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Modellierung mit Maplesim Grip-Simulation von Weltraumfahrzeugen

| Redakteur: Luca Meister

Die Weltraumforschung konzentriert sich bei der Erkundung von Planeten auf die Hilfe mobiler Roboter. Unbemannte Fahrzeuge wie z.B. der Nasa-Rover «Curiosity» werden entwickelt, um die Oberflächen von Mond, Mars oder sogar Asteroiden zu erkunden. Ein kanadisches Forscher-Team befasst sich spezifisch mit der Berührung von Fahrzeug und Oberfläche und setzt dafür die Software «Maplesim» ein.

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Modell des kanadischen Rovers «Juno».
Modell des kanadischen Rovers «Juno».
(Bild: Maplesoft)

mei. An der in der Nähe von Toronto gelegenen University of Waterloo werden die Interaktionen zwischen Fahrzeugantrieben von Weltraumfahrzeugen und weichen Böden untersucht. Dafür müssen präzise Modelle der Räder erstellt werden. Da bei einem Verlust der Traktion während einer Erkundung die Gefahr besteht, dass das Fahrzeug stecken bleibt und folglich die gesamte Mission gefährdet, ist fundiertes Wissen über die Interaktion zwischen Rad und Boden zwingend erforderlich.

Das Team um Willem Petersen, Forscher der Motion Research Group, und John McPhee, Professor für Systementwicklung, arbeitet mit der kanadischen Raumfahrtbehörde CSA zusammen und hat für diesen Entwicklungsprozess «Maplesim» im Einsatz, ein Werkzeug zur physikalischen Modellierung vom Softwarehersteller Maplesoft.

Dynamisches Multibody-Modell

Die Forscher haben erkannt, dass der symbolische Ansatz von Maplesim ihnen hilft, sehr genaue Modelle zu erzeugen, mit denen sich die Simulationen in Echtzeit oder sogar noch schneller durchführen lassen. Im Vergleich zu ähnlichen Modellen aus herkömmlichen Modellierungswerkzeugen erlaubt dieser Ansatz schnellste Simulationen.

Mit Maplesim und der «Maplesim Tire Library» haben Petersen und Prof. McPhee ein symbolisches, dynamisches Multibody-Modell des Rovers «Juno» der CSA erzeugt, das ein neuartiges Modell der Interaktion zwischen Rad und Boden einschliesst. Das Modell von Juno legt sich direkt über die Struktur des physikalischen Systems und besteht aus einem Hauptchassis, einem Fahrwerk mit Pendelachsen und vier Reifen. Das Fahrwerk mit drei untereinander verbundenen Wippen ermöglicht es den beiden Reifen auf jeder Seite des Fahrzeugs, sich relativ zum Fahrzeug zu bewegen. Dadurch wird die Last gleichmässig auf die vier Räder verteilt und das Chassis bleibt auch dann in einer horizontalen Lage, wenn sich das Fahrzeug über unebenes Gelände bewegt und dabei grosse Hindernisse überwindet.

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