Wie wählt man eine mobile Roboterplattform für den Einsatz im Gelände aus?

Bei der Auswahl einer mobilen Roboterplattform für den Einsatz im Gelände geht es nicht darum, das Modell mit den besten technischen Daten zu finden. Man geht von den ungünstigsten Bedingungen aus und arbeitet rückwärts.

Beginnen Sie mit dem unwegsamsten Abschnitt, den Ihr Roboter tatsächlich überwinden muss. Finden Sie heraus, ob Räder oder Raupenketten für dieses Gelände sinnvoller sind. Prüfen Sie anschließend die Bodenfreiheit, die Steigfähigkeit, die Nutzlast unter realer Belastung, die Laufzeit, die Umgebungsbeständigkeit und ob das Gerät tatsächlich mit Ihrem Steuerungssystem kommunizieren kann.

Vergleichen Sie nicht gleich zu Beginn die maximalen technischen Daten. Gehen Sie nicht davon aus, dass ein Produkt mit der Bezeichnung “All-Terrain” für Ihren Einsatzort geeignet ist.

Der richtige Ablauf umfasst eine Reihe von Fragen, die der Reihe nach gestellt werden:

Was muss der Roboter unbedingt bewältigen können? Räder oder Raupen? Wie viel Geländegängigkeit und Steigfähigkeit benötigen Sie tatsächlich? Wie hoch ist die tatsächliche Nutzlast, wenn alle Sensoren, Halterungen und Kabel montiert sind? Wie lange muss er laufen? Wird er in Ihrer Umgebung bestehen? Und können Sie ihn tatsächlich integrieren, ohne einen sechsmonatigen Umweg über die Entwicklungsabteilung nehmen zu müssen?

Ein sinnvoller Auswahlprozess für eine mobile Roboterplattform für den Außeneinsatz sieht wie folgt aus:

Auftrag definieren → Antriebsart auswählen → Geländegängigkeit prüfen → Nutzlastleistung prüfen → Laufzeit und Umgebung prüfen → Integration prüfen → Plattformen vergleichen → Unter realen Bedingungen validieren

Übersetzung: Lege zuerst die Aufgabe fest. Wähle erst danach den Roboter aus.

Das Ziel ist nicht der Roboter mit den besten technischen Daten. Es ist derjenige, der Ihre Route mit Ihrer Nutzlast, bei Ihrem Schwerpunkt und auf Ihrem Gelände innerhalb Ihres Zeitfensters zurücklegt. Jedes Mal.

1. Legen Sie zunächst Ihre Einsatzziele fest, bevor Sie verschiedene mobile Roboterplattformen für den Außeneinsatz vergleichen.

Bevor Sie mobile Roboterplattformen für den Außeneinsatz vergleichen, besteht Ihr erster Schritt nicht darin, Produktseiten zu öffnen. Er besteht darin, Ihren Standort in eine konkrete Reihe von Mindestanforderungen zu übersetzen, die ein Roboter erfüllen muss.

Hier gilt vor allem eine Regel:

Planen Sie für den schlimmsten unvermeidbaren Abschnitt. Nicht für den Durchschnittsfall.

Finden Sie das unwegsamste Gelände, das Ihr Roboter nicht umfahren kann

“Unwegsames Gelände.” “Unstrukturierte Umgebung.” “Anspruchsvoller Untergrund.” Keine dieser Formulierungen hilft Ihnen bei der Auswahl eines Roboters. Sie sind zu vage.

Kies, Schlamm, Gras, Felsen, Wurzeln, Sand, Spurrillen, Gräben, Hänge. All das ist “unwegsames Gelände”. Es stellt einfach ganz unterschiedliche Anforderungen an einen Roboter.

Bei losem Schotter geht es vor allem um Reifenhaftung, Federweg und Vibrationsdämpfung. Bei Schlamm und weichem Boden geht es um das Einsinken und den Traktionsverlust. Felsen, Wurzeln und Bordsteinkanten stellen Ihre Bodenfreiheit und den Böschungswinkel auf die Probe. Lange, durchgehende Steigungen testen die Dauerleistung des Motors und das Wärmemanagement. Querneigungen stellen Ihren Schwerpunkt und Ihre Spurbreite auf die Probe.

Was über den Erfolg der Plattform entscheidet, sind selten die 95 % auf einfachem Gelände. Es ist vielmehr dieser eine kurze Abschnitt, der furchtbar ist und für den es keine Ausweichmöglichkeit gibt.

Angenommen, der Roboter legt täglich 2 km auf festgestampftem Schotter zurück. Abgesehen von 30 Metern unvermeidbarem Schlamm.

Was die zurückgelegte Strecke angeht, eignet sich der größte Teil der Route gut für einen Standardroboter auf Rädern. Doch wenn diese 30 Meter Schlamm unvermeidbar sind, können sie dennoch den gesamten Antriebstyp bestimmen. Plötzlich muss man sich mit übergroßen Offroad-Reifen, einem aggressiven Einzelradantrieb oder gar einer Raupenplattform auseinandersetzen.

Fragen Sie also nicht einfach:

“Wo wird der Roboter hauptsächlich fahren?”

Frage:

“Wo ist die schwierigste Strecke, die der Roboter zurücklegen muss, und kann er sie tatsächlich bewältigen?”

Leiten Sie aus den Gegebenheiten Ihres Standorts die Mindestanforderungen an die Plattform ab

Bevor Sie sich die Produkte ansehen, erstellen Sie eine Tabelle mit den Missionsbedingungen.

Ein Beispiel aus der Praxis: Der größte Stein auf Ihrem Gelände ist etwa 120 mm groß. Die in Frage kommende Plattform hat eine statische Bodenfreiheit von 100 mm. Es spielt keine Rolle, dass auf der Produktseite “geländegängig” steht. Wenn sie nicht über den Stein hinwegkommt, ist sie für diese Aufgabe nicht geeignet.

Allerdings ist die Bodenfreiheit allein noch kein Maßstab für die Geländegängigkeit. Ob ein Roboter ein 120-mm-Hindernis überwinden kann, hängt auch vom Raddurchmesser, dem Radstand, dem vorderen und hinteren Überhang, der Beweglichkeit der Aufhängung und der Fahrwerksgeometrie ab. Wenn der Anbieter einen Hindernistest unter Bedingungen vorweisen kann, die Ihren Nutzlastbedingungen nahekommen, und die Plattform das Hindernis trotz einer etwas geringeren statischen Bodenfreiheit überwindet, können Sie die Bewertung fortsetzen.

Am Ende von Schritt 1 sollte Ihre Ausgabe nicht wie folgt lauten:

“Ich brauche einen geländegängigen Roboter.”

Es sollte sich um eine Reihe konkreter Zahlen handeln:

Maximale Hindernishöhe 120 mm. Maximale Längsneigung 25 Grad. Maximale Querneigung 15 Grad. Nutzlast 80 kg. Dauerbetriebszeit 6 Stunden.

Sobald Sie diese Zahlen haben, können Sie tatsächlich damit beginnen, Plattformen zu prüfen.

2. Mobilroboter mit Rädern oder Ketten? Wählen Sie die Antriebsart entsprechend dem Gelände und der zurückzulegenden Strecke aus.

Sobald Sie die Anforderungen an Ihren Standort genau festgelegt haben, ist die zweite Entscheidung die Wahl des Antriebstyps.

Für den Einsatz in unwegsamem Gelände gibt es im Wesentlichen zwei Möglichkeiten: Mobile Roboterplattformen mit Allradantrieb und Rädern sowie mobile Roboter auf Raupenketten.

Wenn die Strecke überwiegend aus festgestampftem Erdboden, verdichtetem Schotter, Gras und mäßig unebenem Gelände besteht und der Roboter pro Schicht lange Strecken zurücklegt, sollten Sie mit Plattformen auf Rädern beginnen.

Wenn der Roboter regelmäßig durch Schlamm, weichen Boden, Sand, lockeren Untergrund oder durchgehende Hindernisfelder fahren muss, sollten Raupenplattformen genauer unter die Lupe genommen werden.

Keiner der beiden Antriebstypen ist grundsätzlich besser. Sie stehen für unterschiedliche technische Kompromisse. Radroboter legen den Schwerpunkt auf Effizienz, Geschwindigkeit, Reichweite und Wartungsfreundlichkeit. Kettenroboter sind eher auf Traktion auf weichem Untergrund und das Befahren komplexen Geländes bei niedrigen Geschwindigkeiten ausgelegt.

Wenn ein mobiler Radroboter der intelligentere Ausgangspunkt ist

Wenn Ihr Projekt hauptsächlich mit festem Untergrund, verdichtetem Schotter, Gras und mäßig unebenen Straßen zu tun hat und der Roboter täglich beträchtliche Strecken zurücklegen muss, sind Plattformen mit Rädern in der Regel die sinnvollere Wahl für den Einstieg.

Nehmen wir einen typischen Inspektionsroboter für den Außeneinsatz. In jeder Schicht legt er mehrere Kilometer zurück. Der größte Teil davon verläuft auf festem Untergrund. Nur kleine Abschnitte führen über Schotter oder Gras.

In diesem Szenario muss der Roboter nicht nur “durchkommen”. Er benötigt eine angemessene Durchschnittsgeschwindigkeit, eine vorhersehbare Einsatzdauer und genügend Batteriekapazität, um die Runde zu absolvieren. Wenn Sie für diese kleinen, unebenen Abschnitte direkt auf eine Raupenplattform zurückgreifen, könnten Sie am Ende einen höheren Rollwiderstand, einen höheren Energieverbrauch pro Kilometer und einen höheren langfristigen Wartungsaufwand haben, als Sie erwartet hatten.

„Auf Rädern“ bedeutet nicht, dass das Fahrzeug nur auf asphaltierten Straßen fahren kann. Ein gut konzipierter Outdoor-Roboter mit Allradantrieb, der über den richtigen Raddurchmesser, die richtigen Reifen, den richtigen Radstand, die richtige Bodenfreiheit und die richtige Antriebskonfiguration verfügt, kommt auch auf Schotter, Gras, unbefestigten Wegen und bei Hindernissen von beträchtlicher Höhe zurecht.

Die eigentliche Frage lautet also nicht:

“Kann ein Radroboter im Gelände fahren?”

Es lautet:

“Kann dieser spezielle Radroboter meine schwierigste Strecke bewältigen und dabei die von mir benötigte Geschwindigkeit und Laufzeit beibehalten?”

Wenn sich eine mobile Roboterplattform auf Raupen ihren Platz verdient

Wenn Ihre oberste Priorität eher darin besteht, dass „es durchkommt“, als dass „es schnell oder weit kommt“, sind Kettenfahrzeuge in der Regel im Vorteil.

Schlamm, weicher Boden, Sand, loser Schotter und durchgehende, unebene Hindernisse. Das sind die Umgebungen, in denen Sie Kettenfahrzeuge ernsthaft in Betracht ziehen sollten.

Raupen bieten eine größere Aufstandsfläche. Das bedeutet eine stabilere Traktion auf weichem Untergrund, einen geringeren Bodendruck und ein geringeres Risiko, einzusinken.

Die Kompromisse sind real: höherer Drehwiderstand, höherer Energieverbrauch des Antriebs sowie ein erhöhter Aufwand für die Überwachung des Kettenverschleißes, der Kettenspannung und der Wartung über die gesamte Lebensdauer der Plattform hinweg.

Man sollte nicht automatisch davon ausgehen: unwegsames Gelände = Raupenketten.

Sowohl die Art des Geländes als auch die Entfernung spielen eine Rolle.

Hier ist eine Möglichkeit, die Entscheidung zu vereinfachen:

Liegt der Schwerpunkt auf Reichweite und Effizienz? Dann fangen Sie mit Rädern an. Liegt der Schwerpunkt auf weichem Untergrund und der Überwindung von Hindernissen? Dann sollten Sie sich Ketten genauer ansehen.

Aber es gibt eine Frage, die die Leute fast immer vergessen:

Können Sie den schwierigsten Abschnitt umgehen?

Wenn 95 % der Strecke ideal für einen Radroboter sind, aber 5 % unvermeidbarer Schlamm sind, können diese 5 % dennoch die Entscheidung über die Antriebsart bestimmen.

Entscheiden Sie nicht anhand der Frage, welche Oberfläche den größten Anteil der Strecke ausmacht, ob Sie Räder oder Ketten wählen. Entscheiden Sie anhand von:

Anforderungen an die Missionseffizienz + schwierigstes vorgeschriebenes Gelände.

Beides. Zusammen.

3. Überprüfen Sie die Bodenfreiheit und die Geländegängigkeit für Ihr unwegsames Gelände

Sobald Sie sich für Räder oder Ketten entschieden haben, geht es im nächsten Schritt nicht darum, noch höhere Werte anzustreben. Vielmehr müssen Sie überprüfen, ob die in Frage kommenden Plattformen tatsächlich den schwierigsten Abschnitt bewältigen können, den Sie in Schritt eins gemessen haben.

Bei einer Roboterplattform für unwegsames Gelände lassen sich die Fähigkeiten in zwei Fragen unterteilen:

Kann es Hindernisse, Felsen und Lücken überwinden? Kann es Steigungen bewältigen, ohne umzukippen oder die Traktion zu verlieren?

Wie Bodenfreiheit, Raddurchmesser und Fahrwerksgeometrie zusammenwirken

Die Bodenfreiheit ist eine der am häufigsten verglichenen technischen Daten bei Geländrobotern. Sie bezeichnet den vertikalen Abstand zwischen dem Boden und dem tiefsten gefährdeten Punkt am Fahrgestell. Ist sie zu gering, setzt der Roboter bei Felsen, Wurzeln, Erhebungen und Geländeübergängen auf.

Allerdings: Die Bodenfreiheit allein sagt noch nichts darüber aus, ob der Roboter ein Hindernis überwinden kann.

Zwei Roboter können beide eine Bodenfreiheit von 150 mm haben. Wenn sie sich hinsichtlich Raddurchmesser, Radstand und Überhanglänge unterscheiden, verhalten sie sich bei einem gleichen Hindernis völlig unterschiedlich.

Sie müssen diese Punkte gemeinsam beurteilen:

Ein Beispiel: Ein Roboter hat eine Bodenfreiheit von 200 mm, was auf dem Papier großartig aussieht. Wenn der Radstand jedoch lang ist und er über eine kurze, hohe Unebenheit fährt, kann die Mitte des Fahrgestells dennoch aufsetzen.

Betrachten Sie es einmal andersherum. Eine Plattform mit geringer Bodenfreiheit, größeren Rädern, einem kürzeren Radstand und einer durchdachten Fahrwerksauslegung könnte in der Praxis Hindernisse tatsächlich besser überwinden.

Die Regel lautet also: Die maximale Höhe des Geländehindernisses lässt sich nicht direkt in einen erforderlichen Wert für die Bodenfreiheit umrechnen.

Was Sie tatsächlich überprüfen müssen:

Abmessungen der Hindernisse + Bodenfreiheit + Raddurchmesser + Radstand + Fahrwerksgeometrie + tatsächliche Testdaten zu den Hindernissen.

Warum “maximales Hindernis” allein noch keine Geländegängigkeit garantiert

“Geländegängig” bedeutet nicht, dass der Roboter jedes Hindernis überwinden kann, das man ihm in den Weg stellt.

„Hervorragende Hindernisüberwindung“ ist Marketing. Eine konkrete Zahl ist tatsächlich aussagekräftig.

Zum Beispiel: Maximale Höhe des vertikalen Hindernisses: 120 mm.

Das können Sie direkt mit Ihrem Standort vergleichen.

Aber bessere Daten geben Ihnen auch Aufschluss über die Testbedingungen: 120 mm hohes vertikales Hindernis, 60 kg Nutzlast, trockener, fester Untergrund, Annäherungsgeschwindigkeit 0,5 m/s.

Die Hindernisüberwindung hängt von der Nutzlast, der Geschwindigkeit und der verfügbaren Traktion ab. Es ist kein einzelner Wert.

Ebenfalls erwähnenswert: Die Fähigkeit, vertikale Hindernisse zu überwinden, ist nicht gleichbedeutend mit der Fähigkeit, Gräben zu überqueren. Ein Roboter, der eine 120-mm-Stufe erklimmen kann, ist nicht unbedingt in der Lage, einen 250 mm breiten Graben zu überqueren. Die Fähigkeit zur Grabenüberquerung hängt vom Raddurchmesser, dem Radstand und der Gewichtsverteilung des Roboters von vorne nach hinten ab.

Daher sollten aussagekräftige Plattformspezifikationen folgende Fragen beantworten: Welche Hindernishöhe, welche Spaltbreite und unter welchen Last- und Oberflächenbedingungen wurden diese Werte gemessen?

Legen Sie anhand Ihrer Geländemessungen die Anforderungen an die Längs- und Querneigung fest

Sobald die Überprüfung der Hindernispassage abgeschlossen ist, stellt sich als Nächstes die Frage, ob der Roboter Ihre Steigungen sicher bewältigen kann.

“Maximale Steigung” ist eine der am häufigsten falsch interpretierten Angaben in den technischen Datenblättern von Outdoor-Robotern.

Maximale Steigung: 30 Grad Das bedeutet nicht, dass der Roboter unter allen Bedingungen eine Steigung von 30 Grad bewältigen kann.

Das gerade Hochfahren eines Hangs stellt die Motorleistung, die Antriebskraft und die Traktion der Reifen oder Ketten auf die Probe. Das seitliche Überqueren eines Hangs testet die Höhe des Schwerpunkts, die Spurbreite und die Kippstabilität.

Die Längs- und Querneigungsfähigkeit muss separat bewertet werden.

Ein reales Szenario: Ein Roboter ist für eine maximale Steigung von 30 Grad ausgelegt. Wenn dieser Wert im leeren Zustand, auf trockenem, festem Untergrund und bei niedriger Geschwindigkeit gemessen wurde, kann man daraus nicht schließen, dass dieser Roboter mit 100 kg hoch montierter Ausrüstung einen 30-Grad-Hang aus losem Schotter erklimmen wird.

Sie möchten Daten wie: 30 Grad Längsneigung, 80 kg Nutzlast, Schwerpunkt der Nutzlast 500 mm über der Montagefläche, trockener, fester Untergrund, niedrige Geschwindigkeit.

Das ist eine Zahl, die man tatsächlich nutzen kann.

Nach dieser Phase sollten Sie in der Lage sein, Kandidaten sofort auszuschließen. Wenn die Bodenfreiheit zu gering ist, der Roboter Ihr größtes Hindernis nicht überwinden kann, die Steigungswerte Ihrer Nutzlast nicht standhalten oder die Querstabilität unzureichend ist, sollten diese Plattformen nicht weiter in die engere Auswahl kommen. Es gibt keine Ausnahmen.

4. Berechnen Sie die tatsächliche Nutzlast, die Ihre mobile Roboterplattform für den Außeneinsatz tragen muss

Sobald die Geländebedingungen diejenigen Kandidaten aussortiert haben, die den Einsatzort physisch nicht bewältigen können, stellt sich als Nächstes die Frage, ob der Roboter Ihre Ausrüstung tatsächlich tragen kann.

Nehmen Sie den “Nutzlastkapazität eines mobilen Roboters”…“ und vergleichen Sie diesen Wert mit dem Gewicht Ihres Geräts.

In unwegsamem Gelände hängt die nutzbare Nutzlast nicht davon ab, ob der Roboter das Gewicht physisch heben kann. Es kommt vielmehr darauf an, ob der Roboter mit diesem Gewicht und diesem Schwerpunkt noch klettern, wenden, Hindernisse überwinden und stundenlang laufen kann.

Zählen Sie alle Komponenten zusammen, um das Gesamtgewicht der Integration zu ermitteln

Berücksichtigen Sie nicht nur den Hauptsensor der Mission. Zählen Sie alles zusammen, was am Roboter verschraubt, festgeschnallt oder verkabelt wird:

LiDAR, Kameras, GNSS/RTK, Roboterarm, Inspektionsausrüstung, Industrie-PC, GPU, Kommunikationsausrüstung, Schaltschränke, Akkus, Befestigungsvorrichtungen, Kabelbäume und Fracht.

Ein Beispiel aus der Praxis. Das Gewicht des Kerninspektionssensors wird mit 40 kg angegeben.

Bei der Integration kommen folgende Komponenten hinzu: ein 8 kg schwerer Industrie-PC, ein 5 kg schweres Schutzgehäuse, ein 6 kg schwerer Montagerahmen sowie 3 kg schwere Kommunikations- und Stromversorgungsmodule.

Der Roboter trägt jetzt 62 kg. Nicht 40 kg.

Die Zahl, die Sie für die Auswahl verwenden sollten, ist die Gesamtgewicht nach vollständiger Integration.

Warum der Schwerpunkt die Nutzlast Ihres mobilen Roboters stärker einschränkt als das Gesamtgewicht

Gleiches Gewicht. Unterschiedliche Einbauhöhe. Ein völlig anderer Roboter.

Fünfzig Kilogramm, die tief, nahe am Fahrgestellboden angebracht sind, haben möglicherweise kaum Auswirkungen auf die Querstabilität. Fünfzig Kilogramm auf einem hohen Sensormast oder einem Roboterarm verlagern den Gesamtschwerpunkt deutlich nach oben.

Das verändert alles: die Querneigungsstabilität, schnelle Kurvenfahrten, das Bremsen, den Übergang zwischen verschiedenen Neigungsgraden und das Umfahren von Hindernissen.

Fragen Sie also nicht einfach den Verkäufer:

“Wie hoch ist die maximale Nutzlast?”

Frage:

“Kann der Roboter mit 80 kg Ausrüstung und einem Schwerpunkt 600 mm über der Montagefläche auf einem 20-Grad-Schotterhang stabil arbeiten?”

Die zweite Frage bezieht sich auf Ihr Projekt. Die erste hingegen nicht.

Die nutzbare Nutzlast in unwegsamem Gelände beträgt immer: Gewicht + Höhe des Schwerpunkts + Gelände + Steigung + Geschwindigkeit. Alle fünf auf einmal.

Leistung unter Last prüfen: Was Ihr Roboter bei Ihrer tatsächlichen Nutzlast noch leisten kann

Ein weiterer klassischer Fehler: Man rechnet die maximalen Werte einfach zusammen, als ob sie alle gleichzeitig eintreten würden.

Maximale Nutzlast. Maximale Geschwindigkeit. Maximale Steigung. Maximale Laufzeit.

Diese werden so gut wie nie unter denselben Testbedingungen gemessen.

Ein Roboter, dessen Höchstgeschwindigkeit mit 1,5 m/s angegeben ist, erreicht auf einem Schotterhang mit 80 kg Ausrüstung nicht unbedingt 1,5 m/s. Ein Roboter, der im leeren Zustand einen Steigungswinkel von 30 Grad bewältigt, schafft diesen Steigungswinkel im beladenen Zustand nicht unbedingt.

Sobald Sie eine Vorauswahl getroffen haben, drängen Sie auf Daten, die näher an Ihrer eigentlichen Aufgabe liegen:

Dies ist umso wichtiger, wenn Sie teure LiDAR-Geräte, einen Roboterarm oder Inspektionsgeräte am Roboter befestigen.

Die Frage, auf die Sie eigentlich eine Antwort brauchen, lautet nicht:

“Was ist das Maximum, das dieser Roboter leisten kann?”

Es lautet:

“Wenn meine gesamte Ausrüstung erst einmal an Bord ist – was kann sie dann noch zuverlässig leisten, Schicht für Schicht?”

5. Akkulaufzeit und Umweltschutz beim Einsatz im Freien

Ein Roboter, der jeden Zentimeter Ihres Geländes abdecken kann, ist immer noch die falsche Plattform, wenn er mitten in der Mission ausfällt.

Sobald Mobilität und Nutzlast geklärt sind, lautet die nächste Frage: Kann das Gerät lange genug laufen und ist es für die gesamten Einsatzbedingungen vor Ort über die gesamte Missionsdauer hinweg geeignet?

Schätzen Sie die tatsächliche Laufzeit anhand der Gesamtstromaufnahme Ihres Systems

Auf der Produktseite heißt es: Laufzeit: 6 Stunden. Oder: Bis zu 8 Stunden.

Diese Zahlen sind ein Ausgangspunkt. Mehr nicht.

Ein und derselbe Roboter, der auf ebenem, festem Untergrund ohne Nutzlast fährt, und derselbe Roboter, der bei voller Beladung einen Schotterhang hinaufsteigt und dabei eine GPU, LiDAR, Kameras und einen Kommunikationsstack mit Strom versorgt, werden völlig unterschiedliche Laufzeiten aufweisen.

Folgendes belastet den Akku tatsächlich:

Fragen Sie also nicht einfach:

“Wie viele Stunden läuft der Roboter?”

Frage:

“Wie lange läuft das Gerät tatsächlich – unter meinen Einsatzbedingungen, bei meiner Nutzlast, bei meiner Geschwindigkeit und bei eingeschalteten externen Geräten?”

Erstellen Sie ein Strombudget, das alle externen Geräte abdeckt

Die Hauptbatterie hat mehr Aufgaben als nur den Antrieb der Räder.

Zur gesamten Missionsleistung können gehören: Antriebssystem, Industrie-PC, GPU, LiDAR, Kameras, GNSS/RTK, Kommunikationsausrüstung, Aktuatoren und sonstige Missionsnutzlasten.

Kurzes Beispiel: Externe Geräte benötigen 24 V bei 5 A Dauerstrom. Das ergibt 24 V x 5 A = 120 W. Kommen eine GPU, mehrere Kameras und ein LiDAR hinzu, kann allein die Missionsnutzlast einen erheblichen Anteil der Batteriekapazität beanspruchen.

Die Auswahl der Laufzeit erfordert zwei Bestätigungen: Die Hauptbatterie muss die gesamte Missionsdauer abdecken, und der Roboter muss allen externen Geräten gleichzeitig ausreichend Spannung, Strom und Dauerleistung bereitstellen.

Die Laufzeit, die Sie tatsächlich benötigen, ist nicht die “maximal mögliche Laufzeit”. Es ist die Laufzeit unter Ihrem vollständigen Missionsprofil.

Überprüfung der IP-Schutzklassen und der Praxistauglichkeit im Außenbereich bei Außenrobotern

Lange genug zu laufen ist wichtig. Die Umgebung dabei zu überstehen, ist genauso wichtig.

“Outdoor-Roboter.” “Wetterfest.” “Allwettertauglich.” Keine dieser Angaben ist eine endgültige Antwort.

Was Sie bestätigen müssen, ist, dass der Roboter kontinuierliche Einwirkung von Regen, Staub, Schlamm, Schnee, großer Hitze, Kälte, direkter Sonneneinstrahlung und potenziell korrosiven Bedingungen toleriert.

IP-Schutzarten sind eine nützliche Referenz, aber sie sind ein Ausgangspunkt, nicht die ganze Geschichte.

Ein Roboter ist keine einzelne versiegelte Box. Er besteht aus Fahrgestell, Steuerungsgehäusen, Batterien, Motoren, Steckverbindern und offenen Schnittstellen. Eine einzelne IP-Klasse deckt nicht unbedingt jedes Bauteil gleichermaßen ab.

So kann dies zum Problem werden: Das Steuerungsgehäuse ist mit IP65 klassifiziert. Das bedeutet nicht automatisch, dass auch Motoren, Ladeanschluss und jeder Steckverbinder IP65 entsprechen.

Fragen Sie also nicht:

“Ist dieser Roboter IP65?”

Frage:

“Welche Komponenten wurden unter meinen Regen-, Staub-, Schlamm- und Temperaturbedingungen auf welche Schutzart getestet?”

Ein Roboter, der bei 20 Grad Celsius unter trockenen Bedingungen einwandfrei funktioniert, kann bei Frost, direkter Sonneneinstrahlung oder mit Schlamm im Fahrwerk eine andere Batterieleistung, ein anderes thermisches Verhalten oder eine andere Bewegungsfähigkeit aufweisen.

Für eine echte mobile Roboterplattform für den Außeneinsatz ist die finale Verifikation: die dauerhafte Betriebsfähigkeit in Ihrer tatsächlichen Umgebung. Keine klimatisierte Teststrecke.

6. Überprüfung der Systemintegration: mechanische, elektrische und softwaretechnische Schnittstellen

An diesem Punkt sollten die verbleibenden Kandidatenplattformen hinsichtlich Geländetauglichkeit, Nutzlast und Laufzeit überzeugen. Die nächste Frage ist einfacher, kann ein Projekt aber genauso schnell scheitern lassen:

Kann sie tatsächlich zu Ihrem Robotersystem werden?

Ein Fahrgestell kann jede Leistungsprüfung bestehen. Wenn Ihre Ausrüstung nicht physisch montiert werden kann, die Stromversorgung nicht ausreicht oder die Steuerungsschnittstelle nicht mit Ihrem Stack kommuniziert, ist es die falsche Plattform. Ziehen Sie weiter.

Die Integration sollte vor dem Kauf bestätigt sein. Nicht erst gelöst werden, nachdem die Kiste angekommen ist.

Mechanische Integration: Befestigungsflächen, Abstände und Schwerpunkt

Mechanische Integration bedeutet nicht “die obere Platte existiert.” Prüfen Sie:

Montagefläche, Lochbilder, T-Nuten, Interferenzen zwischen Geräten, Kabelführungswege, Servicezugang für jede Komponente sowie den Gesamtschwerpunkt, sobald alles installiert ist.

Bevor Sie sich festlegen, fordern Sie an: CAD-Dateien, Montagemaßzeichnungen und Strukturschnittstellendiagramme.

Reales Szenario. Der Roboter ist für 100 kg Nutzlast ausgelegt. Aber die Montagefläche ist klein. Der einzige Weg, Ihre Hauptausrüstung unterzubringen, ist ein hoher Mast. Die Zahl 100 kg allein sagt Ihnen nicht, ob diese Plattform für Ihr Projekt geeignet ist.

Die mechanische Montagemachbarkeit und der Schwerpunkt müssen gemeinsam bewertet werden.

Leistungsintegration: Spannung, Strom und Gesamtleistung für alle integrierten Geräte

Summieren Sie alle Ihre externen Geräte auf: Betriebsspannung, durchschnittliche Leistungsaufnahme, Spitzenleistungsaufnahme und Einschaltstrom.

Vergleichen Sie diese dann mit den Stromanschlüssen, die die Plattform bietet: Spannungsniveaus, Dauerstrom pro Anschluss und Gesamtausgangsleistung.

Hier ist eine Situation, die häufiger vorkommt, als Sie denken. Ein Industrie-PC, eine GPU, ein LiDAR, mehrere Kameras, GNSS und eine drahtlose Kommunikationseinheit laufen gleichzeitig. Die mechanische Nutzlast ist in Ordnung. Das Leistungsbudget nicht.

GPUs, Roboterarme und einige Hochleistungs-Missionsnutzlasten benötigen außerdem Spielraum für Einschaltstöße und Spitzenbetriebsphasen.

Das Bestehen der mechanischen Nutzlast bedeutet nicht das Bestehen der Stromintegration.

Software-Schnittstellen: ROS 2, CAN-Bus, Ethernet, SDK und API-Zugriff

Wenn Ihr Projekt autonome Navigation, Fernbedienung, Inspektion oder individuelle Entwicklung mobiler Robotererfordert, prüfen Sie die Software- und Kommunikationsschnittstellen.

Zu den üblichen Anforderungen gehören: ROS/ROS 2, CAN-Bus, Ethernet, USB, serielle Schnittstellen sowie SDK- und API-Zugriff.

Prüfen Sie außerdem, ob die Plattform Folgendes bereitstellt: Odometrie, IMU-Daten, Batteriestatus, Motorstatus, Fehlerinformationen, Motion-Control auf niedriger Ebene, Not-Aus und Sicherheitsschnittstellen.

Die eigentliche Frage lautet nicht:

“Ist dies eine offene Plattform?”

Es lautet:

“Sind die mechanischen, leistungsbezogenen und softwaretechnischen Schnittstellen, die ich benötige, klar dokumentiert und für mein Projekt direkt nutzbar?”

Beispiel: Eine Plattform unterstützt ROS 2, was auf dem Papier gut klingt. Wenn sie jedoch nur grundlegende Geschwindigkeitsbefehle bereitstellt und keine detaillierten Informationen zu Motor, Batterie oder Fehlerzuständen liefert, kann ein komplexes autonomes Robotikprojekt dennoch erheblichen zusätzlichen Entwicklungsaufwand erfordern.

Nur Plattformen, bei denen mechanische Montage, Leistungsabgabe und Softwareschnittstellen vollständig überzeugen, sollten in den finalen Vergleich aufgenommen werden.

7. Vergleich von mobilen Roboterplattformen für den Außeneinsatz anhand einer Auswahlmatrix und einer Validierung unter realen Bedingungen

Nach den vorherigen Screening-Phasen sollten die noch verbliebenen Plattformen bereits Ihre Anforderungen erfüllen: Geländeanforderungen, Antriebsart, Hindernis- und Steigungsfähigkeit, Nutzlast- und Schwerpunktgrenzen, Laufzeitanforderungen, Umgebungstoleranz und Integrationsanforderungen.

Jetzt ist der richtige Zeitpunkt, Preise und Herstellerkompetenz zu vergleichen. Nicht früher.

Beginnen Sie nicht mit der Frage: “Welche ist günstiger?” Beginnen Sie mit der Frage: “Welche können die Aufgabe tatsächlich erfüllen?” Fragen Sie dann: “Welche davon kostet am wenigsten, um sie in Betrieb zu nehmen und zu betreiben?”

Zunächst filtern: Schließen Sie Plattformen aus, die Ihre zwingenden Anforderungen nicht erfüllen

Erstellen Sie eine Auswahlmatrix für mobile Roboterplattformen:

Wenn Ihr Projekt eine Laufzeit von 6 Stunden bei der Nutzlast im Betrieb erfordert und eine Plattform nur 5 Stunden nachweisen kann, scheidet sie aus – auch wenn ihr Kaufpreis niedriger ist.

Wenn Ihre Anlage ein unvermeidbares Hindernis von 150 mm aufweist und ein Fahrgestell zuverlässig nur 100 mm überwindet, schließen größere Zahlen an anderer Stelle diese Lücke nicht.

Runde eins: Leistungsfilterung. Runde zwei: Preisvergleich. Niemals umgekehrt.

Gesamtkosten vergleichen: Anschaffung, Integration und Lebenszyklus

Sobald mehrere Fahrgestelle alle harten Anforderungen erfüllen, vergleichen Sie die Gesamtkosten. Betrachten Sie nicht nur den Preis des Fahrgestells:

Ein reales Beispiel: Ein Fahrgestell hat einen niedrigeren Kaufpreis. Doch das Projekt benötigt kundenspezifische Montagestrukturen, ein zusätzliches Stromversorgungssystem und erhebliche Entwicklungsarbeit auf niedriger Kommunikationsebene. Die Gesamtrechnung kann am Ende höher ausfallen als bei einer teureren Plattform, die sich direkt integrieren lässt.

Das Ziel ist nicht die günstigste Plattform. Es ist auch nicht die Plattform mit der höchsten Spezifikation.

Es ist die Plattform, die die Mission zuverlässig erfüllt – bei angemessenem Integrationsaufwand und angemessenen Lebenszykluskosten.

Testen Sie den endgültigen Kandidaten unter Ihren tatsächlichen Einsatzbedingungen.

Eine Auswahlmatrix grenzt das Feld ein. Sie ersetzt keinen realen Test.

Das Datenblatt zeigt, was der Roboter unter bestimmten Testbedingungen leisten kann. Worauf es ankommt, ist, was er unter Ihren Bedingungen leisten kann.

Ordnen Sie Ihre finale Validierung direkt dem Projektrisiko zu:

Schneller Realitätscheck zu einigen gängigen Annahmen:

Eine Steigung von 30 Grad im Leerzustand bedeutet nicht, dass eine 20-Grad-Schottersteigung mit 100 kg hoch montierter Ausstattung bewältigt wird. Eine Nennbetriebsdauer von sechs Stunden bedeutet nicht sechs Stunden bei gleichzeitiger Stromversorgung von GPU, LiDAR, Kameras und Kommunikationsausrüstung. Eine maximale Nutzlast von 150 kg bedeutet nicht 150 kg bei gleichzeitiger Höchstgeschwindigkeit, maximaler Steigung und maximaler Betriebsdauer.

Jeder Maximalwert, der von seinen Testbedingungen losgelöst ist, kann nicht als Ihre nutzbare Leistung behandelt werden.

Und: „All-Terrain“ ist eine Produktbeschreibung, keine technische Validierung.

Was Ihre endgültige Entscheidung leiten sollte: klare Projektanforderungen + passende Plattformspezifikationen + definierte Testbedingungen + Validierungsergebnisse, die Ihrer realen Mission nahekommen.

Auswahl einer mobilen Roboterplattform für den Außenbereich: Die 10-Punkte-Checkliste

Falls der gesamte Prozess oben zu viel erscheint, um ihn im Kopf zu behalten, hier die komprimierte Version:

Bei der Auswahl einer Outdoor-Mobileroboterplattform für unwegsames Gelände geht es nicht darum, den Roboter mit der größten Nutzlast, der höchsten Steigungsangabe oder der längsten Laufzeit aus einem Prospekt zu finden.

Die eigentliche Auswahllogik lautet: die Mission in Zahlen übersetzen. Mit diesen Zahlen Plattformen ausschließen, die nicht passen. Die verbleibenden Kandidaten unter realen Bedingungen validieren.

Lassen Sie sich bei der Auswahl der richtigen mobilen Roboterplattform für den Außeneinsatz an Ihrem Standort beraten

Wenn Sie Ihre Standortbedingungen erfasst haben, aber noch unsicher sind, ob Sie sich für Rad-, Ketten- oder eine Sonderlösung entscheiden sollen, beginnen Sie damit, diese Datenpunkte zusammenzutragen:

Geländetypen, maximale Längsneigung, maximale Querneigung, größtes Hindernis, Graben- und Spurrinnenmaße, Gesamtsystem-Nutzlast, Nutzlast-Schwerpunkt, Distanz pro Mission, Anforderung an die kontinuierliche Laufzeit, Umgebungsbedingungen sowie Ihre Sensor- und Rechenkonfiguration.

Je konkreter diese Zahlen sind, desto schneller verschiebt sich die Plattformauswahl von „Prospektangaben vergleichen“ zu echter ingenieurtechnischer Bewertung.

Senden Sie diese Projektanforderungen an Fdata. Das Ingenieurteam kann geeignete Outdoor-Mobileroboterplattformen anhand Ihrer tatsächlichen Betriebsbedingungen bewerten und feststellen, ob ein Standardfahrgestell Ihren Anforderungen genügt oder ob Anpassungen an Antriebskonfiguration, Batteriekapazität, Montagestruktur, externer Stromversorgung oder Kommunikationsschnittstellen erforderlich sind.

Unterstützung bei der Auswahl der Fdata Outdoor-Mobileroboterplattform erhalten →

Häufig gestellte Fragen