Chassisregelung für überaktuierte planetare Explorationsrover in weichem Sand

Abstract

Der Einsatz von planetaren Explorationsrovern in schwierigem, unbekanntem Terrain erfordert eine robuste Lokomotion. Zu diesem Zweck werden meist alle Räder einzeln angetrieben und mehrere individuell gelenkt. In Pfadfolge- oder Autonomiealgorithmen ist dagegen eine Bewegungsvorgabe durch drei Größen üblich. Für die Bewegungsausführung durch einen Chassisregler ergibt sich daraus je nach Anzahl der Antriebs- und Lenkaktoren eine Überaktuierung des Systems.

Zur regelungstechnischen Nutzung der Überaktuierung wird ein Regler vorgestellt, der aus einer Systemebene, einer Allokation und einem Schätzer besteht. Auf Systemebene werden benötigte Kräfte aus Vorsteuerung, Kompensation und Beschleunigungsfehler berechnet. In der Allokation werden die berechneten Kräfte dann auf Antriebsmomente und Lenkwinkel umgesetzt. Zur Berücksichtigung verschiedener Effekte werden vom Schätzmodul in Echtzeit Größen bereitgestellt. Es stellt sich heraus, dass die Terramechanik, also die Interaktion zwischen Rad und Boden, eine besondere Rolle spielt. Um dem Rechnung zu tragen wurde ein echtzeitfähiges Bodenkontaktmodell für weichen Sand entwickelt, welches ebenfalls vorgestellt wird. Für Regler und Bodenmodell werden Ergebnisse aus der Simulation und auch erste Ergebnisse aus dem Labor gezeigt.