Mechanik

Ideenfindung bis Fertigung.

Die Mechanik entwickelt komplexe Lösungen für die Anwendung im Roboterfußball. Von der Idee, übers Prototyping mittels Inventor und 3D-Druck, bis hin zum fertigen Modell. Die Modelle werden in computergestützten Analysen und auf Testständen validiert und anschließend in hauseigener Fertigung auf CNC-Maschinen oder mittels konventioneller Fertigungsverfahren hergestellt.

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Die Mechanik

Das Mechanik-Team sorgt für die physische Umsetzung des Roboters. Dazu gehört die Konstruktion, das Prototyping, die Einzelteilfertigung und die Endmontage des gesamten Roboters.

Zu den wichtigsten mechanischen Komponenten des Roboters zählen der Kicker, der Dribbler und das Fahrwerk mit den omnidirektionalen Rädern, kurz Omniwheels. Die Konzeptionierung und Umsetzung dieser Komponenten, für ein optimales Zusammenspiel von Hard- und Software, stellt in Bezug auf die geltenden Regularien eine besondere Herausforderung dar.

Der Kicker

Der Schussmechanismus ist beim Roboterfußball, wie auch im echten Fußball, eines der entscheidenden Elemente. Dabei wird in unserer Liga kein spezieller Mechanismus vorgegeben. So könnte beispielsweise eine Gaskartusche auf dem Roboter platziert und der Ball pneumatisch geschossen werden. Da diese Variante jedoch die Anzahl der maximalen Schüsse begrenzt, setzen wir auf einen elektromagnetischen Ansatz. Hierzu wird ein ferromagnetischer Bolzen durch eine Spule beschleunigt und trifft dann auf den Golfball, welcher dadurch Geschwindigkeiten von bis zu 25 km/h erreichen kann. Für die nötige Energie sorgen dabei zwei große Kondensatoren, die aufgeladen und dann schlagartig über die Spule entladen werden.

Bei der Entwicklung des Kickers stellt die Effizienzsteigerung die größte Herausforderung dar. Hierfür müssen Reibungsverluste minimiert und die Spule selbst optimiert werden. Der verfügbare Bauraum darf bei dem Optimierungsprozess jedoch nicht vergessen werden. Denn der Roboter muss vollständig montiert in einen Zylinder mit 180mm Durchmesser und 150mm Höhe passen.

Der Dribbler

Wie der Name schon erahnen lässt, sorgt der Dribbler für die Ballkontrolle und ermöglicht es dem Roboter sogar, sich rückwärts zu bewegen, ohne den Ball zu verlieren.

Aber wie genau behält man die Kontrolle über einen Ball, den man nicht festhalten darf?

Die Idee dabei ist, den Ball durch eine Rotation zu beeinflussen. Dazu wird eine gummierte Welle, die in direktem Kontakt mit dem Ball steht, von einem Motor angetrieben. Auf diese Weise dreht der Dribbler den Ball in Richtung des Roboters.

Zusätzlich sorgt die spezielle Form der gummierten Welle für eine Ballzentrierung. Der Kicker trifft den Ball also immer an der gleichen Stelle. Zusammenfassend wird die Schussgenauigkeit und die Ballkontrolle durch den Dribbler maßgeblich beeinflusst.

Der Antriebsstrang

Mit den oben genannten Komponenten kann der Roboter den Ball halten und schießen. Jedoch sind diese Fähigkeiten nutzlos, wenn es nicht möglich ist sich zum Tor auszurichten oder Gegner zu umfahren.

Deshalb sorgen vier leistungsstarke Brushless-DC-Motoren (BLDC-Motoren) für die Bewegung des Roboters auf dem Spielfeld. Das Motormoment wird dabei über die eigens entworfenen Omniwheels auf den Boden übertragen. Diese speziellen Rädern bestehen aus einer Aluminiumfelge, auf dessen Durchmesser frei drehende Gummiringe orthogonal zur Felge angeordnet sind.

Dadurch kann sich der Roboter in jede denkbare Richtung bewegen und sich sogar auf der Stelle drehen und so schnell auf neue Situationen im sehr dynamischen Spielverlauf reagieren