Was ist ein Allrad?
Allräder sind Räder, die sich in jede Richtung bewegen können und aus einem rotierenden Hauptteil im Gehäuseteil und einem passiven rotierenden Teil aus Rollen bestehen, der sich am äußeren Kreis des Gehäuses befindet.
Sie werden in der Regel als ein Satz von drei oder vier Rädern verwendet. Im Vergleich zu Radkonfigurationen mit Reifen, bei denen Lenk- und andere Vorrichtungen wie in Automobilen zum Einsatz kommen, ist der Bewegungsmechanismus einfacher und eignet sich daher besser für eine Verkleinerung und Gewichtsreduzierung.
Anwendungen für Allräder
Allräder werden hauptsächlich als Bewegungsmechanismen für Roboter und Wagen eingesetzt. Da sie sich auf engem Raum bewegen können, werden sie häufig als unbemannte Transportroboter in Fabriken und Lagern sowie als Rollstühle in Innenräumen wie Krankenhäusern eingesetzt.
Zu den Allrädern als unbemannte Transportroboter gehören auch Roboter mit einer mit Sensoren ausgestatteten Personenverfolgungsfunktion. Da sie mit Arbeitsgeräten bewegt werden können, können sie sowohl als Rollwagen als auch als Arbeitsplattform eingesetzt werden.
Allrad-Prinzip
Ein Allrad ist ein Rad, das die Antriebskraft eines Motors in vertikaler Richtung überträgt und sich in horizontaler Richtung durch einen freien Mechanismus ohne eigene Antriebskraft dreht. Das Drehen und die parallele Bewegung in alle Richtungen wird durch die Anpassung der Drehzahlregelung jedes Motors an die Bodenhaftung des Omni-Rades ermöglicht.
Sie werden gewöhnlich in Sätzen von drei oder vier Rädern verwendet. Die Merkmale der einzelnen Räder sind nachstehend aufgeführt:
1. Drei-Rad-Konfiguration
Im Vergleich zu einer vierrädrigen Konfiguration hat eine dreirädrige Konfiguration den Vorteil, dass sie ein Antriebssystem weniger hat, was bedeutet, dass sie kleiner und leichter sein kann. Allerdings ist der Betrag der Bewegung in jede Richtung die kombinierte Kraft der Vektoren, so dass sich je nach Straßenbelag die Geradlinigkeit des Fahrzeugs verschlechtern kann.
2. Vier-Rad-Konfiguration
Bei einer Vierradkonfiguration ist die Bewegung in den Richtungen vorne-hinten und links-rechts die gleiche wie bei einem Fahrzeug mit normalen Reifen, so dass ein hohes Maß an Geradheit zu erwarten ist. Da das Antriebssystem jedoch ein Antriebssystem mehr hat als bei der Dreiradkonfiguration, ist das Gerät als Ganzes größer und schwerer, was ein Nachteil ist.
Funktionsweise von Allrädern
Vorteile
- Kann auf der Stelle drehen und sich parallel in alle Richtungen bewegen.
- Das Antriebssystem kann als ein Rad mit mindestens drei Rädern konfiguriert werden, was den Bewegungsmechanismus im Vergleich zu Vierradantrieben vereinfacht und ihn kleiner und leichter macht.
- Es erzeugt weniger Vibrationen während des Betriebs.
Insbesondere bei mobilen Robotern gibt es einen großen Unterschied: zweirädrige Roboter bewegen sich grundsätzlich immer vorwärts, wobei sie die Bewegungsrichtung in Richtung des Ziels ändern, während sich Allrad-Roboter immer parallel zum Ziel in einer festen Richtung bewegen.
Das bedeutet, dass das Allrad das Verfahren des Bewegens nach dem Richtungswechsel bei der Bewegung eliminiert, was ein großer Vorteil der schnellen Bewegung auf kürzestem Weg ist.
Weil das Allrad einen so großen Vorteil bei der schnellen Bewegung hat, sind viele Roboter für Roboterwettbewerbe, bei denen die Zeit zum Erreichen des Ziels usw. konkurriert wird, mit einem Bewegungsmechanismus unter Verwendung des Allrads ausgestattet.
Für Allräder gibt es keine feste Bauteilstruktur und die Anzahl und der Winkel der in den passiven Drehteilen angeordneten Rollen sowie die verwendeten Materialien können variieren. Jedes Allrad hat seine eigene spezielle Umgebung, Anwendung und Belastbarkeit, so dass es notwendig ist, das richtige für den beabsichtigten Einsatz zu wählen.
Nachteile
Allräder haben den Nachteil, dass sie anfällig für Stöße und den Einsatz im Freien sind. Dies ist auf das Funktionsprinzip der Allräder zurückzuführen und beide Bedingungen werden durch das Problem der unzureichenden Bodenhaftung verursacht.
Weitere Informationen zu Allrädern
1. Steuerung von Allrad-Robotern
Beim vierrädrigen Typ sind vier Allräder im Abstand von 90° zur Maschinenplattform montiert. An jedem Allrad ist ein Motor angebracht und die Geschwindigkeit und die Fahrtrichtung der Plattform werden durch unabhängige Befehle an die Motoren bestimmt.
Soll sich die Plattform beispielsweise geradeaus in X-Richtung bewegen, muss sie so gesteuert werden, dass die Summe der Geschwindigkeitsvektoren jedes Allrades in Y-Richtung gleich Null ist.
2. Vorsichtsmaßnahmen bei der Steuerung
Bei der Steuerung ist zu beachten, dass die Reifen bei unzureichender Bodenhaftung durchrutschen. Wenn auch nur eines der Allräder im Leerlauf ist, weicht die Summe der Geschwindigkeitsvektoren der Allräder vom erwarteten Wert ab. Es ist ein Mechanismus erforderlich, um die Befehle an den Motor jedes Mal zu korrigieren, zum Beispiel durch eine Rückkopplungssteuerung.
Unter Rückkopplungsregelung versteht man eine Regelung, bei der die Regelgröße, also der Ausgang, auf den Eingangswert zurückgeführt und der Eingangswert so korrigiert wird, dass die Differenz zwischen Ausgang und Eingang gleich Null ist. Die Regelung ist in der Lage, auch bei Störungen wie z. B. Leerlauf Korrekturen vorzunehmen.