Lektion 2: Verständnis und Bau des Rocker-Bogie-Systems¶
In unserer vorherigen Lektion haben wir über die Mars-Rover und ihre grundlegende Struktur gelernt. Ein interessanter Aspekt, den wir bei der Betrachtung der Evolution der Mars-Rover feststellen, ist die Konstanz in ihrem Federungssystem. Trotz des technologischen Fortschritts wurden alle Rover von Sojourner bis Perseverance mit einem ähnlichen Typ von Federungssystem entworfen, das als Rocker-Bogie-System bekannt ist.
Aber warum halten sie am Rocker-Bogie-System fest, fragt man sich vielleicht? Welche Vorteile bietet dieses spezielle Design für die Mars-Erkundung?
In der heutigen Lektion werden wir tiefer in die Wissenschaft und Technik hinter dem Rocker-Bogie-System eintauchen und dann eines bauen.
Lasst uns auf diese spannende Ingenieurreise gehen!
Kursziele¶
Das Designprinzip des Rocker-Bogie-Federungssystems und seine Vorteile verstehen.
Lernen, wie man ein Grundmodell des Rocker-Bogie-Federungssystems entwirft und baut.
Grundlegende Physikprinzipien anwenden, um zu erklären, wie das Rocker-Bogie-Federungssystem komplexe Gelände meistert.
Kursmaterialien¶
Blaupausen und Referenzmaterialien (wie NASA Mars Rover-Designzeichnungen und Videos, die zeigen, wie das Rocker-Bogie-Federungssystem funktioniert)
Mars-Rover-Strukturbausatz
Grundwerkzeuge und Zubehör (z. B. Schraubendreher, Schrauben usw.)
Kursschritte¶
Schritt 1: Entschlüsselung des Rocker-Bogie-Systems
Das Rocker-Bogie-System ist wie eine Gebirgsziege der Mechanik – konzipiert, um alle Räder des Rovers am Boden zu halten, während er über raues und felsiges Gelände navigiert. Es ist speziell für die Bewältigung der unvorhersehbaren Landschaft des Mars gebaut, einschließlich steiler Anstiege und großer Felsbrocken. Dieses System verzichtet auf Federn und nutzt stattdessen die Geometrie seiner sechs Räder und deren Interaktion, um schwieriges Gelände zu bewältigen. Es ist ein glänzendes Beispiel dafür, wie intelligentes mechanisches Design Umwelthindernisse überwinden kann.
Lassen Sie uns in die zwei Hauptteile dieses Systems eintauchen – den „Rocker“ und den „Bogie“.
Der „Rocker“-Teil des Systems ist wie die zwei großen Gliedmaßen an beiden Seiten des Rovers. Diese Glieder, oder Rocker, verbinden sich miteinander und mit dem Körper des Rovers, oder Chassis, durch einen Mechanismus, der als Differenzial bekannt ist. Ähnlich wie zwei Beine beim Gehen, rotieren die Rocker in entgegengesetzte Richtungen relativ zum Chassis und sorgen dafür, dass die meisten Räder Kontakt zum Boden halten. Der Körper des Rovers behält den durchschnittlichen Winkel beider Rocker bei. Ein Ende eines Rockers verbindet sich mit einem Rad, während das andere Ende mit dem Bogie verbunden ist.
Der „Bogie“-Teil des Systems ist wie ein kleines, beinähnliches Wesen, das sich an den Rocker anschließt. Es ist ein kleineres Verbindungssystem, das sich in der Mitte zum Rocker hin dreht und an beiden Enden ein Rad hat.
Mit diesem Grundverständnis springen wir zum nächsten Schritt unseres Abenteuers.
Schritt 2: Das System in Aktion sehen
Unten ist ein GIF, das die einzigartigen Merkmale des Rocker-Bogie-Federungssystems zeigt und veranschaulicht, wie es Mars-Rovern ermöglicht, das herausfordernde Marsgelände zu bewältigen.
Nachdem wir das GIF gesehen haben, lasst uns diskutieren! Denkt über diese Fragen nach:
Warum denkst du, ist das Rocker-Bogie-Federungssystem für die Mars-Erkundung geeignet?
Kannst du beschreiben, wie das Rocker-Bogie-System in deinen eigenen Worten funktioniert?
Was sind die Schlüsselelemente des Rocker-Bogie-Systems, die den Rovern helfen, schwieriges Gelände zu bewältigen?
Fühle dich frei, deine Gedanken und Einsichten über das Rocker-Bogie-Federungssystem zu teilen.
Schritt 3: Bau es
Jetzt, wo wir über das Rocker-Bogie-System gelernt haben, ist es an der Zeit, unser eigenes zu bauen.
Materialien, die du benötigst:
GalaxyRVR-Kit
Grundwerkzeuge wie Schraubendreher und Schraubenschlüssel
Befolge die Schritte in der Montageanleitung des GalaxyRVR-Kits, um das Federungssystem des Rovers zu konstruieren.
Bitte beachte, dass Geduld und Präzision hier wesentlich sind, stelle sicher, dass du jedes Teil korrekt platzierst und fest sicherst.
Unterdessen diskutiere mit deinen Kollegen über das Design und die Funktion jedes Bauteils, das du zusammenbaust. Dies wird nicht nur beim Verständnis des Designs helfen, sondern auch bei seiner praktischen Anwendung in der Mars-Erkundung.
Denke daran, mach dir keine Sorgen, wenn du während des Zusammenbaus oder der Tests auf Probleme stößt. Das ist alles Teil des Ingenieurprozesses! Probleme zu lösen ist, wie wir lernen und Neues entwickeln.
Schritt 4: Zusammenfassung und Reflexion
Hast du während des Zusammenbaus des Federungssystems bemerkt, dass alle beweglichen Teile selbstsichernde Muttern verwenden? Hast du dich jemals gefragt, warum?
Selbstsichernde Muttern sind eine Art Befestigungselement, das einen Gummiring in einer gewöhnlichen Mutter enthält. Dieses Design stellt sicher, dass die montierten Teile durch Vibrationen während der Bewegung nicht leicht lockern und abfallen.
Darüber hinaus stellt es auch sicher, dass sich die Teile innerhalb eines bestimmten Bereichs drehen können.
Daher musst du während der Montage die Schraube und die selbstsichernde Mutter zuerst mit einer Steckdose und einem Schraubendreher festziehen und dann ein wenig lockern. Dies stellt sicher, dass zwischen den Teilen genügend Raum für freie Rotation besteht, ohne dass sie zu locker sind.
In dieser Lektion haben wir nicht nur über das Rocker-Bogie-System gelernt, sondern auch selbst eines gebaut. Darüber hinaus können wir manuell simulieren, wie es dem Mars-Rover ermöglicht, reibungslos über verschiedene raue Gelände zu fahren.
Mit diesem Wissen und dieser Erfahrung sind wir nun besser gerüstet, um tiefer in die unbekannten Reiche der Mars-Erkundung vorzudringen. Lassen Sie uns weiterhin die Geheimnisse des roten Planeten entschlüsseln.