Nachdem wir uns in den letzten Beiträgen mit dem Antrieb, dem Fahrwerk und der Energieversorgung beschäftigt haben, widmen wir uns heute dem Gehirn und den Sinnesorganen unseres autonomen Schneepflugs: der modularen Sensorbox. Erst sie macht Lynx zu einem wirklich smarten, wahrnehmenden Roboter, der sich sicher und selbstständig in seiner Umgebung bewegen kann.
1. Das modulare Konzept: Schutz und Flexibilität
Wir haben uns bewusst gegen eine feste Installation der Sensoren im Hauptkorpus entschieden. Stattdessen setzen wir auf eine separate, modulare Sensorbox, die direkt auf unserem Lynx montiert wird. Dies bietet entscheidende Vorteile:
- Vielseitigkeit: Wir können in Zukunft verschiedene Sensoraufbauten auf dem Fahrzeug montieren, die stets die für den jeweiligen Anwendungszweck notwendigen Sensoren beinhalten. Auch die Form der Aufbauten kann variieren.
- Optimaler Schutz und Position: Die Box schützt die Sensoren vor äußeren Einflüssen und gewährleistet eine hohe Position, die optimal für Kameras, Lidar und die GNSS-Antenne ist.
- Abschirmung: Der metallene Hauptkorpus fungiert als Abschirmung. Messungen werden so nicht durch störende Signale aus dem Antriebsstrang verunreinigt, da die Sensoren weit entfernt montiert sind.
Die Sensorbox fungiert somit als eine Kombination aller Sinnesorgane unseres Roboters, schützt diese vor externen Faktoren und ermöglicht ihm, seine Umgebung wahrzunehmen.
2. Der Inhalt: Ein 360-Grad-Blick für die Autonomie
Die Sensorbox ist prall gefüllt mit Komponenten, die Lynx die nötigen Daten für die autonome Navigation liefern:
- Tiefenbildkamera (Intel): Nach vorne gerichtet, dient sie zur Erfassung der räumlichen Tiefe und somit zur Objekterkennung.
- RGB-Kamera (Kowa): Nach hinten gerichtet, ermöglicht sie einen fast Rundumblick und dient zur Erkennung von Objekten wie Schildern, Menschen oder der Schneefläche selbst.
- 2D Lidar: Am höchsten Punkt verbaut, bietet dieser Sensor einen 360-Grad-Rundumblick und erkennt Hindernisse (Gebäude, größere Objekte, Menschen) auf einer Höhe von ca. 70 cm, die dann umfahren werden können.
- GNSS-Antenne: Sorgt für die notwendige Orientierung und die hochgenaue Bestimmung der aktuellen Position.
- Hochgenaue IMU (Litef): Die Inertial Measurement Unit misst Beschleunigungen und Drehgeschwindigkeiten, um die aktuelle Ausrichtung und neue Position zu bestimmen (Koppelnavigation).
Alle Sensoren sind so angeordnet, dass sie sich nicht gegenseitig im Weg stehen und jeweils einen optimalen Blickwinkel auf die Umgebung haben. Ihr Ziel ist es, ein möglichst akkurates Bild der Umgebung zu erstellen, in der sich der Roboter sicher autonom bewegen kann.
3. Integration und Schutz im Detail
Die Sensorbox selbst besteht aus 12 mm starken Multiplex-Platten, die nicht nur ausreichend Schutz vor Stößen bieten, sondern auch eine hohe Stabilität gewährleisten.
- Montage: Die Box wird direkt mit sechs Rädelschrauben auf den beiden Aluprofilen von Lynx befestigt und kann bei Bedarf schnell abgenommen werden.
- Schutz und Wartung: Die Box ist vollständig abgedichtet und schützt die Sensoren so zusätzlich vor harten Umwelteinflüssen. Über zwei magnetisch gelagerte Platten ist das Innere leicht zugänglich, was schnelle Anpassungen oder Wartungsarbeiten ermöglicht. Zudem wurden seitlich Griffpunkte für den Transport montiert.
- Zukunft der Konnektivität: Die Kabel werden momentan über Wagoklemmen im Inneren befestigt. Für die Zukunft ist jedoch ein genormtes Steckerkonzept angedacht, bei dem nur noch ein Stecker für Strom und Datenkommunikation benötigt wird.
Herausforderung des Designs
Eine besondere Herausforderung war die Erarbeitung eines Gesamtkonzepts, bei dem jeder Sensor sein optimales Blickfeld erhält, der Stil der Box zum Roboter passt und – ganz wichtig – beim Aufklappen der Box keine Last auf einem der empfindlichen Sensoren aufliegt.
4. Das Potenzial der Sensorik
Die gesammelten Sensordaten werden aktuell in unserem Nvidia Jetson Orin im Hauptkorpus weiterverarbeitet. Zukünftig ist geplant, eine zusätzliche Recheneinheit in den Korpus zu verlagern, die sich um die Ansteuerung der Motoren kümmert. Ab diesem Zeitpunkt könnte der leistungsstarke Jetson Prozessor direkt in die Sensorbox wandern, um eine noch schnellere Verarbeitung zu ermöglichen, während ein Betrieb von Lynx auch ohne die Sensorbox (z.B. für Basis-Fahrtests) möglich bleibt.
Die modulare Sensorbox ist somit der Schlüssel zur Flexibilität und Weiterentwicklung von Lynx und stellt sicher, dass unser Roboter auch in zukünftigen Wettbewerben und Anwendungsfeldern stets den besten Überblick behält.
