Wie wählt man Motoren für einen Mars-Rover aus? Warum entscheiden sich immer mehr Robotikprojekte für Antriebslösungen von CubeMars?

Mars-Rover sind eine Art mobiler Roboter, die äußerst hohe Anforderungen an das Antriebssystem stellen.

Im Vergleich zu gewöhnlichen Radrobotern müssen Mars-Rover in komplexeren Umgebungen eingesetzt werden, wie zum Beispiel:

• Weicher sandiger Untergrund

• Schotterwege

• Unregelmäßige Hindernisse

• Langstreckenfahrten

• Gelände mit starken Steigungen

Diese Umgebungen stellen höhere Anforderungen an das Antriebssystem.

Eine hervorragende Antriebslösung für Mars-Rover muss nicht nur ein ausreichendes Ausgangsdrehmoment bereitstellen, sondern auch folgende Aspekte berücksichtigen:

• Hohe Drehmomentdichte

• Kompakte Bauweise

• Präzise Bewegungssteuerung

• Hohe Zuverlässigkeit

• Fähigkeit zum langfristig stabilen Betrieb

Daher konzentrieren sich Entwicklungsteams bei der Motorauswahl für einen Mars-Rover in der Regel nicht auf einen einzelnen Parameter wie maximales Drehmoment oder maximale Geschwindigkeit, sondern müssen umfassend bewerten, ob das gesamte Antriebssystem die Bewegungsanforderungen in komplexen Umgebungen erfüllen kann.

In den letzten Jahren haben immer mehr Robotikprojekte damit begonnen, hochintegrierte Roboteraktoren und leistungsstarke bürstenlose Motorlösungen einzusetzen. Darunter wurden CubeMars-Motorlösungen bereits bei Mars-Rovern, mobilen Robotern und anderen Roboterplattformen eingesetzt und liefern die Antriebsleistung für komplexe Bewegungssysteme.

Warum benötigen Mars-Rover spezielle Antriebsmotoren?

Mars-Rover verwenden typischerweise Mehrfach-Radantriebskonstruktionen, beispielsweise Konfigurationen mit vier, sechs oder sogar mehr Rädern.

Während des tatsächlichen Betriebs muss das Fahrzeug Folgendes bewältigen:

• Veränderungen des Bodenwiderstands

• Erhöhte Belastung beim Bergauffahren

• Stöße durch Hindernisse

• Gefahr des Durchdrehens der Räder

• Einschränkungen hinsichtlich Platz und Gewicht

Daher können Antriebsmotoren für Mars-Rover nicht einfach auf hohe Geschwindigkeitsleistung ausgelegt werden, sondern müssen sich auf die folgenden Aspekte konzentrieren.

1. Hohes Ausgangsdrehmoment: Gewährleistung der Geländegängigkeit auf komplexem Terrain

Mars-Rover müssen sich auf ihre Räder verlassen, um ausreichend Antriebskraft zu erzeugen und Folgendes zu überwinden:

• Eigengewicht

• Bodenreibung

• Hangwiderstand

• Hinderniswiderstand

Das Ausgangsdrehmoment am Rad wird normalerweise von den folgenden Faktoren beeinflusst:

Ausgangsdrehmoment = Motordrehmoment × Übersetzungsverhältnis × Übertragungseffizienz

Daher ist die Erhöhung des Ausgangsdrehmoments innerhalb eines begrenzten Bauraums eine wichtige Richtung bei der Entwicklung von Antriebssystemen für Roboter.

2. Hohe Drehmomentdichte: Mehr Leistung bei begrenztem Gewicht

Für Mars-Rover wirkt sich das Gewicht direkt auf Folgendes aus:

• Energieverbrauch

• Betriebsdauer

• Strukturelle Belastung

• Geländegängigkeit

Im Vergleich zur einfachen Vergrößerung des Motors kann eine Konstruktion mit hoher Drehmomentdichte eine höhere Ausgangsleistung bei kleinerem Volumen und geringerem Gewicht bereitstellen.

Dies ist auch ein wichtiger Grund dafür, dass hochintegrierte Antriebsmodule im Bereich der Robotik zunehmend Aufmerksamkeit erhalten.

3. Präzise Steuerung: Ermöglichung einer koordinierten Bewegung mehrerer Räder

Mars-Rover verfügen normalerweise über mehrere Antriebsräder.

Um eine stabile Fahrzeugbewegung zu gewährleisten, müssen die Motoren Folgendes bereitstellen:

• Positionsrückmeldung

• Geschwindigkeitsregelung

• Drehmomentregelung

• Fähigkeit zur Regelung geschlossener Bewegungsregelkreise

Eine präzise Rückmeldung kann das Steuerungssystem dabei unterstützen:

• Die Raddrehzahl anzupassen

• Durchdrehen zu reduzieren

• Die Fähigkeit zur Hindernisüberquerung zu verbessern

• Die Bewegungsstabilität zu verbessern

4. Hohe Zuverlässigkeit: Erfüllung der Anforderungen an einen langfristigen Betrieb

Mars-Rover, Mondfahrzeuge und mobile Außenroboter müssen typischerweise über lange Zeiträume hinweg betrieben werden.

Daher muss das Antriebssystem Folgendes bereitstellen:

• Stabile mechanische Struktur

• Gute Wärmeableitungsfähigkeit

• Zuverlässige Steuerungsleistung

• Fähigkeit zur kontinuierlichen Belastung

Wichtige Spezifikationen bei der Motorauswahl für Mars-Rover

1. Motordrehmoment

Das Drehmoment bestimmt, wie viel Antriebskraft der Roboter erzeugen kann.

Bei mobilen Robotern kann das Spitzendrehmoment dem System helfen, Folgendes zu bewältigen:

• Steigungen

• Plötzliche Belastungen

• Das Überwinden von Hindernissen

Bei der tatsächlichen Motorauswahl kann jedoch nicht nur das Spitzendrehmoment berücksichtigt werden; auch die kontinuierliche Ausgangsleistung muss berücksichtigt werden.

2. Übersetzungsverhältnis

Der Untersetzungsmechanismus bestimmt die Geschwindigkeit und das Drehmoment am Motorausgang.

Ein höheres Übersetzungsverhältnis kann im Allgemeinen Folgendes bieten:

• Höheres Ausgangsdrehmoment

• Bessere Fahreigenschaften bei niedriger Geschwindigkeit

Während ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis Folgendes bieten kann:

• Schnellere Reaktionsgeschwindigkeit

• Höhere Bewegungsgeschwindigkeit

Daher muss die Abstimmung entsprechend dem Fahrzeuggewicht, dem Raddurchmesser und der Zielgeschwindigkeit erfolgen.

3. Größe und Gewicht des Motors

Mars-Rover reagieren normalerweise sehr empfindlich auf Bauraum und Gewicht.

Herkömmliche Antriebssysteme können Folgendes erfordern:

• Motor

• Getriebe

• Encoder

• Treiber

Mehrere Komponenten werden separat installiert.

Diese Lösung erhöht:

• Die strukturelle Komplexität

• Die Montageanforderungen

• Das Systemgewicht

Daher sind hochintegrierte Roboteraktoren für eine zunehmende Anzahl von Projekten zur bevorzugten Lösung geworden.

Warum entscheiden sich Mars-Rover-Projekte für CubeMars-Motoren?

1. Hohe Drehmomentdichte: Starke Antriebskraft bei kompakter Größe

Herkömmliche Lösungen erfordern in der Regel:

Motor + Externes Getriebe + Encoder + Treiber

Diese Struktur kann zu Folgendem führen:

• Größerem Volumen

• Komplexerer Installation

• Höherem Systemgewicht

Im Gegensatz dazu verwendet die CubeMars AK-Serie ein integriertes Design, das mehrere Kernkomponenten integriert und dadurch kompaktere Roboterkonstruktionen ermöglicht.

Für Mars-Rover bedeutet dies:

• Weniger benötigter Einbauraum

• Geringeres Gesamtgewicht des Fahrzeugs

• Höhere Effizienz der Leistungsabgabe
  
  

Dies ist auch ein wichtiger Grund, warum Robotikteams CubeMars als Antriebslösung wählen.

2. Planetengetriebe-Untersetzungsstruktur: Ausgewogenes Verhältnis zwischen Drehmoment und Zuverlässigkeit

Mars-Rover müssen bei niedrigen Geschwindigkeiten und unter hohen Belastungen betrieben werden.

Die Planetengetriebe-Untersetzungsstruktur bietet Vorteile wie:

• Hohe Tragfähigkeit

• Hohe Übertragungseffizienz

• Kompakte Größe

• Relativ hohes Untersetzungsverhältnis

und weitere Vorteile.

Die CubeMars AK-Serie verwendet eine integrierte Planetengetriebe-Untersetzungsstruktur, die mobilen Robotern dabei helfen kann, ein höheres Ausgangsdrehmoment am Rad zu erreichen.

Zum Beispiel:

AK70-10 KV100 verwendet eine Planetengetriebe-Untersetzungsstruktur mit einem Übersetzungsverhältnis von 10:1, wodurch die Ausgangsleistung verbessert wird, während die dynamische Reaktion erhalten bleibt. Damit eignet sich das Produkt für Anwendungen wie Roboterachsen und mobile Roboter.

3. Präzise Steuerung: Erfüllung der Anforderungen an koordinierte Bewegungen mehrerer Räder

Mars-Rover müssen sich nicht nur „bewegen“, sondern sich auch „präzise bewegen“.

CubeMars-Motoren unterstützen mehrere Steuerungsmethoden, darunter:

• Positionssteuerung

• Geschwindigkeitssteuerung

• Drehmomentsteuerung

• MIT-Steuerungsmodus

Gleichzeitig sind hochpräzise Encoder integriert, um eine Echtzeit-Bewegungsrückmeldung zu ermöglichen.

Bei einem sechsrädrigen Mars-Rover kann eine präzise Rückmeldung dabei helfen:

• Die Raddrehzahlen zu synchronisieren

• Die Fähigkeit zur Hindernisüberquerung zu verbessern

• Durchdrehen zu reduzieren

• Die Bewegungsstabilität zu verbessern

CubeMars treibt den Mars-Rover von RoboTeam Twente an

Einführung in das Mars-Rover-Projekt von RoboTeam Twente

Um einen Mars-Rover zu entwickeln, der sich an komplexe Geländeformen anpassen kann, wählte RoboTeam Twente CubeMars-Motoren als Antriebslösung für den Roboter.

RoboTeam Twente ist ein interdisziplinäres studentisches Robotikteam aus den Niederlanden, das aus Studierenden der University of Twente und der Saxion University of Applied Sciences besteht. Die Teammitglieder decken mehrere Fachbereiche ab, darunter mechanische Konstruktion, elektronische Systeme, Embedded-Steuerung, Softwareentwicklung und künstliche Intelligenz. Das Team widmet sich der Entwicklung fortschrittlicher Robotersysteme und der Teilnahme an internationalen Rover-Wettbewerben.

Im Mars-Rover-Projekt muss der Roboter Herausforderungen bewältigen, die denen realer planetarer Erkundungsmissionen ähneln, darunter:

• Bewegung in komplexem Gelände

• Autonome Navigation

• Umwelterkundung

• Ausführung von Roboteraufgaben

   

Daher muss das Antriebssystem gleichzeitig Folgendes bereitstellen:

• Hohes Ausgangsdrehmoment

• Kompakte Struktur

• Stabile Steuerung

• Langfristige Betriebszuverlässigkeit

Diese Anforderungen machen die Auswahl von Motoren und Aktoren zu einem wichtigen Bestandteil der Projektentwicklung.

Aktorkombinationen mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung und Reaktionsfähigkeit

Während des Betriebs stellen die unterschiedlichen Bewegungsanforderungen des Mars-Rovers unterschiedliche Anforderungen an das Antriebssystem.

Zum Beispiel bei:

• Bergauffahrten
• Weichem Untergrund
• Schotterhindernissen

und anderen Situationen benötigt der Roboter ein höheres Ausgangsdrehmoment;

Während bei der Durchführung von:

• Geschwindigkeitsanpassung
• Präziser Bewegungssteuerung
• Koordiniertem Betrieb mehrerer Räder

Aufgaben eine bessere dynamische Reaktionsfähigkeit erforderlich ist.

Daher setzte RoboTeam Twente eine Kombination aus CubeMars-Aktoren mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen ein, um je nach den unterschiedlichen Leistungsanforderungen ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung und Flexibilität zu erreichen.

AK45-36 KV80: Hohes Übersetzungsverhältnis und starke Ausgangsleistung

CubeMars AK45-36 KV80 verwendet ein Übersetzungsverhältnis von 36:1.

Ein höheres Übersetzungsverhältnis kann das Ausgangsdrehmoment effektiv erhöhen und dem Roboter dadurch eine stärkere Antriebsfähigkeit bei niedriger Geschwindigkeit sowie eine höhere Tragfähigkeit verleihen.

Für den Mars-Rover muss das Fahrzeug beim Betrieb in komplexen Umgebungen Folgendes überwinden:

• Bodenwiderstand
• Hanglasten
• Stöße durch Hindernisse

Daher ist ein hohes Ausgangsdrehmoment sehr wichtig, um die Geländegängigkeit des Roboters zu verbessern.

Die Eigenschaften des AK45-36 KV80 machen ihn für Antriebsszenarien geeignet, die eine starke Leistungsabgabe erfordern, und bieten dem Rover eine stabile und zuverlässige Bewegungsunterstützung.

AK70-10 KV100: Ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistungsabgabe und dynamischer Reaktionsfähigkeit

CubeMars AK70-10 KV100 verwendet ein Übersetzungsverhältnis von 10:1.

Im Vergleich zu Lösungen mit höherem Übersetzungsverhältnis kann ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis Folgendes bieten:

• Schnellere Reaktionsgeschwindigkeit
• Flexiblere Bewegungssteuerung
• Bessere dynamische Leistung

Bei mobilen Robotern erfordert nicht jede Situation das maximale Drehmoment.

Bei Anwendungen, die eine schnelle Anpassung des Bewegungszustands und eine größere Steuerungsflexibilität erfordern, kann der AK70-10 KV100 eine bessere dynamische Leistung bieten.

Projektvideo:

Warum wählt RoboTeam Twente CubeMars-Motoren?

1. Hohes Ausgangsdrehmoment erfüllt die Anforderungen an Bewegungen in komplexem Gelände

Während des Betriebs muss der Mars-Rover Folgendes bewältigen:

• Sand

• Schotter

• Steigungen

• Unebenen Untergrund

Im Vergleich zu gewöhnlichen mobilen Robotern stellt der Rover höhere Anforderungen an die Leistung am Rad.

CubeMars AK-Serien-Aktoren kombinieren bürstenlose Motoren mit Planetengetriebe-Untersetzungsstrukturen und helfen mobilen Robotern, durch ein höheres Ausgangsdrehmoment eine stärkere Antriebskraft zu erzielen und gleichzeitig eine kompakte Größe beizubehalten.

Für Rover-Projekte kann diese Konstruktion mit hoher Drehmomentdichte dem Roboter dabei helfen, innerhalb eines begrenzten Bauraums stärkere Bewegungsfähigkeiten zu erreichen.

2. Hochintegriertes Design reduziert die Schwierigkeit der Systementwicklung

Herkömmliche Antriebslösungen für Roboter erfordern normalerweise eine separate Auswahl von:

• Motor

• Untersetzungsgetriebe

• Encoder

• Treiber

Anschließend werden die mechanische und steuerungstechnische Abstimmung durchgeführt.

Für studentische Robotikteams oder Forschungsprojekte erhöht dies:

• Den Aufwand für die mechanische Konstruktion

• Die Debugging-Zeit

• Die Schwierigkeit der Systemintegration

CubeMars-Roboteraktoren integrieren wichtige Bewegungskomponenten, darunter:

• Bürstenloser Motor

• Untersetzungsmechanismus

• Encoder

• Antriebssteuerung

Dadurch wird eine modularere Antriebslösung bereitgestellt.

Dieses Design kann dem Team helfen, sich stärker auf Folgendes zu konzentrieren:

• Strukturdesign des Rovers

• Entwicklung von Steuerungsalgorithmen

• Autonome Navigationssysteme

Anstatt einen großen Teil der Zeit mit der Lösung grundlegender Probleme bei der Antriebsintegration zu verbringen.

3. Präzise Steuerung verbessert die Bewegungsstabilität des Rovers

Mars-Rover verwenden typischerweise mehrere Antriebsräder für koordinierte Bewegungen.

In komplexen Umgebungen muss der Roboter in Echtzeit Folgendes anpassen:

• Raddrehzahl

• Ausgangsdrehmoment

• Bewegungszustand

CubeMars-Aktoren unterstützen eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis und liefern durch Encoder-Rückmeldung Echtzeit-Bewegungsinformationen, sodass das Steuerungssystem eine präzisere Bewegungssteuerung erreichen kann.

Dies ist für Rover, die komplexe Geländeverfahren durchführen müssen, sehr wichtig.

Für welche Robotertypen eignen sich CubeMars-Antriebslösungen?

Neben Mars-Rovern eignen sich CubeMars-Motoren und -Aktoren auch für:

1. Mobile Roboter

Zum Beispiel:

• UGVs

• Inspektionsroboter

• Außenroboter

2. Industrieroboter

Zum Beispiel:

• AGVs

• Automatisierungsanlagen

• Intelligente Logistikroboter

3. Hochleistungsroboter

Zum Beispiel:

• Humanoide Roboter

• Vierbeinige Roboter

• Roboterarme

Wie wählt man den richtigen Motor für einen Mars-Rover aus?

Bei der Auswahl eines Motors für einen Mars-Rover können Sie die folgenden Schritte befolgen:

1. Das Gewicht des Roboters bestimmen

Einschließlich:

• Fahrzeugkörper

• Batterie

• Nutzlast

• Mechanische Struktur

2. Die Radparameter bestimmen

Einschließlich:

• Raddurchmesser

• Reifentyp

• Kontaktfläche

3. Das erforderliche Drehmoment berechnen

Berücksichtigen Sie:

• Maximale Steigung

• Bodenwiderstand

• Maximale Belastung

4. Das Übersetzungsverhältnis abstimmen

Entsprechend:

• Geschwindigkeitsanforderungen

• Drehmomentanforderungen

• Dynamische Reaktionsfähigkeit

Wählen Sie die passende Lösung aus.

5. Die Steuerungsanforderungen bestätigen

Wählen Sie:

• Geschwindigkeitssteuerung

• Positionssteuerung

• Drehmomentsteuerung

Fazit

Bei der Motorauswahl für einen Mars-Rover geht es nicht einfach darum, einen Motor mit dem maximalen Drehmoment zu finden, sondern darum, das beste Gleichgewicht zwischen Leistungsfähigkeit, Baugröße, Gewicht, Steuerungspräzision und der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems zu finden.

Bei komplexen mobilen Robotern wie Mars-Rovern bestimmt das Antriebssystem nicht nur, ob sich der Roboter bewegen kann, sondern beeinflusst auch seine Geländegängigkeit, Stabilität und Gesamtleistung in realen Einsatzumgebungen.

CubeMars hat durch die Kombination von:

• Leistungsstarken bürstenlosen Motoren

• Planetengetriebe-Untersetzungsmechanismen

• Encoder-Rückmeldung

• Flexiblen Steuerungsmethoden

hochintegrierte Bewegungssteuerungslösungen für Roboteranwendungen entwickelt und bietet zuverlässige Antriebsunterstützung für Mars-Rover, UGVs, mobile Roboter und andere intelligente Roboterplattformen.

Die Anwendung der RoboTeam Twente Mars-Rover-Projekts demonstriert den praktischen Wert der CubeMars-Antriebslösung im Bereich der robotergestützten Exploration. Für Teams, die Projekte mit Mars-Rovern, Mondfahrzeugen, unbemannten mobilen Plattformen oder Forschungsrobotern entwickeln, ist die Auswahl geeigneter Robotermotoren und Aktorlösungen ein wichtiger Schritt zur Verbesserung der Systemleistung und zur Verkürzung des Entwicklungszyklus.

In Zukunft werden leistungsstarke, hochintegrierte und einfach einzusetzende Antriebssysteme mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Robotik eine zunehmend wichtige Rolle in der planetaren Exploration, der industriellen Automatisierung und der autonomen mobilen Robotik spielen.

CubeMars engagiert sich dafür, zuverlässige Antriebslösungen für Roboterentwickler weltweit bereitzustellen und Robotern stärkere Bewegungs- und Erkundungsfähigkeiten zu ermöglichen.