Sechsbeiner Snowball

Allgemeines

Der sechsbeinige Roboter SNOWBALL wurde im Jahr 2004 für Lehrzwecke entwickelt. Er ist dafür gedacht, den ziemlich wackligen RugWalker im RT-II-Labor zu ersetzen. Zusätzlich wird er für Projektarbeiten verwendet, die Studenten die Gelegenheit geben, ihre eigenen Hard- und Softwareerweiterungen zu erproben. Ein wesentlicher Grundgedanke bei der Entwicklung des Roboter war es, dass er (abgesehen vom Mikrocontroller) weitgehend aus günstigen Standardteilen bestehen sollte.

Systembeschreibung

Das Akronym SNOWBALL steht für "System (that can) Not Only Walk But Also roLL" , also ein System, das nicht nur laufen, sondern auch rollen kann. Dieser Name deutet auf den hybriden Fortbewegungsansatz hin. Es ist bekannt, dass die radbasierte Fortbewegung auf ebenem Untergrund sehr schnell und energieeffizient ist. Allerdings ist ebenfalls bekannt, dass Räder in unebenen oder strukturierten Umgebungen schnell an ihre Grenzen stoßen; hier sind Beine besser geeignet. Trotzdem verwenden die meisten mobilen Roboter nur eine dieser beiden Möglichkeiten. Es gibt zwar einige hybride Ansätze, doch haben diese meist einen relativ komplizierten Bewegungsapparat, der sich nicht mit der Zielsetzung eines einfachen, günstigen Roboters vereinbaren ließe. Die Lösung war ein Roboter mit Beinen, der zusätzlich mit passiven Laufrollen ausgestattet ist. So ist es möglich, dass der Roboter durch rauhes Gelaände läuft und sich, wenn er ebenen Untergrund erreicht, auf die Räder absenkt und mit einer beliebigen Anzahl von Beinen vorwärts stößt.

Die Beine des Roboters sind so aufgebaut, dass die Masse im Torso konzentriert ist. Zu diesem Zweck wurden alle Motoren zusammen mit den Akkumulatoren und den Rechen- und Steuereinheiten im Torso untergebracht.

Wie aus den Bildern ersichtlich ist, hat SNOWBALL zwölf Freiheitsgrade, also zwei pro Bein. Mit diesen ist es möglich, die Winkel für Ober- und Unterschenkel (in gewissen Grenzen) unabhängig voneinander vorzugeben. Mit Hilfe der inversen Kinematik, die in SNOWBALLs Software eingebaut ist, ist es auch möglich, die Fußtrajektorien direkt in einem kartesischen Koordinatensystem x-y vorzugeben, das in der sagittalen Ebene liegt. Um den Roboter Kurven laufen oder auf der Stelle wenden zu lassen, müssen für die linken und rechten Beine unterschiedliche bzw. entgegengesetzte Schrittgrößen vorgegeben werden. Es ist eine Vielzahl von statisch oder dynamisch stabilen Trajektorien möglich, aber bisher wurde nur der klassische Tripodgang implementiert.

Als Steuereinheit dient ein Freescale MPC555 Mikrocontroller, der die PWM-Signale zur Motoransteuerung direkt erzeugen kann und genug Anschlüsse für Erweiterungen zur Verfügung stellt.

Die Sensorik des Roboters besteht zur Zeit aus fünf Ultraschall- Entfernungssensoren, die in einem Messbereich von bis zu 8 m arbeiten können. Weiterhin wurde im Rahmen der Projektarbeit ein System zur odometrischen Bewegungsmessung entwickelt, dass darauf beruht, den Untergrund mit den Sensoren aus zwei optischen Mäusen abzutasten. Da diese Sensoren aber einen sehr konstanten Abstand zum Boden benötigen, sind sie in der bisher untersuchten Form nur zur Bewegungsmessung während des Rollbetriebs geeignet. Momentan sind die Maus-Sensoren noch nicht am echten Roboter angebracht, sondern nur an einem Erprobungsmodell.