Mechanik

Worum geht's?

Aufgabe der Mechanik im Roboterfußball ist es, ein möglichst leistungsstarkes Hardware-System zur Verfügung zu stellen. Dies wird meist anhand mehrerer Faktoren bewertet, so zum Beispiel der Schussstärke, der Geschwindigkeit, aber auch der Zuverlässigkeit und Genauigkeit, mit der Befehle ausgeführt werden.

Wir entwickeln momentan alle zwei bis drei Jahre ein neues Robotermodell. Die letzte Generation stammte aus dem Jahr 2009. Ihre Höchstgeschwindigkeit lag bei nur 2 m/s. Leider zeigte sich erst spät, dass die gewählte Schussmechanik sehr wartungsintensiv ist. So verkantet zu oft der Schussbolzen in seiner Führung oder der Magnet, mit dem geschossen wird, zerlegt sich durch die hohen Kräfte selbst. Während zweiteres nachträglich durch konstruktive Maßnahmen behoben werden konnte, lässt sich die gesamte Schussmechanik natürlich nicht ohne weiteres austauschen.

Mit den Robotern aus dem Jahr 2011 sollen diese Probleme der Vergangenheit angehören. Ein langer Entwicklungsprozess, der viele Schwierigkeit vor allem aus Platzgründen mit sich brachte, wird bald beendet sein. Trotzdem sind noch nicht alle Probleme gelöst. So soll langfristig noch in diesem Modell die Dribblerrolle verbreitert werden. Mit ihr kann der Roboter sich mit dem Ball bewegen, da ein Spin auf ihn gegeben wird.

Wer kann mitmachen?

Natürlich sind in diesem Bereich Studenten derer Fachrichtungen im Vorteil, die bereits Bezug zu mechanischen Themen haben. Dies sind zum Beispiel Maschinenbau, Mechatronik oder International Production and Management. Allerdings gibt es auch genügend Aufgaben, die an Schnittstellen zu anderen Disziplinen liegen. Im Endeffekt ist es wie immer: wer mit Spaß und Elan dabei ist, wird erfolgreich sein.

Benötigt wird die Bereitschaft, sich in das CAD-System Solidworks einzuarbeiten. Wir helfen dabei natürlich gerne. Eine gewisse Portierung Experimentierfreude ist natürlich auch nicht schlecht.

Was ist zu tun?

Verbesserung der bestehenden Robotergenerationen und Entwicklung neuer Features bzw. ganzer Roboter. So könnte man das Aufgabenfeld der Mechanikabteilung bei Robotics Erlangen umschreiben. Konkret geht es momentan um folgende Punkte:

  • Neuplatzierung der Encoderhalter um Höhe einzusparen
  • Realisierung Hochschuss
  • Verbreiterung Dribbler
  • Entwicklung eines Schrägschusses für neue Robotergeneration
  • Implementierung einer Ballerkennung mittels Sharp-Sensoren (Schnittstellen-Aufgabe zur Elektronik)

Interesse bekommen? Unter Kontakt kannst Du uns schreiben und Dich um die Mitarbeit bei Robotics Erlangen bewerben! Wir freuen uns auf Dich!

Robotergeneration 2011

Auf dem folgenden CAD-Bild ist eine Übersicht des Roboters gezeigt:

Der obere Teil des Roboters ist für die Elektronik reserviert. Auf den Platinen werden die Hauptfunktionen des Roboters gesteuert: Empfang von Funkbefehlen, Ansteuerung der Räder, Auslösen der Schüsse.

Blau sind die Kondensatoren. Durch die in ihnen gespeicherte Energie werden die teilweise sehr scharfen Schüsse ausgelöst – bis zu 10 m/s schnell können diese werden.

Im unteren Bereich ist es sehr eng. Vier Radmodule teilen sich den Platz mit einem starken Linearschussmagneten, dem Hochschuss und der Dribblerrolle. Diese Einheiten sind unten nochmals zu sehen und erklärt.

 

Radmodul

In dieser Ansicht ist das Radmodul von außen dargestellt. Der Winkel mit den drei runden Löchern dient zur Befestigung auf der Grundplatte und zum Schutz des Roboterinnenlebens vor Teppichfusseln und anderem Schmutz. An ihm ist der Motor (links im Bild) befestigt, der über eine Zahnradpaarung das Omniwheel antreibt. Das Omniwheel besitzt viele kleine Subwheels, wodurch es sich seitlich sehr leicht verschieben lässt. Dies ist nötig, da die Räder zueinander versetzt angeordnet sind und sonst größere Reibungsverluste auftreten würden. Gleichzeitig sorgen die Omniwheels durch die quer zur Drehrichtung angeordnete Kante für hohen Grip auf dem Teppich.

Die kleine Platine, die über dem Motor angebracht ist, die Encoderplatine, misst die tatsächliche Bewegung des Rads (über die Drehung des Motors) und führt diesen Wert der Regelung zu. Da gerade beim Anfahren oder Bremsen oft Räder durchdrehen reicht diese erste Regelungsstufe allerdings nicht aus, es muss anhand der tatsächlichen, von der Kamera ermittelten Position nachgeregelt werden.

Im linken Bild ist die Rückansicht dargestellt. Der Ausschnitt ganz vorne ist für den Hochschuss nötig, da dort der seitliche Halter hinschwenkt, wenn der Ball gelupft werden soll.

 

Linearschuss

Eine Kupferspule, eine Führung durch diese hindurch und ein Bolzen, der dann auf den Ball gestoßen wird - mehr ist nicht nötig, um einen scharfen Schuss auf das gegnerische Tor abzugeben. Trotzdem ist die Entwicklung kein Kinderspiel. Eine ausreichend steife Befestigung vorzusehen war die Lehre aus dem letzten Roboter. Doch genau diese nimmt nun wieder viel Platz weg, wenn es im Inneren der Akteure um den letzten Millimeter geht.

Neben scharfen Schüssen lassen sich durch eine kürzere Einschaltzeit des Magneten auch Pässe realisieren. So kann beispielsweise die gegnerische Abwehrreihe ausgespielt werden. Ein Feature, das uns bei der WM in Singapur so manchen "Dreier" mit nach Hause brachte.

Die Schussgeschwindigkeit ist auf 10 m/s limitiert. Da dies aber schon sehr schnell ist, gibt es Überlegungen, diese Grenze auf 6 m/s herunterzusetzen, um so ein Mauern der Teams nicht mehr nötig zu machen. Dies würde bedeuten, dass bei unserem nächsten Robotermodell ein kleinerer Magnet eingebaut werden kann.

Hochschuss

In die Frontpartie ist eine Klappe integriert, mit der der Ball über andere Roboter "gelupft" werden kann. Die blau markierte Fläche trifft dabei den Ball, orange umrandet ist die Achsmontierung, um die die Klappe dann gedreht wird.

Auf dem nächsten Bild sieht man die Klappe im ausgebauten Zustand. Während der rechte Teil lediglich der Führung dient, wird am linken Teil per Seil gezogen, um den Hochschuss auszulösen. Bisher konnte dies nur an einem Prototypen ertestet werden. Die Ergebnisse lassen aber hoffen, dass dieses System auch in den Roboter integriert werden kann.

Im letzten Roboter wurde ein ähnliches Prinzip angewandt, dass allerdings statt eines Seils eine starre Verbindung besitzt. Aus Platzgründen, aufgrund des stark vergrößerten Linearschusses, ist es allerdings nicht mehr möglich, dieses einzusetzen.

Dribbler

Aus den letzten Fehler lernen konnten wir beim Dribbler. Verschiedene Probleme führten dort letztendlich dazu, dass der Dribbler in den 2009er Robotern gar nicht eingesetzt werden konnte. Nun ist er einsetzbar, allerdings nicht allzu breit. Die gedämpfte Lagerung erlaubt ein Annehmen des Balles, ohne dass dieser sofort wieder wegspringt. Auch der Antrieb ist verbesserungswürdig, da das Zahnrad zu groß ist und fast den Schuss touchiert. Es ist also in diesem Bereich noch einiger konstruktiver Spielraum vorhanden.