Forschungsprojekt
Wandkletterroboter
Projektlaufzeit
2019–2022
Rolle und Beitrag
Projektleiter und Hauptentwickler (ca. 70 % Eigenanteil)
Eingesetzte Technologien und Kompetenzen
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Embedded-Hardware-Entwicklung (OrCAD: Schaltplan & PCB-Layout)
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Embedded-Software-Entwicklung (STM32: C mit RTOS)
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UI-Design & -Entwicklung unter Linux (Qt, QML)
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Mechanische Konstruktion (CAD: CATIA)
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Robot Operating System 2 (ROS 2)
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Regelungstechnik & Simulation
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Wissenschaftliches Publizieren (IEEE)
Einführung
Die Entwicklung eines Wandkletterroboters war mein erstes Forschungsprojekt im Rahmen des integrierten Master- und Promotionsstudiums. Ziel war die Inspektion schwer zugänglicher Bereiche in Gefahrenumgebungen (z. B. Kernkraftwerke), in denen der Einsatz von Menschen zu riskant wäre.
Phase 1 (2019–2020) – Wandkletterroboter mit Hebe-Drohne
Der Wandkletterroboter nutzte einen Impeller zur Erzeugung von Unterdruck für die Wandhaftung, gesteuert von einem STM32-Mikrocontroller. Für den Roboter wurde eine Leiterplatte (PCB) entwickelt, die die Übertragung von Befehls- und Telemetriedaten über ein HF-Modul ermöglichte.
Die einteilige, radgetriebene Konstruktion der ersten Version konnte jedoch keine Hindernisse wie Kabelkanäle oder Rohre auf der Oberfläche überwinden. Daher wurde ein System mit einer „Hebe-Drohne“ (Elevator-Drohne) entwickelt, welche den Wandkletterroboter greift und an einer gewünschten Position anbringt.
Version 1 of the Wall-Climbing Robot and its Telemetry Monitor UI using Qt (Feb 2020)
Five Phases of Using an Elevator Drone to Attach the Wall-Climbing Robot (Feb 2020)
Phase 2 (2020–2022) – Zwei-Einheiten-Wandkletterroboter
Als zweite Version wurde ein Zwei-Einheiten-Wandkletterroboter entwickelt, der durch ein Gelenk verbunden ist, um das Überwinden von Hindernissen zu erleichtern. Ich entwickelte einen „passiven Gelenkmechanismus“, bei dem der Winkel zwischen den beiden Einheiten aerodynamisch durch den Schub der Impeller gesteuert wird.
Um das Gewicht zu minimieren, wurde die Leiterplatte (PCB) so entworfen, dass sie gleichzeitig als Strukturrahmen (Chassis) des Roboters dient. Das System integriert ein Raspberry Pi Compute Module, auf dem Linux mit ROS 2 für die übergeordnete Datenverarbeitung läuft, während die Echtzeitsteuerung vom STM32-Mikrocontroller übernommen wird.
Der Steuerungsalgorithmus nutzt einen PD-Regler mit Vorsteuerung, womit erfolgreiche Inspektionen in verschiedenen industriellen Umgebungen demonstriert wurden. Die Forschungsergebnisse wurden in der peer-reviewed Fachzeitschrift IEEE Access veröffentlicht.
In CATIA V5 konstruierte Roboter-Hardware (2021)
Integriertes PCB-Chassis: Leiterplatte als Hauptstrukturrahmen (Apr. 2021)
Zwei-Einheiten-Wandkletterroboter mit passivem Gelenkmechanismus (Version 2) (Jan. 2022)
Hindernisüberwindung mittels passivem Gelenkmechanismus (Feb. 2022)
Wandinspektion mittels Linienlaser und Kamera (Jan. 2022)