hauptproblem. Abgesehen davon hat ein solches Fahrzeug aber die gleichen oder sehr ähnlichen Probleme wie die beliebte folgende Variante
- Zwei Räder mit Stützrad
Zwei Haupträder werden mit Getrieb- oder Schrittmotoren unabhängig angetrieben. Ein rein passives Stützrad, ähnlich wie bei den Einkaufwagen im Supermarkt (da sind es aber zwei), unterstützt das fahrzeug an einem dritten Punkt. Oft, gerade bei kleineren Modellen, wird diese Rolle auch einfach von halbierten Tischtennisbällen oder Ähnlichem übernommen.
Komplett-Bausätze: ASURO
CHASSIS:
Es sind fertige Chassis mit Motoren erhältlich, die nurmehr mit der Elektronik, Sensorik und Stromversorgung ergänzt werden müssen
Drei Räder
- Wenn ein Rad gezielt lenkbar ist, können die beiden anderen Räder, dann aber mit Differential, auch gemeinsam von einem Motor angetrieben werden.
- Hat das gelenkte Rad auch den Antrieb über, sind die beiden anderen als passive Nachläufer ausgeführt (Auto-Scooter)
Drei Räder OmniWheels (Allseitenräder)
Die Radachsen dreier spezieller Räder sind im Winkel von 120° angeordet. Alle drei sind angetrieben. Dadurch ist ohne Drehen eine Bewegung in alle Richtungen möglich. Diese Methode wird gerne bei "Fußball-Robotern" angewendet, da dadurch im Zentralrechner die Orientierung der Feldspieler nicht berücksichtigt werden muß.
Vier Räder
Bei vier Rädern gibt es verschiedene Montagemöglichkeiten der Räder.
Zum einen kann man alle Räder fest montieren, sodass die Bewegung der Räder beim Einlenken entfällt. Folglich bewegt der Roboter sich wie ein Panzer. Wenn man auf der Stelle drehen will, lässt man die Räder rechts und links vor und zurück drehen. Bei Kurven mit einem Radius x ist dem entsprechend der Abrieb der Räder groß, da die inneren Räder auch bei einem Differenizel (egal ob über Software oder Mechanik realisiert) seitlich über den Untergrund geschoben werden.
Die andere Möglichkeit ist das Einlenken der Räder nach der Ackermann-Lenkgeometrie. Dabei ist es egal, ob alle Räder eingelenkt werden oder nur die vorderen/hinteren.
Diese Variante mit vier Rädern wird wohl am ehesten angewendet werden, wenn ein RC-Modellauto zum Roboter umfunktioniert wird. Oder es wird ein flinker Off-Road-Flitzer angestrebt.
Fünf Räder ?
Das müßte man wohl eher als Drei-Rad mit doppelt ausgeführtem Nachlauf oder Antrieb sehen. Also ein Sattelschlepper mit ein-rädriger Zugmaschine
Sechs und mehr
- mit entsprechender Lenkgeometrie gilt alles, was auch für 4-Räder gilt
- oder die Räder sind nicht lenkbar, dann kommen wir in das Bereich der Gleiskettenfahrzeuge
Raupen
An jeder Seite des Fahrzeugs befinden sich unabhängig angetriebene Fahr-Ketten. Die Steuerung erfolgt eigentlich ähnlich wie bei den 2-Rad-Robbies mit Stützrad oder -rolle. Gerade für den Off-Road-Betrieb bei lockerem Untergrund und bei größerem Gewicht hat diese Bauweise sicher einige Vorzüge.
Beispiel Fertiggerät: CCRP5
oder Eigenbau mit Ketten-Chassis (Chassis Catwiesel Modell + RN-Boards)
Beine
Meistens werden die Gliedmaßen mit Servos bewegt. Dabei entsteht das Problem, daß dadurch auch das Gewicht des Vehikels auf den Servos lastet.
Und, die größte Herausforderung: Jede Detailbewegung muß aktiv gesteuert werden. Einige Überlegungen zu Beinen
Ein Bein (Monopode)
Ziemlich schwierige Sache. Nur Profis wagen sich an diese Sache heran, für alle anderen wird es ein Traum bleiben.
Zwei Beine (bipede)
siehe Humanoid
Drei Beine (Tripode)
Es kann sich immer nur ein Bein heben, denn sonst fällt der Bot um.
Vier Beine (Quadrupede)
Als Vorbilder dienen hier meist nicht die Wirbeltiere, sondern meist ist die Gestaltung doch echsenartig (Krokodil, Waran)
Sechs Beine (hexapode)
Es wird gerne mit Spinnen verglichen, obwohl die doch eigentlich acht Beine haben, aber das soll keinen stören.
Noch mehr Beine
- entweder wirklich spinnenartig, mit allen Vor- und Nachteilen, die diese Bauweise mit sich bringt
- Oder ganz anders, wie z.B. Raupen.
Spezialist für ....poden: Lynxmotion
Reptilien
Hier wird die Fortbewegung durch den gesamten Körper erreicht. Das ist sicher eine sehr spezielle Bauweise, die aber durch entsprechend gelenkigen Rumpf und Servos durchaus möglich erscheint. Auch für U-Boote wäre das denkbar, also dann Fisch-Roboter.
Wasserfahrzeuge
Schiffe
Motorboote geben wohl für die Robotik wenig her, aber bei Segelbooten gibt es für Kontroller einiges zu tun. Meistens beschränkt man sich auf Teil-Automatisierungen bei RC-Modellen.
U-Boote
Unterwasserfahrzeuge oder Tauch-Roboter sind eine sehr interessant Aufgabe. Gerne mit Videokamera(s) ausgestattet, eröffnet sich damit eine völlig neue Welt, die ohne teure Ausrüstung und Schulung dem Normalbürger (oder jugendlichem Bastler) vollkommen verschlossen wäre. Im RN Forum befindet sich ein Thread in welchem der Bau eines solchen Tauchroboters detailiert beschrieben wird. Natürlich ist es anspruchsvoll, ein Fahrzeug wirklich dicht zu bekommen. Es werden Dichtungen benötigt die je nach Tauchtiefe bis zu 10Bar aushalten müssen, berechnet wird nach der alten Faustformel: 1 Bar Druck = 10 Meter Tauchtiefe, 2 Bar = 20 Meter usw. Aber viel schwieriger ist es, mit und ohne Kabel eine Kommunikation zu einer Land-Station aufzubauen, über die auch das Video-Signal übermittelt werden kann, und ohne dem ist es natürlich nur der halbe Spaß. Originale U-Boote verwenden UKW-Frequenzen für den Funk, RC-Modelle werden mit einer 27Mhz Anlage gesteuert, leider sind (je nach Entfernung zum Sender) nur Wassertiefen von bis zu 5 Metern möglich. Je höher die Frequenz desto geringer die erreichbare Wassertiefe, 400Mhz schaffen gerade mal noch 50cm und bei 800Mhz sind nur noch schlappe 10cm erreichbar. Um einen solchen Bot an ein Kabel zu hängen werden häufig Multicore-Kabel eingesetzt, diese sind aber auch entsprechend teuer. Auch mit der Navigation ist es so eine Sache. GPS funktioniert unter Wasser nicht, und Trägheitsnavigation mit Beschleunigungsmessern ist mit der erforderlichen Genauigkeit auch eine beachtliche Rechenleistung.
Luftfahrzeuge
Luftschiffe
Nach dem Prinzip "Leichter als Luft" wären einige Lösungen möglich. Schließlich kann auch jeder Luftballon vom Jahrmarkt fliegen. Für Robotik-Anwendungen werden aber doch eher Luftschiffe mit mehr oder weniger starrem Körper gewählt, da doch mehr Bewegungskontrolle möglich ist. Die größte Schwierigkeit scheint es zu sein, ausreichende Mengen von nicht brennbarem (Edel-)Gas zu bekommen (zu menschlichen Preisen). Von Versuchen mit Wasserstoff muß dringend abgeraten werden
Flugzeuge
Technisch handelt es sich um Flugmodelle, wobei die Stabilisierung und -meist eingeschränkt- die Steuerung durch Kontroller erfolgt. Aber schon die Stabilisierung für sich ist äußerst anspruchsvoll. Es sind alle möglichen Raumlagen des Geräts zu erfassen, und das naturgemäß recht genau und recht schnell. Und auch die dann erforderlichen Maßnahmen müssen mit viel Feingefühl gesetzt werden. Verschärft wird alles durch das hohe Risiko der Zerstörung bei Abstürzen durch auch nur geringfügige Fehlfunktionen
Drehflügler (Hubschrauber)
Während Flächenflugzeuge bei gutmütiger Bauart noch eine gewisse Eigenstabilität haben, ist der Hubschrauberflug doch erst mit einiger Übung sicher zu beherrschen.
Darüber hinaus treffen die Aussagen, die bei Flugzeugen gemacht wurden, auch hier zu. Das dort genannte Risiko der Zerstörung ist allerdings nochmal höher, da die Geräte meist auch noch wesentlich teurer sind
Quadrokopter (Mikrokopter)
Diese Art des Luftfahrzeuges erfreut sich großer Beliebheit, da es durch die Anordnung von 4 Rotoren sehr präzise und leicht zu steuern ist. Auf jedenfall einen Blick wert!
Andere Fahrzeuge
Hovercraft
Letztlich könnte man solche Geräte den Landfahrzeugen zuordnen, aber sie können sich auf jedem Untergrund bewegen, der ausreichend eben ist. Auch Fahrzeuge, die mit dem "Ground Effekt" arbeiten, kann man dazurechnen, die sind aber doch am Besten für Wasseroberflächen geeignet. Schwierig ist es, Sensoren für die Odometrie zu wählen, da kein direkter Kontakt mit dem Untergrund da ist. Vielleicht findet sich aber einmal ein Weg, das Prinzip der "optischen Maus" irgendwie zu Anwendung zu bringen.
Stationäre Roboter
In diese Gruppe fällt wohl alles, was sich zwar nicht von der Stelle bewegt, trotzdem für seine Aufgaben aber Sensoren und Aktoren braucht.
Es können nur Beispiele angeführt werden
- Greifarme
Werden manchmal auch auf Fahrzeugen montiert.
- CD-Wechsler
- Plotter
- Aquarien- u. Terrariensteuerungen
