Wie fischertechniker Mecanum- und Omniwheels konstruieren.

Autonome mobile Roboter operieren häufig unter beengten Verhältnissen oder müssen sehr präzise bewegt und positioniert werden. Dafür sind „klassische“ Vierradantriebe meist weniger geeignet, da sie platz- und zeitaufwändige Rangierbewegungen erfordern. Mobile Roboter werden daher manchmal auf Schienen gesetzt – oder aber mit einem Raupenantrieb ausgestattet bzw. mit zwei Antriebs- und einem Stützrad versehen (so auch der fischertechnik-Buggy aus dem Jahr 1983). Raupen- und „Dreirad“-Antriebe erlauben den Robotern, auf der Stelle zu drehen.

Es gibt allerdings noch eine weitere Möglichkeit, die Beweglichkeit eines mobilen Roboters zu maximieren: Durch die Verwendung spezieller Räder, die bei Stillstand nicht blockieren, sondern Bewegungen abweichend von der Laufrichtung zulassen. Dazu wird die Lauffläche des Rads durch im 45°-Winkel angeordnete Rollen ersetzt. Mit solchen Rädern ausgestattete Roboter können die Fahrtrichtung ohne Lenkung ändern.

Mecanum-Rad (Patentschrift)
Mecanum-Rad aus der Patentschrift von Bengt Ilon (1975)

Erfunden und am 13.11.1972 als Patent eingereicht wurden diese Räder von dem schwedischen Ingenieur Bengt Erland Ilon (1923-2008); sie werden nach dem Namen des Unternehmens von Ilon auch als Mecanum-Räder bezeichnet. Sie haben den Vorteil, dass sie einfach anstelle der „normalen“ Räder montiert werden können. Solche Räder lassen sich auch mit fischertechnik konstruieren.

Mecanum-Rad 6-fach mit Seilrollen
fischertechnik-Mecanum-Rad mit sechs Rollen aus je zwei Seilrollen

Einen mit fischertechnik-Mecanum-Rädern ausgestatteten Roboter hat Fredy 2012 entwickelt und in einem Video dokumentiert.

Von Richard stammt eine schon deutlich elegantere 3D-Druck-Lagerung für die fischertechnik-Seilrollen (zu finden auf thingiverse):

3d-druck-lager-fuer-mecanum-omniwheel

Thomas Püttmann hat eine sehr elegante Variante mit sechs V-Rädern 14 vorgeschlagen:

Mecanum-Omniwheel Thomas Püttmann

Alle diese Varianten haben jedoch  noch einen hohen „Hoppelfaktor“ durch die Begrenzung auf sechs Räder, die die Drehscheibe 60 mit ihren sechs Nuten mit sich bringt. Inzwischen hat fischertechnik ein eigenes Mecanum-Rad entwickelt – mit acht Rollen. Es kommt komplett ohne Schrauben aus, und die Rollen lassen sich sogar um 45° drehen, sodass keine zwei Varianten von Mecanum-Rädern für die Ausstattung eines Fahrzeugs benötigt werden:

Mecanum-Wheel fischertechnik

Ein dem Mecanum-Rad sehr ähnliches Konzept, bei dem die Lauffläche aus nicht diagonal, sondern orthogonal zur Laufrichtung ausgerichteten Rollen besteht, wurde sechs Monate vor dem „Mecanum-Wheel“, am 17.04.1972, von Josef F. Blumrich (1913-2002), einem Mitarbeiter der NASA, als „Omniwheel“ zum Patent eingereicht.

Omniwheel (aus Patentschrift)
Omniwheel aus der Patentschrift von J. Blumrich (1974)

Auch ein solches Omniwheel („Allseitenrad“) lässt sich mit fischertechnik konstruieren – entweder mit V-Rädern 14 oder mit V-Rädern 23.

Mit dem Z30-Innenzahnrad kann man die Zahl der Räder sogar auf 12 verdoppeln, wie Thomas Püttmann gezeigt hat – da hoppelt nicht mehr viel:

Omniwheel Thomas Püttmann

Dieselbe Idee hatte Julián Dávila im Jahr 2009 – das Ergebnis kann man im folgenden Video bewundern:

Wer einen in alle Richtungen beweglichen Roboter konstruieren möchte, ist daher nicht auf fischertechnik-fremde Spezialteile angewiesen – das gelingt auch mit „Hausmitteln“.

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