Einrad

Beschreibung

Der am LSR entwickelte und aufgebaute Einrad-Roboter ist den kinematischen Möglichkeiten eines menschlichen Einradfahrers nachempfunden. Er besteht aus fünf Starrkörpern - dem Rad und einer abstrahierten Konstruktion des Fahrers - die durch mit Motoren ausgestattete Gelenke miteinander verbunden sind. Entsprechend dem beim menschlichen Einradfahrer über Pedale angetriebenen Rad ist auch beim Roboter das Rad direkt aktuiert. Weitere Antriebe bilden das Neigen sowie das Verdrehen des Oberkörpers und der Arme nach.

Das autonom fahrende Einrad wirft aus regelungstechnischer Sicht interessante und anspruchsvolle Aufgabenstellungen auf. So besitzt das Rad nur einen punktförmigen Kontakt zum Untergrund, und der Schwerpunkt der Anordnung befindet sich oberhalb der Radaufstandsfläche. Damit ist bereits die Stabilisierung des aufrechten Stehens ohne umzufallen eine Herausforderung; das Einrad ist instabil und droht ohne Regelung umzukippen. Erschwert wird diese Zielsetzung dadurch, dass das Einrad nicht vollständig direkt gesteuert ist, wodurch die mechanischen Freiheitsgrade nicht unabhängig voneinander beeinflusst werden können.

Eine weitere, ungleich anspruchsvollere Herausforderung ist das gezielte Fahren entlang definierter Bahnen auf dem Untergrund. Dies ist nur durch Ausnutzung nichtlinearer Effekte im Einrad-Modell möglich und ist Gegenstand aktueller Forschungsarbeiten.