Nachdem wir euch bereits in die Entwicklung und die modulare Zukunft von Lynx eingeführt haben, tauchen wir heute tief in das Herzstück unseres autonomen Roboters ein: die Energieversorgung und den Antrieb. Ohne ein zuverlässiges Power-Paket und kräftige Muskeln bleibt auch der intelligenteste Roboter stehen. Erfahrt, welche Entscheidungen wir hier getroffen haben und warum.
1. Das Kraftwerk: Robuste Energie mit LiFePO4-Power
Die Wahl des richtigen Akkus ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit und Sicherheit eines Roboters wie Lynx. Wir haben uns bewusst für LiFePO4-Zellen entschieden, und das aus mehreren Gründen:
- Kosteneffizienz: Besonders im prismatischen Format bieten diese Zellen ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis.
- Kälteperformance: LiFePO4-Zellen eignen sich besonders gut für den Betrieb in kalten Umgebungen, was für einen Schneepflug essenziell ist.
- Sicherheit: Im Vergleich zu NMC-Zellchemien gelten LiFePO4-Akkus als deutlich sicherer.
Unser Akkupack besteht aus einer 16S1P-Konfiguration mit 105Ah Eve-Zellen, was einen beachtlichen Energieinhalt von ca. 5 kWh ergibt. Diese Kapazität sichert einen mehrstündigen Betrieb und bietet uns zudem ausreichend Reserven für zukünftige Erweiterungen, wie stärkere Motoren oder zusätzliche Aktuatoren wie einen Roboterarm.
Das JKBMS (Battery Management System) ist dabei unser Hüter für die Zellgesundheit. Es kümmert sich um das Zellbalancing mit bis zu 2A und schaltet den Akku bei Zellspannungen außerhalb des Sollbereichs automatisch ab, um Sicherheit und Langlebigkeit zu gewährleisten.
Durchdachtes Akkudesign
Auch das Gehäuse des Akkus wurde robust konstruiert, um die Zellen optimal vor Stößen zu schützen. Die Zellen sind zusätzlich mit vorgeschriebenem Druck aktiv verpresst, was sowohl die Zellzyklen erhöht als auch die Sicherheit weiter verbessert. Ein cleveres Detail: Die Zellen können optional von oben mit kalter Luft aktiv gekühlt werden, falls sie sich über eine bestimmte Temperatur erwärmen. Gleichzeitig kann bei Bedarf warme Luft aus dem Inneren des Roboters zu den Zellen geführt werden, etwa wenn sie zum Laden zu kalt sind – eine wichtige Funktion für den Wintereinsatz!
Aktuell setzen wir auf ein externes Ladegerät, doch eine zukünftige integrierte Lösung zur Erhöhung des Komforts ist bereits in Planung.
2. Die Muskeln von Lynx: DC-Servomotoren und Schneckengetriebe
Angetrieben wird Lynx von zwei DC-Servomotoren mit einer Nennleistung von je 750W und einer Nennspannung von ca. 48V. Diese Motoren sind über ein Schneckengetriebe mit einer Untersetzung von 1:7,5 an die jeweiligen Antriebsachsen der Raupen angeschlossen.
Unsere Wahl fiel auf diese Motorenart, da sie einen problemlosen Umgang in Bezug auf die Spannung bieten, eine gute Regelbarkeit ermöglichen und eine vorteilhafte Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie aufweisen.
Optimierungspotenzial aus Testfahrten
Unsere jüngsten Testfahrten haben jedoch gezeigt, dass wir für einen optimalen Betrieb möglicherweise auf andere DC-Servomotoren mit einem höheren Drehmoment umsteigen werden. So könnten wir Lynx bei einem realistischen Fahrprofil in einem besseren Effizienzbereich betreiben. Die aktuelle maximale Drehzahl von 3000 U/min nutzen wir kaum aus, da die Regeln des nächsten Wettbewerbs die Geschwindigkeit auf 2 m/s beschränken und Schneckengetriebe ohnehin keine allzu hohen Drehzahlen bevorzugen.
3. Das Nervensystem: Präzise Steuerung und Effizienz
Die Motoren werden über ihre zugehörigen Servo-Treiber angesteuert, welche wiederum über ein serielles Protokoll Befehle von unserem Nvidia Jetson Orin Nano entgegennehmen.
Die Steuerung des Kettenfahrzeugs folgt einem klassischen Ansatz: Lynx kann auf der Stelle drehen, indem die Ketten in entgegengesetzte Richtungen betrieben werden. Für die Einstellung der gewünschten Geschwindigkeit wird die Motordrehzahl ausgelesen, um daraus die resultierende Fahrgeschwindigkeit präzise zu bestimmen.
Bei der Auswahl der Komponenten haben wir stets auf Effizienz im gesamten Antriebsstrang geachtet. So wurde beispielsweise die Kettenspannung optimiert, um eine möglichst hohe Effizienz zu gewährleisten. Obwohl die Wahl von Raupen statt Rädern systembedingt eine gewisse Effizienzeinbuße mit sich bringt, überwiegen die Vorteile in Bezug auf Traktion und Geländegängigkeit. Unser aktives Thermomanagement stellt zudem sicher, dass alle Komponenten stets bei optimalen Temperaturen betrieben werden.
Das Herz von Lynx schlägt kräftig und zuverlässig – bereit für anspruchsvolle Aufgaben im Schnee und darüber hinaus!