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Bei der Erkundung komplexer Gelände und Inspektionsaufgaben in engen Räumen entscheidet die Manövrierfähigkeit des Fahrwerks häufig über den Erfolg der Mission. In diesem Video präsentieren wir das repräsentative Legacy V2 Vier-Rad-Einzel-Lenk-Explorationsfahrzeug.
Das Fahrwerk basiert auf einer innovativen 4WS4WD-Architektur (Vier-Rad-Lenkung und Vier-Rad-Antrieb) und integriert CubeMars AK Serien-Aktuatormodule als zentrale Antriebs- und Bewegungssteuerungseinheiten. Dadurch werden omnidirektionale Bewegungsfähigkeiten wie Drehung auf der Stelle mit Null-Radius und seitliche Translation realisiert, was maximale Flexibilität für spezielle Erkundungsanwendungen bietet.
Traditionelle mobile Roboterfahrwerke wie Ackermann-Lenkung, Skid-Steering oder Differentialantriebssysteme zeigen in offenen Umgebungen gute Leistung. In engen Korridoren, dicht strukturierten Rohrsystemen oder komplexen Trümmerfeldern treten jedoch deutliche Einschränkungen auf:
Großer Wendekreis:Konventionelle Fahrwerke können in engen Räumen keine effizienten Wendemanöver oder Lagekorrekturen durchführen und neigen zu Blockaden oder Kollisionen.
Fehlende Querbewegungsfähigkeit: Seitliche Bewegungen sind mit klassischen Systemen nicht direkt möglich. Präzise Positionierungen, etwa beim Andocken oder bei Inspektionspunkten, erfordern mehrfaches Rangieren und Rückwärtsfahren, was die Effizienz reduziert.
Hohe Anforderungen an Mehr-Achsen-Koordination:Für echte omnidirektionale Bewegung muss jedes Rad unabhängig sowohl Antrieb als auch Lenkung übernehmen. Dies stellt extrem hohe Anforderungen an Reaktionsgeschwindigkeit und Synchronisationsgenauigkeit der Motoren.
Um diese physikalischen Einschränkungen zu überwinden, hat das Legacy V2 Entwicklungsteam jedes Radmodul mit CubeMars AK Serienmotoren ausgestattet und ein hochflexibles Vier-Rad-Einzel-Lenksystem realisiert.
Die wichtigsten Vorteile im System sind:Hohe Leistungsdichte für perfekte Integration in Radmodule: Vier-Rad-Einzel-Lenkung erfordert, dass jedes Radmodul sowohl Antriebs- als auch Lenkmechanismen integriert, wodurch der Bauraum stark begrenzt ist.CubeMars AK Motoren integrieren bürstenlosen Motor, Getriebeeinheit und Treiber in einer hochkompakten Struktur und liefern gleichzeitig hohes Drehmoment. Diese hohe Leistungsdichte ermöglicht eine einfache Integration in Radmodule, ohne die ungefederten Massen wesentlich zu erhöhen, und verbessert dadurch die Geländegängigkeit und Fahrdynamik.
Präzise Positions- und Geschwindigkeitsregelung für Mehr-Achsen-Synchronisation: Die Kernalgorithmen der omnidirektionalen Bewegung (z. B. Crab-Walk oder Rotation auf der Stelle) basieren auf kinematischen Berechnungen. Entscheidend für die physische Umsetzung ist jedoch die exakte Synchronisation von Lenkwinkeln und Raddrehzahlen. CubeMars Motoren verfügen über integrierte hochauflösende Encoder, unterstützen hochfrequente CAN-Bus-Kommunikation und nutzen FOC-Regelalgorithmen. Dadurch können Positions- und Geschwindigkeitsbefehle der übergeordneten Steuerung mit minimaler Latenz präzise ausgeführt werden, was eine stabile und flüssige Bewegung gewährleistet.
Starke Offroad-Fähigkeit und Lastverhalten: Als Erkundungsfahrzeug muss das System nicht nur „intelligent bewegen“, sondern auch zuverlässig funktionieren. Die AK Serie bietet hohe Überlastfähigkeit und Stoßfestigkeit. Selbst in unstrukturierten Umgebungen wie Schlamm, Schotter oder schwierigem Gelände liefert sie kontinuierlich stabile Leistung für das Vier-Rad-Einzel-Lenksystem.
Im Video sehen Sie die fortschrittliche Beweglichkeit des mit CubeMars Motoren ausgestatteten Legacy V2 Fahrzeugs:
Seitwärtsbewegung (Crab-Walk-Modus): Alle vier Räder werden auf denselben Lenkwinkel gestellt, sodass sich das Fahrzeug seitlich bewegt, ohne seine Fahrtrichtung zu ändern.
Rotation auf der Stelle (Null-Radius): Die vier Räder richten sich symmetrisch aus und ermöglichen eine präzise Rotation um die eigene Achse, ähnlich einem Kreisel.
Diagonalfahrt und flexible Hindernisvermeidung: Das System passt dynamisch jeden Lenkwinkel an und navigiert effizient durch komplexe Hindernisse entlang optimierter Trajektorien.
Q1: Welche Anforderungen gelten für Motoren in einem 4WS-Fahrwerk?
A: Die größte Herausforderung liegt in der Entkopplung und Synchronisation von Lenkung und Antrieb.
Erforderlich sind:
Sehr schnelle dynamische Reaktionsfähigkeit
Präzise geschlossene Positionsregelung
Hochfrequente Kommunikationsschnittstellen (z. B. CAN FD oder High-Speed CAN)
Dadurch wird verhindert, dass die Aktoren zum Flaschenhals bei komplexen kinematischen Berechnungen werden.
Die CubeMars AK Serie ist speziell für solche fortschrittlichen Fahrwerksanwendungen entwickelt.
Q2: Für welche Anwendungen eignet sich ein solches omnidirektionales Fahrwerk?
A: Besonders geeignet für Szenarien mit hoher Mobilitätsanforderung in engen Räumen:
Inspektionsroboter in Pipelines, Schiffsräumen oder Lagerregalen
Spezialisierte Rettungs- und Katastrophenerkundungsfahrzeuge
Landwirtschaftliche Ernteplattformen in Obstplantagen
Forschung und Validierung von Mehr-Achsen-Fahrdynamik in Universitäten und Instituten
Ob Vier-Rad-Einzel-Lenkfahrzeuge, Mecanum-AGVs oder komplexe Spezialroboterplattformen – CubeMars bietet hochintegrierte und schnell reagierende Miniatur-Antriebslösungen.
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