Dissertation

Konzeption robotischer Fortbewegungssysteme für nicht-barrierefreie urbane Räume

Author:

Martin Fabian Reske

Pages:

189

DOI:

10.18154/RWTH-2024-04650

Year:

2024

Language:

german

Format:

ebook

Dem stetig wachsenden Güterverkehrsaufkommen innerhalb urbaner Räume steht gerade in historisch entwickelten Städten oftmals eine infrastrukturelle Limitierung gegenüber, welche die Nutzung von Kraftfahrzeugen als primäre Transportsysteme begrenzt. Und obgleich eine Vielzahl an Waren nur geringe Massen aufweisen und über kurze Distanzen transportiert werden, konnten bislang keine alternativen Transportsysteme zu Kraftfahrzeugen – etwa Lastenräder – flächendeckend etabliert werden.

Diese vorhandene Lücke können in vielen Anwendungsfällen autonome Roboter schließen, die primär Gehwege als Verkehrsraum nutzen. Für einen uneingeschränkten Betrieb müssen diese jedoch auch in nicht-barrierefreien Umgebungen einsetzbar sein und erfordern damit eine spezielle Gestaltung der Fortbewegungssysteme.

Während im urbanen Gütertransport sowie der Robotik, speziell der extraterrestrischen Planetenerkundung, bereits unterschiedlichste Lauf-, Ketten- und Radroboter erprobt werden, hat die ganzheitliche Betrachtung für städtische Anwendungen bislang nicht stattgefunden. Entsprechend ist es das Ziel dieser Arbeit, ein methodisches Vorgehen zu entwickeln, das eine Bewertung unterschiedlichster Fortbewegungssysteme in nicht-barrierefreien urbanen Räumen anhand quantitativer Daten ermöglicht.

Im Mittelpunkt des methodischen Vorgehens stehen Mehrkörpersimulationen, anhand derer die Fortbewegungssysteme innerhalb eines Parcours mit typischen Hindernissen analysiert werden. Dabei werden die zu bewertenden Systeme eingangs durch eine Sensitivitätsanalyse mit nachgeschalteter Parameteroptimierung auf ein einheitliches Qualitätsniveau gehoben. Die für die Simulation erforderlichen Eingangsparameter entstammen dabei jeweils individuell erstellten CAD-Packagemodellen, während die Bewertung der Systeme anhand zuvor gewählter Nutzungsszenarien und daraus ermittelten und gewichteten Anforderungen erfolgt.

Mit Anwendung des Vorgehens ist ein neuartiges, bislang in der Literatur nicht dokumentiertes sechsrädriges 2-Bogie-Fahrwerk mit Torsionsfedern als passive Stellglieder entwickelt worden, das im Vergleich mit einer Vielzahl recherchierter Systeme innerhalb der Simulationen den besten Kompromiss aus funktionalen und wirtschaftlichen Faktoren darstellt. In der darauffolgenden versuchstechnischen Absicherung sind darüber hinaus die Simulationsergebnisse mit dem prototypisch aufgebauten 2-Bogie bestätigt und damit auch das methodische Vorgehen validiert worden.

Das präsentierte methodische Vorgehen ist somit geeignet, auf Basis zu definierender urbaner Nutzungsszenarien, passende robotische Fortbewegungssysteme zu vergleichen sowie auszugestalten und erlaubt etwa bei einer zukünftigen Produktentwicklung eine effiziente Systemauswahl innerhalb eines gesetzten Lösungsraums.