Einführung in die Robotik Aktoren. Mohamed Oubbati Institut für Neuroinformatik. Tel.: (+49) 731 / mohamed.oubbati@uni-ulm.de

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1 Einführung in die Robotik Aktoren Mohamed Oubbati Institut für Neuroinformatik Tel.: (+49) 731 / mohamed.oubbati@uni-ulm.de

2 Während Sensoren eine physikalische Größe in elektrischen Signal umwandeln, machen Aktoren (Aktuatoren) genau das Gegenteil und wandeln elektrische Signale in eine andere Energieform um. Elektrisches Signal Aktor Mechanische Arbeit

3 Um Vorwärts/Rückwärts fahren und sich drehen zu können, braucht der mobile Roboter Motoren + Räder Aktor=Motor+Rad

4 In dieser Vorlesung betrachten wir die folgenden Fragen: 1. Wie steuert man einen Motor? 2. Was ist ein Rad? 3. Unter welchen Vorraussetzungen finden Bewegungen statt?

5 Wie steuert man einen Motor?

6 Motoren Um einen Motor zu steuern, gibt es gibt 3 Punkte zu beachten: 1. Energie: Ein Motor kann nicht direkt durch einen Mikrocontroller angetrieben werden, da dieser (meistens) nicht genügend Strom liefert. 2. Drehrichtung. 3. Geschwindigkeit: Ein Mikrocontroller kann nur die Steuersignale 1 oder 0 senden, d.h. entweder eine maximale Geschwindigkeit oder gar keine!

7 Motoren Wie steuert man einen Motor? Energie & Drehrichtung Man baut eine Verbindungsschaltung, so dass die Energie für den Motor von einer anderen Spannungsquelle kommt. Der Mikrocontroller sendet nur die Steuersignale. Mikrocontroller H-Brücke

8 Motoren Wie steuert man einen Motor? Geschwindigkeit Um die Geschwindigkeit des DC Motors zu regulieren, muss man Die Pulsweitenmodulation (engl. Pulse Width Modulation, abgekürzt PWM) nutzen. Bei der PWM wird die Ein- und Ausschaltzeit eines Rechtecksignals bei fester Grundfrequenz variiert. Je länger die Einschaltdauer, desto schneller dreht sich der Motor. dietafel

9 Das Rad

10 Das Rad Größen des Standartrades r : Rad Radius v : Translationsgeschwindigkeit w r v w : Rotationsgeschwindigkeit θ Y a : Rotationsvector : Lenkwinkel y axis x axis a x axis θ X

11 Das Rad Klassifikation I Holonomic Wheels (Omniwheels or multi-directional wheels) Nonholonomic Wheels (Mecanum) Passive Räder

12 Das Rad Klassifikation II Aktives Rad (angetriebenes Rad) Passives Rad (Stützrad) Gelenktes Rad Ungelenktes Rad

13 Unter welchen Vorraussetzungen finden Bewegungen statt? Antriebskonzepte

14 Antriebskonzepte Für alle verlängerten Rotationsvektoren der Räder muss ein gemeinsamer ICC (Instantaneous Center of Curvature) existieren. Rad ICC

15 Antriebskonzepte Antriebskonzepte - Differentialantrieb - Dreiradantrieb - Ackermannlenkung - SynchroDrive - Omnidrive - Laufmaschinen

16 Antriebskonzepte Differentialantrieb Stützrad Dieses besteht aus zwei angetriebene Räder auf einer Achse mit einem oder zwei passiv mitlaufenden Stützrädern, die sich frei drehen können. v l Zwei (Nonholonomic) angetriebene Räder liegen auf derselben Achse und werden getrennt angetrieben robot v r

17 Antriebskonzepte Differentialantrieb Einfache Konstruktion Einfache Steuerung Auf der Stelle drehbar Hohes Moment für Kurvenfahrt Schwierige Positionsbestimmung Sehr starke Reibung auf dem Boden

18 Antriebskonzepte Dreiradantrieb Der mobile Roboter ist mit 2 angetriebenen Räder und ein gelenkten Rad ausgestattet ICC v l Die verlängerten Rotationsvectoren aller Räder müssen in einem Mittelpunkt (ICC: InstantaneousCenter of Curvature) schneiden. robot v r

19 Antriebskonzepte Dreiradantrieb Sehr gute Spurtreue Der Roboter kann nicht auf der Stelle drehen. Aufwändige Konstruktion

20 Antriebskonzepte Ackermannlenkung Der mobile Roboter hat eine Lenkung wie die von Autos bekannte Lenkung.

21 Antriebskonzepte Ackermannlenkung Beim Lenken werden die vorderen Räder um den gleichen Winkel eingelenkt. Bei PKW und LKW wird das innere Rad stärker gelenkt als das äußere Rad. Dies ist notwendig um sich die verlängerten Achsschenkel aller Räder in einem Mittelpunkt (ICC) zu schneiden. Damit haben die Räder den geringsten Rollwiderstand. ICC

22 Antriebskonzepte SynchroDrive Drei oder mehr angetriebene Räder werden synchron gelenkt

23 Antriebskonzepte SynchroDrive Beispiel

24 Antriebskonzepte Omnidrive Passive Räder Omnidrive Omniwheel Wenn der Roboter sich in eine Richtung bewegt, drehen sich die passive Räder und minimieren somit den Reibungswiderstand des Rads.

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26 Antriebskonzepte Omnidirectional Beweglichkeit Ebene Oberflächen Keine aktive Lenkung

27 Antriebskonzepte Laufmaschinen

28 Antriebskonzepte Laufmaschinen Sehr flexible Fortbewegung auf eine Gelände. Kompliziert zu bauen Energieversorgung schwierig. Kompliziert zu steuern.

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30 Student project, Bachelor and Master/Diplom

31 Being a part of our humanoid robot team (as student project, Bachelor and Master/Diplom) We are looking for enthusiastic students that help us improving the capabilities of our humanoid robot platform: Integration of a Raspberry pi Acoustic sensors Wireless Camera Motion Control Human-Robot Interaction Simulator Contact: Oubbati (Office: O27/3406 Tel.: / ) Institut für Neuroinformatik - Forschungsgruppe: Neurobotik

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