Im Bereich der Robotik ist das Chassis der Grundstein für seine Mobilität und Umweltanpassungsfähigkeit. Ein gut konstruiertes Fahrwerk bewältigt nicht nur komplexes Gelände, sondern ist auch eine Voraussetzung für präzise Steuerung und anspruchsvolle Anwendungen.
Am Beispiel eines Raupenfahrwerks muss ein hervorragendes Raupenfahrwerksdesign drei Grundprinzipien entsprechen: Geländeanpassungsfähigkeit, Bewegungsstabilität und umfassende Erweiterbarkeit. Diese drei sind miteinander verbunden und bilden zusammen die Gesamtleistung des Chassis.
Mehrere von Huaner herausgebrachte Raupenfahrwerke mit Federungssystemen wurden aufgrund ihrer hervorragenden Leistung von Studenten, Ingenieuren und Robotik-Enthusiasten gut angenommen. Heute nehmen wir Huaners Raptor-Raupenfahrwerk als Beispiel, um die wichtigsten Konstruktionspunkte eines hervorragenden Raupenfahrwerks sowohl aus akademischer als auch aus technischer Praxisperspektive eingehend zu analysieren.
Hoch-Elastisches Torsionsfeder-Aufhängungssystem Wenn ein Fahrgestell einer Radaufhängung oder ungleichmäßigem Bodendruck ausgesetzt ist, verliert es an Traktion und Stabilität. Die Innovation von Raptor liegt in seinem patentierten Design-dem hochelastischen-Torsionsfeder-Aufhängungssystem. Das Herzstück dieses Systems ist ein Torsionsfeder-Schwingarmmechanismus auf Basis von hoch-elastischem Kohlenstoffstahl. Wenn ein Straßenrad auf ein Hindernis trifft und angehoben wird, zwingt der Schwingarm die Torsionsfeder zu einer elastischen Verformung. Dieses Verfahren bringt drei wesentliche Vorteile mit sich:
Passive Anpassung: Das System stellt passiv sicher, dass alle Straßenräder so gleichzeitig wie möglich Kontakt mit dem Boden haben, wodurch die Kontaktfläche vergrößert und die Stabilität verbessert wird, ohne dass Sensoren oder Steuerungen erforderlich sind.
Energiespeicherung und -abgabe: Die Torsionsfeder absorbiert die Aufprallenergie, wenn sie zusammengedrückt wird, und prallt sanft zurück, wenn sie losgelassen wird. Dadurch werden Stöße vom Boden effektiv absorbiert und abgefedert und die oben montierten Präzisionssensoren wie LiDAR, Tiefenkameras und der Hauptcontroller geschützt.
Aufrechterhaltung der Traktion: In unwegsamem Gelände bedeutet die ständige Kontaktierung mehrerer Räder mit dem Boden, dass die Kraft kontinuierlich und effektiv auf den Boden wirken kann, wodurch Schlupf und Leistungsverlust aufgrund der Federung verhindert werden.
Dieses Design verwandelt das Raptor-Chassis von einer starren Struktur in ein flexibles System, das das Gelände „erkennen“ und „anpassen“ kann, wodurch seine Passierbarkeit in unebenen Straßenumgebungen erheblich verbessert wird.
Differentialbetrieb und präzise Steuerung: Der Raptor verwendet eine klassische Differentialantriebsstruktur. Die beiden Gleise werden von unabhängigen Hochpräzisions-Encodermotoren angetrieben und bilden so ein Regelsystem mit geschlossenem Regelkreis. Der Controller kann die genaue Geschwindigkeit und den Winkel des Motors in Echtzeit kennen und so ungewöhnliche Situationen wie Schlupf ausgleichen. Vorwärtsbewegung, Rückwärtsbewegung und Drehung in einen beliebigen Radius werden durch die Steuerung des Geschwindigkeitsunterschieds zwischen den beiden Ketten erreicht.
Um ein Verrutschen zu verhindern, verwendet Raptor rutschfeste Nylonketten mit gezahntem Design, die den Boden effektiv greifen und so für mehr Traktion sorgen. Das ineinandergreifende Design der Antriebsräder und Raupen des Fahrgestells sorgt für eine effiziente Kraftübertragung und verhindert Entgleisungen. Kugelgelagerte Straßenräder reduzieren den Fahrwiderstand erheblich und sorgen für eine reibungslose Kraftübertragung auf den Boden.
Ermöglichen erweiterter Anwendungen
Ein hervorragendes Chassis ist nicht nur eine mobile Plattform, sondern auch eine Plattform für Sensoren und Intelligenz. Das Design von Raptor berücksichtigt dies vollständig.
Es kann Erweiterungszubehör wie LiDAR, Tiefenkameras und Roboterarme tragen. Seine stabilen und stoßfesten Eigenschaften bieten eine qualitativ hochwertige Datenerfassungsgrundlage für LiDAR- und Tiefenkameras, die eine Voraussetzung für hochpräzise Kartierung und dynamische Hindernisvermeidung ist. Präzise Informationen zum Kilometerzähler, die durch hochpräzise Encoder und ein robustes Chassis bereitgestellt werden, ermöglichen es dem Fahrzeug, akkumulierte Fehler zu reduzieren und eine geschlossene Schleifenerkennung bei der SLAM-Kartierung und -Navigation zu erreichen.
Da Raptor ein gutes Gleichgewicht zwischen Stabilität, Genauigkeit und Anpassungsfähigkeit erreicht, wird es häufig in Huaners Robotern eingesetzt, beispielsweise im MentorPi-T1-Tracking-Roboter und im LanderPi-T1-Hybridroboter. Es bietet eine zuverlässige und leistungsstarke mobile Plattform für ROS2-Lernen, KI-Anwendungsentwicklung und hochrangige -Embodied-Intelligence-Forschung.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung eines guten Raupenfahrwerks ein systemtechnisches Projekt ist, das weit über den bloßen Zusammenbau von Teilen hinausgeht. Es erfordert nicht nur eine präzise Differenzialsteuerung und rutschhemmende Getriebekomponenten mit hoher{2}Steifigkeit, sondern auch ein Aufhängungssystem zur Bewältigung komplexer Geländebedingungen sowie eine umfassende Integration mit Sensoren auf der oberen Ebene und intelligenten Algorithmen, um sein volles Potenzial auszuschöpfen.
