Robotics

# Opbouw van ground robots Dit deel van het document beschrijft de algemene structuur en componenten van grondrobots, met een focus op de hardware- en softwarelagen en hun besturing. ### 1.1 Algemene architectuur van grondrobots Grondrobots kunnen over het algemeen worden opgedeeld in een hardwarelaag en een softwarelaag. Deze lagen zijn essentieel voor zowel de fysieke interactie met de omgeving als de intelligente verwerking van informatie en besluitvorming [16](#page=16) [2](#page=2) [6](#page=6). #### 1.1.1 Hardwarelaag De hardwarelaag omvat alle fysieke componenten van de robot die verantwoordelijk zijn voor waarneming, beweging en interactie. Dit kan bestaan uit sensoren, actuatoren en de fysieke structuur van de robot [16](#page=16) [2](#page=2) [6](#page=6). * **Sensoren:** Deze componenten verzamelen informatie uit de omgeving. Voorbeelden hiervan zijn lidars (zoals de LDS-02 / 2D lidar) voor het meten van afstanden en het creëren van kaarten, en mogelijk andere sensoren voor het detecteren van obstakels, positie of omgevingscondities [6](#page=6). * **Actuatoren:** Dit zijn de componenten die beweging mogelijk maken, zoals motoren, wielen of andere mechanismen om de robot voort te bewegen of armen te manipuleren [6](#page=6). * **Controle-eenheden:** De robot bevat ook fysieke verwerkingshardware, zoals een Raspberry Pi 5 (RPI5) of een Open CR controller, die de directe aansturing van de sensoren en actuatoren mogelijk maakt [6](#page=6). * **Stroomvoorziening:** Batterijen, zoals Lithium-ion 3s batterijen, leveren de benodigde energie voor de robot [6](#page=6). #### 1.1.2 Softwarelaag De softwarelaag is verantwoordelijk voor het verwerken van de door de hardware verzamelde data, het nemen van beslissingen en het aansturen van de robot. Deze laag kan verder worden onderverdeeld in verschillende niveaus van controle en verwerking [16](#page=16) [2](#page=2) [6](#page=6). * **Low-level controlling:** Dit niveau is verantwoordelijk voor de directe aansturing van de hardware, zoals het regelen van de snelheid van motoren of het uitlezen van ruwe sensor data. De Dynamixel motoren zijn hier een voorbeeld van componenten die op dit niveau worden aangestuurd [16](#page=16) [6](#page=6). * **High-level processing:** Dit niveau behandelt complexere taken zoals het interpreteren van sensorinformatie, navigatieplanning, objectherkenning en besluitvorming. Hier worden algoritmes toegepast om de robot autonoom te laten functioneren [16](#page=16) [6](#page=6). * **Robot Operating System (ROS):** ROS is een veelgebruikt framework in de robotica dat communiciatie tussen verschillende softwarecomponenten faciliteert en een gestandaardiseerde manier biedt om robotsoftware te ontwikkelen [16](#page=16) [6](#page=6). * **Aanvullende softwarecomponenten:** Afhankelijk van de specifieke toepassing, kunnen er gespecialiseerde softwaremodules of controllers worden geïntegreerd, zoals APEX.AI of controllers van fabrikanten als IFM en Nuvo [16](#page=16). > **Tip:** Het onderscheid tussen de hardware- en softwarelaag, en de verdere onderverdeling van de software in low-level en high-level processing, is cruciaal voor het begrijpen van hoe een grondrobot functioneert en hoe deze wordt bestuurd. #### 1.1.3 Besturing en Autonomie De architectuur van een grondrobot is ontworpen om autonome operatie mogelijk te maken. Dit betekent dat de robot in staat is om zonder constante menselijke tussenkomst te navigeren, taken uit te voeren en te reageren op zijn omgeving. Dit wordt bereikt door een synergie tussen de sensoren die data verzamelen, de software die deze data analyseert en beslissingen neemt, en de actuatoren die de beweging uitvoeren [16](#page=16) [2](#page=2) [6](#page=6). #### 1.1.4 Voorbeeld: Turtlebot3 De Turtlebot3 is een specifiek voorbeeld van een grondrobot die deze algemene opbouw demonstreert. Het toont de integratie van een hardwarelaag met componenten zoals lidars en motoren, en een softwarelaag die gebruik maakt van ROS voor de besturing en autonome functionaliteit [6](#page=6). > **Example:** Een typische workflow voor een grondrobot kan er als volgt uitzien: de lidar meet de afstand tot obstakels (hardware), deze data wordt verwerkt door ROS en navigatiealgoritmes (software high-level) om een pad te plannen, en vervolgens stuurt de low-level control de motoren aan (hardware) om het pad te volgen [16](#page=16) [6](#page=6). --- # TurtleBot3 specificaties Dit gedeelte beschrijft de gedetailleerde hardwarecomponenten van de TurtleBot3, een veelzijdig open-source robotplatform voor educatie en onderzoek [5](#page=5). ### 2.1 Algemene architectuur De TurtleBot3 is opgebouwd uit een hardwarelaag en een softwarelaag. De hardwarelaag omvat sensoren en actuatoren, aangestuurd door de Raspberry Pi 5 en de OpenCR controller. De softwarelaag, grotendeels gebaseerd op ROS (Robot Operating System), verwerkt de data van de sensoren en stuurt de actuatoren aan voor zowel laag-niveau controle als hoog-niveau verwerking [6](#page=6). ### 2.2 Raspberry Pi 5 (RPI5) De Raspberry Pi 5 fungeert als de hoofdcomputer van de TurtleBot3 en is uitgerust met krachtige specificaties voor verwerking en connectiviteit [7](#page=7). #### 2.2.1 Processor en geheugen * **Processor:** Broadcom BCM2712, een 2.4 GHz quad-core 64-bit ARM Cortex-A76 CPU met cryptografische extensies, 512 KB per-core L2-caches en een 2 MB gedeelde L3-cache [7](#page=7). * **Grafische processor (GPU):** VideoCore VII GPU, die OpenGL ES 3.1 en Vulkan 1.2 ondersteunt [7](#page=7). * **Video-uitvoer:** Ondersteunt dual 4Kp60 HDMI-display met HDR, en een 4Kp60 HEVC decoder [7](#page=7). * **RAM:** LPDDR4X-4267 SDRAM, beschikbaar in configuraties van 2GB, 4GB, 8GB en 16GB [7](#page=7). #### 2.2.2 Connectiviteit * **Draadloos:** Dual-band 802.11ac Wi-Fi® en Bluetooth 5.0/Bluetooth Low Energy (BLE) [7](#page=7). * **Opslag:** microSD-kaartsleuf met ondersteuning voor high-speed SDR104-modus [7](#page=7). * **USB:** 2x USB 3.0-poorten met gelijktijdige 5Gbps-operatie, en 2x USB 2.0-poorten [7](#page=7). * **Netwerk:** Gigabit Ethernet met PoE+-ondersteuning (vereist een aparte PoE+ HAT) [7](#page=7). * **Camera/Display:** 2x 4-lane MIPI camera/display transceivers [7](#page=7). * **PCIe:** PCIe 2.0 x1-interface voor snelle randapparatuur (vereist een aparte M.2 HAT of adapter) [7](#page=7). * **Voeding:** 5V/5A DC-voeding via USB-C met Power Delivery-ondersteuning [7](#page=7). * **Expansie:** Raspberry Pi standaard 40-pin header [7](#page=7). * **Extra functies:** Real-time clock (RTC) gevoed door een externe batterij, en een aan/uit-knop [7](#page=7). ### 2.3 OpenCR controller De OpenCR (Open-source ControlR) is een microcontroller-gebaseerd bord dat dient als de primaire besturingseenheid voor de actuatoren en het verzamelen van sensorinformatie op laag niveau [6](#page=6) [8](#page=8). #### 2.3.1 Microcontroller en sensoren * **Microcontroller:** STM32F746ZGT6, een 32-bit ARM Cortex®-M7 met FPU, werkend op 216MHz met 462DMIPS [9](#page=9). * **Sensoren:** * Voorheen: MPU9250 (3-assige gyroscoop, 3-assige accelerometer, 3-assige magnetometer) [9](#page=9). * Huidig: ICM-20648 (3-assige gyroscoop, 3-assige accelerometer, digitale bewegingsprocessor) [9](#page=9). #### 2.3.2 Programmering en connectiviteit * **Programmering:** ARM Cortex 10-pin JTAG/SWD-connector en USB Device Firmware Upgrade (DFU) [9](#page=9). * **Digitale I/O:** 32 pins (14 links, 18 rechts), compatibel met Arduino [9](#page=9). * **Specifieke poorten:** 5-Pin OLLO x 4, GPIO x 18 pins, PWM x 6, I2C x 1, SPI x 1 [9](#page=9). * **Analoge ingangen:** Maximaal 6 ADC-kanalen met 12-bit resolutie [9](#page=9). #### 2.3.3 Communicatiepoorten * **USB:** 1x Micro-B USB-connector (USB 2.0, Host/Peripheral/OTG) [10](#page=10). * **Dynamixel-poorten:** 3x TTL (B3B-EH-A) en 3x RS485 (B4B-EH-A) [10](#page=10). * **UART:** 2x (20010WS-04) [10](#page=10). * **CAN:** 1x (20010WS-04) [10](#page=10). #### 2.3.4 LEDs, knoppen en voeding * **LEDs:** LD2 (rood/groen voor USB-communicatie), 4x User LEDs (LD3-LD6), en LD1 (rood, 3.3V voeding aan) [10](#page=10). * **Knoppen:** 2x User buttons, 1x Reset button (voor power reset), en 1x Power on/off switch [10](#page=10). * **Voeding ingangen:** 5V (USB VBUS), 5-24V (batterij of SMPS) [10](#page=10). * Standaard batterij: LI-PO 11.1V, 1800mAh, 19.98Wh [10](#page=10). * Standaard SMPS: 12V, 4.5A [10](#page=10). * **RTC batterijpoort:** Molex 53047-0210 [10](#page=10). * **Voeding uitgangen:** 12V max 4.5A, 5V max 4A, 3.3V @ 800mA [10](#page=10). * **Afmetingen en gewicht:** 105(B) x 75(D) mm, 60g [10](#page=10). ### 2.4 Wiel aandrijving De wielaandrijving van de TurtleBot3 maakt gebruik van motoren met geïntegreerde positie-encodermogelijkheden voor precieze bewegingscontrole [11](#page=11). * **MCU:** ARM Cortex-M3 (72 MHz, 32-bit) [11](#page=11). * **Positie Sensor:** Contactloze absolute encoder (12-bit, 360 graden) van ams (AS5601) [11](#page=11). * **Motor:** Coreless motor [11](#page=11). * **Baud Rate:** 9,600 bps tot 4.5 Mbps [11](#page=11). * **Control Algorithm:** PID-regeling [11](#page=11). * **Resolutie:** 4096 pulsen per omwenteling [11](#page=11). * **Werkingsmodi:** Snelheidsregeling, Positieregeling (0-360 graden), Uitgebreide Positieregeling (multiturn), en PWM-regeling (spanningsregeling) [11](#page=11). * **Gewicht:** 65 gram [11](#page=11). ### 2.5 2D Lidar De TurtleBot3 is uitgerust met een 2D Lidar-sensor voor het scannen van de omgeving en het bepalen van afstanden [12](#page=12) [6](#page=6). #### 2.5.1 Elektrische en optische specificaties * **Bedrijfsspanning:** 5V DC ± 10% [12](#page=12). * **PWM Frequentie:** 10-30 KHz (blokgolf, hoog: 3.3V, laag: 0V) [12](#page=12). * **PWM Duty Cycle:** 0-100% [12](#page=12). * **Laser Golflengte:** Laagvermogen infraroodlaser (λ=793 nm) [12](#page=12). * **Laser Veiligheid:** Klasse I, conform 21 CFR 1040.10 en 1040.11 [12](#page=12). * **Stroomverbruik:** 240 mA (opstartstroom 400 mA) [12](#page=12). * **Omgevingslicht weerstand:** 25,000 lux [12](#page=12). * **Levensduur:** 1,000 uur [12](#page=12). * **Bedrijfstemperatuur:** -10 tot 40 °C [12](#page=12). * **Opslagtemperatuur:** -30 tot 70 °C [12](#page=12). * **Afmetingen:** 70(W) x 90(D) x 42(H) mm [12](#page=12). * **Massa:** 131 gram [12](#page=12). #### 2.5.2 Meetbereik en prestaties * **Afstandsbereik:** 160 tot 8,000 mm [12](#page=12) [13](#page=13). * **Afstandsnauwkeurigheid:** ±10 mm (160-300 mm) [13](#page=13). * **Afstandsnauwkeurigheid:** ±3.0% (300-6,000 mm) [13](#page=13). * **Afstandsprécisie:** ±5.0% (6,000-8,000 mm) [13](#page=13). * **Scanfrequentie:** 5 Hz of hoger [13](#page=13). * **Hoekbereik:** 360 ° [13](#page=13). * **Hoekresolutie:** 1 ° [13](#page=13). * **Sampling Rate:** 2.3 kHz (vast) [12](#page=12). * **Interface:** 3.3V USART (115200 bps, 8 databits, geen pariteit, 1 stopbit), Tx Only [12](#page=12). ### 2.6 Batterij De TurtleBot3 wordt aangedreven door een lithium-ion batterij die beveiligingscircuits bevat [14](#page=14) [6](#page=6). * **Gewicht:** 106 gram [14](#page=14). * **Afmetingen:** 88mm x 35mm x 26mm [14](#page=14). * **Voltage:** 11.1V (3S) [14](#page=14). * **Capaciteit:** 1800mAh [14](#page=14). * **Ontlaadsnelheid:** 5C [14](#page=14). * **Extra functies:** Ingebouwd PCM (PCM built-in) ter bescherming tegen overladen, ontladen en overstroom [14](#page=14). --- # Overige robotplatforms Hieronder volgt een gedetailleerde samenvatting over andere robotplatforms, gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 3. Overige robotplatforms Dit deel van de studiehandleiding introduceert alternatieve robotplatforms, zoals de Golfkar en RBCAR, om de veelzijdigheid in toepassingen en configuraties te illustreren. ### 3.1 De Golfkar als Robotplatform De Golfkar wordt gepresenteerd als een voorbeeld van een robotplatform dat aangepast kan worden voor autonome toepassingen [15](#page=15). **Hardware- en softwarelagen** Het document schetst een architectuur die de hardware- en softwarelagen van een dergelijk platform onderscheidt [16](#page=16). * **Hardware laag:** Omvat de fysieke componenten zoals sensoren en actuatoren, die direct interageren met de omgeving [16](#page=16). * **Software laag:** Bestaat uit meerdere niveaus, van laag-niveau aansturing tot hoog-niveau verwerking. Specifieke software frameworks zoals ROS (Robot Operating System) en APEX.AI worden genoemd als mogelijke implementaties voor deze laag. Controllers, zoals die van IFM, kunnen ook deel uitmaken van de laag-niveau aansturing [16](#page=16). > **Tip:** Begrijpen hoe de hardware- en softwarelagen gestructureerd zijn, is essentieel voor het ontwikkelen en implementeren van autonome systemen op verschillende robotplatforms. ### 3.2 Het RBCAR Robotplatform Het RBCAR platform wordt eveneens genoemd als een specifiek robotplatform dat in deze context relevant is [17](#page=17). > **Tip:** De vermelding van verschillende platforms zoals de Golfkar en RBCAR benadrukt dat de principes van robotica en autonome systemen toepasbaar zijn op een breed scala aan hardware configuraties. ### 3.3 Componenten Het document verwijst naar "Componenten" in relatie tot deze platforms wat impliceert dat de specifieke samenstelling en integratie van componenten cruciaal is voor de functionaliteit van elk robotplatform. Hoewel de specifieke componenten niet verder worden uitgewerkt op de genoemde pagina's, is het duidelijk dat deze de basis vormen van elk robotplatform [19](#page=19). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Ground robot | Een robot die ontworpen is om zich over de grond voort te bewegen, vaak uitgerust met wielen, rupsbanden of poten. | | TurtleBot3 | Een veelgebruikt open source platform voor robotica-onderwijs en onderzoek, dat de Robot Operating System (ROS) ondersteunt en diverse sensoren bevat. | | ROS (Robot Operating System) | Een flexibele framework voor het schrijven van robotsoftware. Het bestaat uit een verzameling tools en bibliotheken die de ontwikkeling van complexe robotapplicaties vereenvoudigen. | | LIDAR | Light Detection and Ranging, een methode voor afstandmeting en beeldvorming waarbij laserlicht wordt gebruikt om de afstand tot objecten te bepalen en een 3D-kaart van de omgeving te creëren. | | SLAM | Simultaneous Localization and Mapping, een techniek die een robot in staat stelt om gelijktijdig zijn positie te bepalen binnen een bekende of onbekende omgeving, terwijl hij een kaart van die omgeving opbouwt. | | AI | Artificial Intelligence (kunstmatige intelligentie), het vermogen van computers of machines om taken uit te voeren die normaal menselijke intelligentie vereisen, zoals leren, probleemoplossing en besluitvorming. | | Hardware layer | Het fysieke gedeelte van een robot, bestaande uit componenten zoals processors, sensoren, actuatoren en aandrijfsystemen. | | Software layer | Het gedeelte van een robot dat bestaat uit de instructies en programma"s die de hardware besturen en de intelligentie van de robot bepalen, inclusief besturingssystemen en algoritmes. | | Raspberry Pi 5 (RPI5) | Een kleine, goedkope computer die veelzijdig inzetbaar is, met een krachtige processor en diverse aansluitmogelijkheden, vaak gebruikt als de centrale processor in robots. | | OpenCR | Een open-source controllerbord voor robots, uitgerust met een krachtige microcontroller en diverse interfaces voor sensoren en actuatoren, specifiek ontworpen voor platformen zoals de TurtleBot3. | | Dynamixel | Een type intelligente servomotoren die veel gebruikt worden in robotica vanwege hun programmeerbaarheid, feedbackmogelijkheden en daisy-chaining functionaliteit. | | Lithium-ion batterij | Een oplaadbare batterijtechnologie die een hoge energiedichtheid biedt en vaak wordt gebruikt als stroombron voor mobiele robots. | | Encoderwielen | Wielen uitgerust met encoders die de draaibeweging meten, essentieel voor het bepalen van de afgelegde afstand en snelheid van een robot. | | Gyroscoop | Een sensor die hoeksnelheid meet, essentieel voor het bepalen van de oriëntatie en stabiliteit van een robot. | | Accelerometer | Een sensor die versnelling meet, nuttig voor het detecteren van beweging, oriëntatie en schokken. | | Magnetometer | Een sensor die magnetische velden meet, vaak gebruikt om het magnetische veld van de aarde te detecteren voor richtingbepaling (kompas). | | Microcontroller | Een kleine computer op een enkele geïntegreerde schakeling, ontworpen om specifieke taken uit te voeren binnen een ingebed systeem zoals een robot. | | ARM Cortex-M7 | Een familie van 32-bit microcontrollers ontworpen door ARM Holdings, bekend om hun hoge prestaties en energie-efficiëntie, vaak gebruikt in embedded systemen. | | PID control | Proportioneel-integraal-afgeleide regeling, een veelgebruikte control loop feedback mechanisme in technische systemen, waaronder robotica, om de output te regelen op basis van de fout tussen een gewenste en gemeten waarde. | | 2D Lidar | Een type lidar-sensor dat de omgeving scant in een plat vlak (2D) om afstanden te meten en een gedetailleerde kaart te creëren van obstakels en de omgeving. | | USART | Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter, een hardwarecommunicatiepoort die seriële communicatie tussen apparaten mogelijk maakt. | | PWM | Pulse-Width Modulation (pulsbreedtemodulatie), een techniek om de gemiddelde spanning van een signaal te regelen door de breedte van de puls aan te passen, vaak gebruikt voor motorbesturing. | | Battery | Een apparaat dat chemische energie omzet in elektrische energie om een robot van stroom te voorzien. | | Autonomous | Verwijst naar systemen die zonder menselijke tussenkomst kunnen opereren, plannen en beslissingen kunnen nemen om doelen te bereiken. | | IFM Controller | Een controller die mogelijk door IFM Electronic wordt geleverd, gespecialiseerd in industriële automatisering en sensortechnologie, mogelijk gebruikt voor specifieke robotbesturingstaken. | | Nuvo | Mogelijk een referentie naar een specifieke robotica-onderdeel of een softwareplatform, afhankelijk van de context, dat bijdraagt aan de verwerking op hoog niveau. | | Golfkar robot | Een robot die is gebaseerd op de structuur van een golfkar, aangepast voor autonome navigatie en mogelijk voor toepassingen zoals het vervoeren van golfuitrusting of personen in een gecontroleerde omgeving. | | RBCAR | Een robotplatform dat mogelijk een schaalmodel of een specifieke configuratie van een auto vertegenwoordigt, ontworpen voor onderzoek of demonstratie van autonome rijtechnologieën. |

# 2D en 3D geometrie en transformaties Dit onderwerp behandelt de fundamentele concepten van 2D en 3D geometrie, waaronder punten, lijnen en vlakken, en verkent verschillende transformaties zoals rotatie, translatie en scaling, met behulp van methoden zoals rotatiematrices, Euler-hoeken en quaternions [2](#page=2). ### 1.1 Fundamentele geometrische concepten #### 1.1.1 Punten Punten in 2D en 3D worden beschouwd als kolomvectoren. Een 3D-punt kan worden weergegeven als [3](#page=3): $$ V = \begin{pmatrix} x \\ y \\ z \\ 1 \end{pmatrix} $$ Deze punten zijn de basisbouwstenen voor lijnen, vlakken en vormen [3](#page=3). #### 1.1.2 Lijn (Line) Een lijn in 2D of 3D is gedefinieerd door twee punten, $p_1$ en $p_2$, of als een vector $v = p_2 - p_1$. De richtingsvector geeft de oriëntatie van de lijn aan [4](#page=4). #### 1.1.3 Vlak (Plane) Een vlak is een plat, tweedimensionaal oppervlak in de driedimensionale ruimte [5](#page=5). ### 1.2 Transformaties Transformaties zijn functies die punten of vectoren afbeelden op andere punten of vectoren [6](#page=6). #### 1.2.1 Transformatie van geometrische objecten * **Lijnen:** Kunnen worden getransformeerd door hun eindpunten te transformeren [6](#page=6). * **Vlakken (beschreven door 3 punten):** Kunnen worden getransformeerd door de drie punten te transformeren [6](#page=6). * **Vlakken (beschreven door een punt en normaal):** Het punt wordt getransformeerd zoals gebruikelijk, maar de normaalvector vereist speciale behandeling [6](#page=6). #### 1.2.2 Lineaire transformaties in 2D Lineaire transformaties behouden de oorspronkelijke data; de uitkomst is gelijk aan de input in termen van dimensionaliteit. Een eenheidsmatrix wordt gebruikt voor transformatiematrices [7](#page=7). ##### 1.2.2.1 Scaling Scaling is een transformatie die de grootte van een object verandert [8](#page=8). ##### 1.2.2.2 Shearing Shearing (afschuiving) is een transformatie die een object vervormt door het in één richting te "duwen". De off-diagonale elementen van de transformatiematrix regelen de mate van afschuiving [9](#page=9). #### 1.2.3 Transformaties in 2D en 3D Transformaties kunnen een combinatie zijn van een rotatiegedeelte, vaak gerepresenteerd door een rotatiematrix, en een translatiegedeelte [11](#page=11) [13](#page=13). ##### 1.2.3.1 Translatie Translatie verplaatst een object zonder de oriëntatie of grootte te veranderen [12](#page=12). ##### 1.2.3.2 Rotatie Rotatie verandert de oriëntatie van een object rond een bepaald punt of as [13](#page=13). ##### 1.2.3.3 Combinatie van transformaties Een transformatie kan ook een combinatie zijn van translatie en rotatie [14](#page=14). #### 1.2.4 3D Affiene Transformatie Een 3D affiene transformatie wordt gedefinieerd als: $$ x' = a_{xx} x + a_{xy} y + a_{xz} z + b_x \\ y' = a_{yx} x + a_{yy} y + a_{yz} z + b_y \\ z' = a_{zx} x + a_{zy} y + a_{zz} z + b_z $$ De vierde rij voor een affiene transformatie is altijd $[0 \ 0 \ 0 \ 1]$ [15](#page=15). Eigenschappen van affiene transformaties zijn onder andere: * Ze omvatten vertalen, schalen, afschuiven en rotatie (of combinaties daarvan) [15](#page=15). * Lijnen en vlakken blijven behouden [15](#page=15). * Parallelisme van lijnen en vlakken blijft behouden, maar hoeken en lengtes niet [15](#page=15). #### 1.2.5 Rotatiematrices in 3D Rotatiematrices worden gebruikt om rotaties rond de assen te beschrijven. Er zijn specifieke matrices voor rotatie rond de z-as, x-as en y-as. Rotaties rond alle assen gecombineerd kunnen ook worden weergegeven met een gecombineerde rotatiematrix [16](#page=16) [17](#page=17). > **Tip:** Het is essentieel om de formules voor rotatiematrices rond elke as te memoriseren, aangezien deze vaak voorkomen in examens. > **Tip:** Begrijp de eigenschappen van affiene transformaties goed; dit helpt bij het analyseren van de effecten van verschillende transformaties op geometrische objecten. #### 1.2.6 Methoden voor rotatie en oriëntatie Naast rotatiematrices worden ook de volgende methoden gebruikt voor rotatie en het beschrijven van oriëntaties: * As-hoek representatie (Axis-Angle) [2](#page=2). * Quaternions [2](#page=2). * Euler-hoeken [2](#page=2). --- # Euler-hoeken en Quaternions als representaties Dit deel behandelt de representatie van rotaties in 3D, waarbij de beperkingen van Euler-hoeken en de voordelen van quaternions worden besproken [19](#page=19). ### 2.1 Euler-hoeken Euler-hoeken bieden een intuïtieve, menselijk verstaanbare manier om rotaties in 3D te beschrijven. Ze worden vaak geassocieerd met een reeks van drie rotaties om de assen van een coördinatensysteem, typisch in de volgorde roll, pitch en yaw [19](#page=19) [20](#page=20). #### 2.1.1 De componenten van Euler-hoeken * **Roll:** De rotatie rond de X-as [20](#page=20). * **Pitch:** De rotatie rond de Y-as [20](#page=20). * **Yaw:** De rotatie rond de Z-as [20](#page=20). De kleuren die aan deze rotaties worden toegekend, zijn vaak gestandaardiseerd [20](#page=20). #### 2.1.2 Problemen met Euler-hoeken Het belangrijkste nadeel van Euler-hoeken is het fenomeen **gimbal lock**. Gimbal lock treedt op wanneer twee rotatieassen samenvallen, bijvoorbeeld wanneer de pitch 90 graden bedraagt. In zo'n situatie verliest het systeem een graad van vrijheid; de yaw- en roll-rotaties worden equivalent, waardoor onafhankelijke rotatie niet meer mogelijk is. Dit is een gevolg van de topologische beperkingen inherente aan Euler-hoeken [21](#page=21) [22](#page=22). Daarnaast is de volgorde waarin de rotaties worden toegepast cruciaal en zal een andere volgorde leiden tot een ander eindresultaat [21](#page=21). > **Tip:** Hoewel intuïtief, is het belangrijk om de potentiële problemen van gimbal lock te kennen bij het implementeren van rotaties met Euler-hoeken. ### 2.2 Quaternions als oplossing Quaternions bieden een elegante oplossing voor het probleem van gimbal lock dat optreedt bij Euler-hoeken [23](#page=23). #### 2.2.1 Representatie van een rotatie Een quaternion stelt een rotatie voor door middel van vier waarden [23](#page=23): * Een 3D vector bestaande uit de componenten $x, y, z$ [23](#page=23). * Een scalaire component $w$ [23](#page=23). Een quaternion wordt formeel vaak geschreven als $q = w + xi + yj + zk$, waarbij $i, j, k$ de imaginaire eenheden zijn die voldoen aan de regels van Hamilton [niet expliciet genoemd in de document content, maar standaard kennis. #### 2.2.2 Voordelen van Quaternions Quaternions bieden diverse voordelen ten opzichte van andere rotatierepresentaties, zoals rotatiematrices en Euler-hoeken [23](#page=23): * **Compactheid:** Ze vereisen slechts 4 waarden voor de representatie van een rotatie, vergeleken met de 9 waarden van een 3x3 rotatiematrix [23](#page=23). * **Efficiënte compositie:** Het samenstellen van meerdere rotaties (het opeenvolgen van rotaties) is zeer eenvoudig door middel van quaternionvermenigvuldiging ($q_{nieuw} = q_2 \times q_1$). Dit is computationeel efficiënt [23](#page=23). * **Vermijding van gimbal lock:** Quaternions zijn niet onderhevig aan gimbal lock, wat ze een robuustere keuze maakt voor complexe rotatietaken [23](#page=23). #### 2.2.3 Nadelen van Quaternions Het belangrijkste nadeel van quaternions is dat ze minder intuïtief zijn voor menselijke visualisatie in vergelijking met Euler-hoeken [23](#page=23). #### 2.2.4 Toepassingen en Omrekening Quaternions worden onder andere toegepast in robotica-frameworks zoals ROS. De omrekening van Euler-hoeken naar quaternions en vice versa is wiskundig goed gedefinieerd. Er bestaan ook bibliotheken in programmeertalen zoals Python die deze conversies faciliteren [24](#page=24). > **Tip:** Hoewel minder intuïtief, is het beheersen van quaternions essentieel voor het werken met moderne 3D-systemen vanwege hun efficiëntie en robuustheid, met name in de context van robotica en computer graphics. --- # Robot frames en transformatiebeheer met tf2 en URDF Dit onderwerp behandelt het beheer van coördinatensystemen in robots met behulp van de ROS tf2-bibliotheek en de beschrijving van robotstructuren met URDF. ## 3 Robot frames en transformatiebeheer met tf2 en URDF Het beheer van coördinatensystemen (frames) en hun relatieve transformaties is cruciaal in robotica. De tf2-bibliotheek in ROS is de standaard voor het bijhouden van deze frame-relaties door de tijd heen. Het Unified Robot Description Format (URDF) wordt gebruikt om de fysieke structuur van een robot, inclusief zijn onderdelen en verbindingen, te beschrijven [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32). ### 3.1 tf2: het transformatiebeheer in ROS #### 3.1.1 Wat is tf2? TF2 is de tweede generatie van de transformatiebibliotheek in ROS. Het stelt gebruikers in staat om meerdere coördinatenframes die in de loop van de tijd veranderen, bij te houden en te beheren. TF2 onderhoudt de relaties tussen deze coördinatenframes in een boomstructuur die tijdelijk is gebufferd. Dit maakt het mogelijk om punten, vectoren en andere data te transformeren tussen elk gewenst paar coördinatenframes op elk gewenst tijdstip [26](#page=26). #### 3.1.2 Waarom tf2 gebruiken? Een robotsysteem kent doorgaans vele 3D-coördinatenframes die dynamisch zijn, zoals een wereldframe, een basisframe van de robot, een grijperframe, of een hoofdframe. TF2 automatiseert het bijhouden van deze frames door de tijd heen, waardoor complexe vragen beantwoord kunnen worden, zoals [27](#page=27): * Waar was het hoofdframe ten opzichte van het wereldframe 5 seconden geleden [27](#page=27)? * Wat is de houding van een object in de grijper ten opzichte van de robotbasis [27](#page=27)? * Wat is de huidige pose van het basisframe in het kaartframe [27](#page=27)? Een belangrijk voordeel van tf2 is de mogelijkheid om te opereren in gedistribueerde systemen. Alle informatie over de coördinatenframes is dan toegankelijk voor alle ROS-componenten, ongeacht op welke computer ze draaien. Dit kan gebeuren via een centrale server die alle transformatie-informatie opslaat, of door elk onderdeel van het gedistribueerde systeem zijn eigen transformatie-informatie database te laten beheren [27](#page=27). #### 3.1.3 Standaard referentie frames in ROS (REP 105) ROS definieert een reeks standaard referentie frames conform REP 105 om consistentie te waarborgen. Enkele van de belangrijkste zijn [28](#page=28): ##### 3.1.3.1 `base_link` frame Het `base_link` frame is stevig bevestigd aan de mobiele basis van de robot. De specifieke locatie van dit frame aan de basis kan variëren; voor elk hardwareplatform wordt meestal een voor de hand liggend referentiepunt gekozen [29](#page=29). ##### 3.1.3.2 `odom` frame Het `odom` (odometrie) frame is een wereldwijd vastgelegd frame. De pose van een mobiel platform in dit frame kan in de loop van de tijd afdrijven, zonder specifieke grenzen. Deze drift maakt het `odom` frame ongeschikt voor langetermijnreferentie. Echter, de pose van de robot in het `odom` frame is gegarandeerd continu, wat betekent dat de beweging ervan soepel evolueert zonder discrete sprongen [30](#page=30). Meestal wordt het `odom` frame berekend op basis van een odometriebron, zoals wielodometrie, visuele odometrie of een traagheidsmeeteenheid. Het frame is nuttig als een nauwkeurige lokale referentie op korte termijn [30](#page=30). ##### 3.1.3.3 `map` frame Het `map` frame is een vast frame voor de wereld, met de Z-as naar boven gericht. De pose van een mobiel platform ten opzichte van het `map` frame mag in de loop van de tijd niet significant afwijken. Dit frame is niet continu, wat betekent dat de pose van een mobiel platform hierin op elk moment met discrete sprongen kan veranderen [31](#page=31). Typisch wordt de pose van de robot in het `map` frame continu berekend door een lokalisatiecomponent, gebaseerd op sensorwaarnemingen (zoals lidar of camera's). Dit elimineert drift, maar veroorzaakt discrete sprongen wanneer nieuwe sensorinformatie binnenkomt [31](#page=31). ### 3.2 Unified Robot Description Format (URDF) #### 3.2.1 Wat is URDF? Unified Robot Description Format (URDF) is een XML-gebaseerde taal die gebruikt wordt om robots te beschrijven. Het is wijdverbreid in gebruik binnen ROS. URDF definieert de volgende componenten van een robot [32](#page=32): * **Links**: Deze vertegenwoordigen fysieke onderdelen of rigide lichamen van de robot en corresponderen met frames in het tf2-systeem [32](#page=32). * **Joints**: Deze specificeren de verbindingen tussen links en de bewegingsvrijheid die deze verbindingen toestaan, corresponderend met transformaties [32](#page=32). * **Visuals**: Beschrijven hoe de robot eruitziet voor visualisatiedoeleinden [32](#page=32). * **Collisions**: Definiëren de botsingsmodellen van de robotonderdelen [32](#page=32). #### 3.2.2 Waarom URDF gebruiken? Het gebruik van URDF biedt een gestandaardiseerde manier om robots te beschrijven. Dit bevordert compatibiliteit met diverse ROS-tools zoals Rviz (visualisatie), Gazebo (simulatie) en MoveIt (bewegingsplanning). URDF is essentieel voor simulatie, visualisatie en het berekenen van robotkinematica [33](#page=33). #### 3.2.3 Structuur van een URDF Een URDF-bestand begint met een root-element, typisch ``. Binnen dit root-element worden de onderdelen gedefinieerd [34](#page=34): * **Link**: Beschrijft een fysiek onderdeel en bevat informatie over inertie, visuals en botsingsmodellen [34](#page=34). * **Joint**: Koppelt twee links aan elkaar en definieert de bewegingsvrijheid tussen deze links [34](#page=34). Optioneel kunnen ook sensoren, materialen en plugins binnen een URDF-bestand worden gespecificeerd [34](#page=34). #### 3.2.4 URDF en tf Er is een directe relatie tussen de URDF-beschrijving van een robot en het tf-systeem van ROS. Elke `link` gedefinieerd in de URDF wordt in ROS automatisch vertaald naar een tf-frame, bijvoorbeeld `base_link`, `arm_link`, of `camera_link`. TF zorgt ervoor dat ROS de volgende informatie heeft [36](#page=36): * Waar elk onderdeel zich in de ruimte bevindt [36](#page=36). * Hoe de coördinatenstelsels zich ten opzichte van elkaar bewegen [36](#page=36). Het opstellen van URDF-bestanden kan worden gedaan met behulp van editors zoals VS Code, en de visualisatie kan worden ondersteund door tools zoals `urdf_visualizer` [35](#page=35). #### 3.2.5 Robot state publisher en joint states De `robot_state_publisher` is een ROS-node die de URDF-informatie gebruikt om de huidige pose van de robot te publiceren. Deze pose wordt continu bijgewerkt op basis van de gemelde `joint states`. De `joint states` representeren de huidige hoeken of posities van alle gewrichten in de robot. Samen zorgen deze componenten ervoor dat de transformaties tussen de verschillende frames van de robot (gedefinieerd in URDF) up-to-date blijven en beschikbaar zijn via tf2 [38](#page=38) [39](#page=39). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | 2D / 3D Geometrie | De studie van geometrische objecten in twee of drie dimensies, inclusief punten, lijnen, vlakken en vormen, en hun eigenschappen. | | Punt (Point) | Een fundamenteel geometrisch object dat een locatie in de ruimte definieert, vaak gerepresenteerd als een vector met coördinaten ($x, y$ of $x, y, z$). | | Lijn (Line) | Een recht geometrisch object dat wordt gedefinieerd door twee punten of door een startpunt en een richtingsvector, en dat zich oneindig in beide richtingen uitstrekt. | | Vlak (Plane) | Een plat, tweedimensionaal oppervlak dat zich oneindig uitstrekt, vaak gedefinieerd door drie punten of door een punt en een normaalvector. | | Transformatie (Transformation) | Een wiskundige functie die een punt, vector of object omzet in een ander punt, vector of object. Dit kan rotatie, translatie, scaling of shear omvatten. | | Rotatiematrix (Rotation Matrix) | Een vierkante matrix ($3 \times 3$ voor 3D) die wordt gebruikt om rotaties van vectoren of coördinatenstelsels in de ruimte te beschrijven. | | Assenhoek (Axis Angle) | Een methode om een rotatie te definiëren door een rotatie-as (een vector) en een rotatiehoek rond die as. | | Quaternion | Een wiskundig object dat een rotatie in 3D-ruimte vertegenwoordigt met behulp van vier getallen ($w, x, y, z$). Het wordt vaak gebruikt als alternatief voor rotatiematrices en Euler-hoeken, vooral om gimbal lock te voorkomen. | | Euler-hoeken (Euler Angles) | Een reeks van drie rotaties rond de hoofdassen van een coördinatensysteem (bijvoorbeeld roll, pitch, yaw) om de oriëntatie van een object te specificeren. | | Coördinatensysteem (Coordinate System) | Een systeem dat wordt gebruikt om punten in de ruimte te lokaliseren met behulp van getallen (coördinaten), zoals het Cartesische systeem. | | Lineaire Transformatie (Linear Transformation) | Een transformatie die lineaire eigenschappen behoudt, zoals het behouden van de oorsprong en het transformeren van lijnen naar lijnen. | | Translatie (Translation) | Een transformatie die een object verschuift zonder de oriëntatie of grootte te veranderen, vaak gerepresenteerd door een translatievector. | | Scaling | Een transformatie die de grootte van een object verandert langs de assen van een coördinatensysteem. | | Shearing (Afschuiving) | Een transformatie die een object vervormt door parallelle lijnen te verschuiven, waardoor een scheef of afgeschoven effect ontstaat. | | Affiene Transformatie (Affine Transformation) | Een transformatie die lineaire transformaties combineert met translatie. Eigenschappen zoals parallellisme blijven behouden, maar hoeken en lengtes kunnen veranderen. | | Gimbal Lock | Een fenomeen dat optreedt bij het gebruik van Euler-hoeken, waarbij de vrijheidsgraden van rotatie beperkt worden wanneer twee rotatieassen samenvallen. | | ROS (Robot Operating System) | Een flexibel framework voor het schrijven van robotsoftware. Het biedt tools en bibliotheken voor het beheren van hardware-abstractie, apparaatdrivers, simulatie en berichtuitwisseling tussen processen. | | tf2 | Een transformatiebibliotheek binnen ROS die het bijhouden van coördinatenframes in de tijd mogelijk maakt en transformaties tussen deze frames ondersteunt. | | Coördinatenframe (Coordinate Frame) | Een referentiekader gedefinieerd door een oorsprong en een set assen, gebruikt om de positie en oriëntatie van objecten te beschrijven. | | base_link | Een standaard ROS-coördinatenframe dat stevig is bevestigd aan de mobiele basis van een robot. | | odom | Een ROS-coördinatenframe dat een globaal vastgelegd frame vertegenwoordigt. De pose van een mobiel platform hierin kan afdrijven, maar evolueert continu. | | map | Een vast ROS-coördinatenframe voor de wereld, waarbij de Z-as naar boven gericht is. De pose van een mobiel platform hierin mag niet significant afwijken en kan discrete sprongen maken. | | URDF (Unified Robot Description Format) | Een XML-gebaseerde taal die wordt gebruikt om robots te beschrijven, inclusief hun links (onderdelen), joints (verbindingen) en visuele/botsingsmodellen. | | Link (in URDF) | Een fysiek onderdeel of rigide lichaam van een robot, dat wordt beschreven in een URDF-bestand en overeenkomt met een coördinatenframe in ROS (tf-frame). | | Joint (in URDF) | Een verbinding tussen twee links in een robot, die de bewegingsvrijheid definieert en wordt gebruikt om transformaties tussen frames te creëren. | | Robot_state_publisher | Een ROS-node die URDF-informatie gebruikt om de huidige pose van alle links en joints van een robot te publiceren. | | Joint states | De huidige posities en oriëntaties van de joints van een robot, die vaak worden gebruikt om de staat van de robot te bepalen. |

# Overzicht van aandrijvingssystemen in mobiele robotica Dit onderwerp biedt een gedetailleerd overzicht van de diverse aandrijvingssystemen die gebruikt worden in mobiele robotica, inclusief hun mechanische en elektrische eigenschappen, evenals hun respectievelijke voor- en nadelen. ### 1.1 Belang van aandrijving in mobiele robotica Het aandrijvingssysteem is cruciaal voor mobiele robots en bepaalt in grote mate hun functionaliteit en prestaties. De belangrijkste aspecten die door het aandrijvingssysteem worden beïnvloed zijn [4](#page=4): * **Energieverbruik en efficiëntie**: Hoe zuinig de robot omgaat met energie [4](#page=4). * **Snelheid en wendbaarheid**: Hoe snel en flexibel de robot kan bewegen [4](#page=4). * **Geschiktheid voor de omgeving**: Of het systeem bestand is tegen specifieke omstandigheden [4](#page=4). * **Autonomie en levensduur**: Hoe lang een robot operationeel kan blijven zonder bijvullen of opladen [4](#page=4). ### 1.2 Typen aandrijfsystemen en hun eigenschappen Er zijn verschillende categorieën aandrijfsystemen, elk met specifieke energiedragers, omzettingen en kenmerken. De belangrijkste zijn mechanisch, elektrisch, pneumatisch en hydraulisch [3](#page=3). #### 1.2.1 Mechanisch aandrijfsysteem * **Energiedrager**: Assen, riemen, kettingen, stangen [3](#page=3). * **Omzetting naar mechanische energie**: Geen directe omzetting nodig, aangezien de dragers zelf de mechanische componenten zijn [3](#page=3). * **Kenmerkende grootte**: Kracht ($F$), Snelheid ($v$), Koppel ($M$) [3](#page=3). * **Nauwkeurigheid bij positioneren**: Zeer goed [3](#page=3). * **Rendement**: Goed [3](#page=3). * **Sturing**: Complex, vaak met een nokkenautomaat [3](#page=3). * **Kostprijs**: Redelijk duur [3](#page=3). #### 1.2.2 Elektrisch aandrijfsysteem * **Energiedrager**: Elektronen [3](#page=3). * **Typische energiebronnen**: Batterij, brandstofcel [7](#page=7). * **Omzetting naar mechanische energie**: Generator, elektrische motor, elektromagneten [3](#page=3). * **Kenmerkende grootte**: Spanning ($U$), Stroom ($I$) [3](#page=3). * **Energie-efficiëntie (totaal)**: 80–90% [5](#page=5). * **Energiedichtheid**: Middel (150–250 Wh/kg) [5](#page=5). * **Koppel & vermogensrespons**: Zeer goed, direct beschikbaar [5](#page=5). * **Wendbaarheid & controle**: Uitstekend, nauwkeurig regelbaar [5](#page=5). * **Autonomie**: Beperkt (1–6 uur) [5](#page=5). * **Onderhoudsbehoefte**: Laag [5](#page=5). * **Geluid & emissie**: Stil, emissievrij [5](#page=5). * **Omgevingsgeschiktheid**: Binnen en buiten, matig bestand tegen vocht [5](#page=5). * **Levensduur systeem**: 5–10 jaar (batterijvervanging) [5](#page=5). * **Toepassingsdomeinen**: Logistiek, service-robots, lichte veldrobots [5](#page=5). * **Belangrijk nadeel**: Beperkte autonomie [7](#page=7). #### 1.2.3 Pneumatisch aandrijfsysteem * **Energiedrager**: Lucht [3](#page=3). * **Omzetting naar mechanische energie**: Compressor, motor, cilinder [3](#page=3). * **Kenmerkende grootte**: Druk ($p$), Debiet ($Q$) [3](#page=3). * **Rendement**: Minder goed (door 2x omzetting) [3](#page=3). * **Sturing**: Minder goed voor grote druk ($P$), Zeer goed voor kleine druk ($P$) [3](#page=3). * **Kostprijs**: Redelijk duur [3](#page=3). * **Belangrijk nadeel**: Lage kracht, inefficiënt [7](#page=7). #### 1.2.4 Hydraulisch aandrijfsysteem * **Energiedrager**: Olie [3](#page=3). * **Omzetting naar mechanische energie**: Pomp, motor, cilinder [3](#page=3). * **Kenmerkende grootte**: Druk ($p$), Debiet ($Q$) [3](#page=3). * **Rendement**: Minder goed (door 2x omzetting) [3](#page=3). * **Sturing**: Zeer goed (combinatie met elektronica) [3](#page=3). * **Kostprijs**: Duur: Afwerking, leidingnet [3](#page=3). * **Energie-efficiëntie (totaal)**: 10–20% [5](#page=5). * **Energiedichtheid**: Zeer hoog (afhankelijk van brandstof) [5](#page=5). * **Koppel & vermogensrespons**: Hoog koppel, lage precisie [5](#page=5). * **Wendbaarheid & controle**: Goed voor grove bewegingen, minder precies [5](#page=5). * **Autonomie**: Lang (afhankelijk van tank en druk) [5](#page=5). * **Onderhoudsbehoefte**: Zeer hoog [5](#page=5). * **Geluid & emissie**: Luid, risico op lekkage [5](#page=5). * **Omgevingsgeschiktheid**: Zware, natte en stoffige omgevingen [5](#page=5). * **Levensduur systeem**: 5–8 jaar (druk- en olieslijtage) [5](#page=5). * **Toepassingsdomeinen**: Bouw, redding, zware terreinrobots [5](#page=5). * **Kenmerkend voordeel**: Zeer hoge kracht, robuust [7](#page=7). * **Belangrijk nadeel**: Lage efficiëntie, lekkages [7](#page=7). #### 1.2.5 Solar aandrijfsysteem * **Typische energiebronnen**: Zonlicht (indirect elektrisch) [7](#page=7). * **Energie-efficiëntie (totaal)**: 10–25% [5](#page=5). * **Energiedichtheid**: Zeer laag [5](#page=5). * **Koppel & vermogensrespons**: Zwak, traag [5](#page=5). * **Wendbaarheid & controle**: Beperkt [5](#page=5). * **Autonomie**: Onbeperkt bij zonlicht [5](#page=5). * **Onderhoudsbehoefte**: Laag [5](#page=5). * **Geluid & emissie**: Stil, emissievrij [5](#page=5). * **Omgevingsgeschiktheid**: Alleen buiten, zonlicht vereist [5](#page=5). * **Levensduur systeem**: >10 jaar (weinig slijtage) [5](#page=5). * **Toepassingsdomeinen**: Wetenschappelijke of agrarische robots [5](#page=5). * **Kenmerkend voordeel**: Duurzaam, gratis energie [7](#page=7). * **Belangrijk nadeel**: Lage vermogensdichtheid [7](#page=7). #### 1.2.6 Verbrandingsmotor aandrijfsysteem (vaak in combinatie met hydraulisch) * **Typische energiebronnen**: Benzine, diesel [7](#page=7). * **Energie-efficiëntie (totaal)**: 25–35% [5](#page=5). * **Energiedichtheid**: Zeer hoog (12.000–13.000 Wh/kg) [5](#page=5). * **Koppel & vermogensrespons**: Hoog, met vertraging [5](#page=5). * **Wendbaarheid & controle**: Matig [5](#page=5). * **Autonomie**: Lang (6–24 uur) [5](#page=5). * **Onderhoudsbehoefte**: Hoog [5](#page=5). * **Geluid & emissie**: Luid, CO₂- en NOₓ-uitstoot [5](#page=5). * **Omgevingsgeschiktheid**: Buiten, ruwe omgevingen [5](#page=5). * **Levensduur systeem**: 5–10 jaar (onderhoudsgevoelig) [5](#page=5). * **Toepassingsdomeinen**: Landbouw, terrein- en militaire robots [5](#page=5). * **Kenmerkend voordeel**: Grote autonomie [7](#page=7). * **Belangrijk nadeel**: Emissies, onderhoud [7](#page=7). #### 1.2.7 Hybride aandrijfsystemen * **Energiebronnen**: Combinatie/hybride. Dit kan een combinatie zijn van bijvoorbeeld een verbrandingsmotor met een elektrisch of hydraulisch systeem [8](#page=8). * **Sterke punten**: Een hybride systeem kan de sterke punten van verschillende systemen combineren, zoals de hoge energiedichtheid van een verbrandingsmotor met de precisie en efficiëntie van een elektrisch systeem [5](#page=5). ### 1.3 Beschrijvende parameters voor aandrijfsystemen Om aandrijfsystemen te evalueren en te vergelijken, worden diverse parameters gebruikt [6](#page=6). #### 1.3.1 Energie & efficiëntie * **Energieverbruik per km**: Gemeten in Wh/km of L/km, geeft aan hoe zuinig het systeem is [6](#page=6). * **Energie-efficiëntie**: Uitgedrukt in %, geeft aan hoeveel van de verbruikte energie nuttig wordt gebruikt [6](#page=6). #### 1.3.2 Prestaties * **Max. snelheid**: Gemeten in km/u, bepalend voor dynamische prestaties [6](#page=6). * **Koppel / trekkracht**: Gemeten in Nm, essentieel voor versnellen of duwen [6](#page=6). #### 1.3.3 Wendbaarheid & controle * **Responsietijd aandrijving**: Gemeten in seconden, toont de reactiesnelheid op stuurcommando's [6](#page=6). * **Precisie in snelheidsregeling**: Uitgedrukt als % afwijking, indicatief voor controleerbaarheid [6](#page=6). #### 1.3.4 Autonomie & duurzaamheid * **Operationele duur**: Gemeten in uren, geeft aan hoe lang de robot actief blijft [6](#page=6). * **Levensduur energiebron**: Gemeten in cycli of jaren, duidt op duurzaamheid [6](#page=6). #### 1.3.5 Omgeving & onderhoud * **Geschiktheid terrein**: Beoordeeld met een score van 1–5, toont aan hoe goed het systeem zich aanpast aan het terrein [6](#page=6). * **Onderhoudsfrequentie**: Gemeten in uren per onderhoudsbeurt, gerelateerd aan betrouwbaarheid [6](#page=6). * **Emissies / lawaai**: Gemeten in g CO₂/km of dB, geeft de milieubelasting en het gebruikscomfort aan [6](#page=6). ### 1.4 Keuze van het aandrijfsysteem De keuze voor een specifiek aandrijvingssysteem is afhankelijk van de specifieke toepassing en de vereiste vermogensvraag. Elk systeem heeft zijn eigen optimale toepassingsdomein, variërend van logistiek en service-robots tot zware terreinrobots en bouwwerkzaamheden [5](#page=5). > **Tip**: Bij de evaluatie van aandrijfsystemen is het belangrijk om niet alleen naar de directe kosten te kijken, maar ook naar de operationele kosten, onderhoudsbehoefte, levensduur en de impact op de totale efficiëntie van de robot. > **Voorbeeld**: Voor een autonome binnenhuisleveringsrobot is een elektrisch aandrijfsysteem met batterijen waarschijnlijk de beste keuze vanwege de stille werking, emissievrij karakter en nauwkeurige controle. Voor een zware robot die in ruwe buitenomstandigheden moet opereren, kan een hydraulisch systeem, eventueel aangedreven door een verbrandingsmotor, geschikter zijn vanwege de hoge krachtcapaciteit en robuustheid. --- # Batterijen als energiebron voor mobiele robots Batterijen vormen de ruggengraat van de autonomie van mobiele robots, waarbij de keuze van het batterijtype cruciaal is voor prestaties, duur en veiligheid. Dit deel behandelt de verschillende batterijtypes, hun karakteristieken zoals energiedichtheid en vermogensdichtheid, de inherente risico's en de benodigde veiligheidsmaatregelen, evenals hun specifieke toepassingen in de wereld van mobiele robotica [10](#page=10) [18](#page=18). ### 2.1 Energiedichtheid en vermogensdichtheid Het efficiënt opslaan en leveren van energie is fundamenteel voor mobiele robots. Twee sleutelparameters die dit beschrijven zijn energiedichtheid en vermogensdichtheid [11](#page=11). #### 2.1.1 Energiedichtheid * **Definitie:** De hoeveelheid energie die een batterij kan bevatten per eenheid massa of volume [11](#page=11). * **Eenheden:** * Per massa: Wattuur per kilogram (Wh/kg) [11](#page=11). * Per volume: Wattuur per liter (Wh/L) [11](#page=11). * **Betekenis:** Dit geeft aan hoe lang een robot kan opereren met een gegeven batterijcapaciteit, zonder dat de robot te zwaar wordt. Een hogere energiedichtheid betekent een langere autonomie voor hetzelfde gewicht of volume [11](#page=11). * **Voorbeeld:** Een Li-ion batterij met 200 Wh/kg kan theoretisch 200 Wh leveren per kilogram. Ter vergelijking, benzine heeft een veel hogere energiedichtheid (~12.000 Wh/kg) maar is minder praktisch voor kleine elektrische robots [11](#page=11). #### 2.1.2 Vermogensdichtheid * **Definitie:** De hoeveelheid energie die een batterij per tijdseenheid kan afgeven, gemeten per eenheid massa of volume [12](#page=12). * **Eenheid:** Watt per kilogram (W/kg) of Watt per liter (W/L) [12](#page=12). * **Betekenis:** Dit bepaalt hoe snel een robot energie kan leveren aan zijn actuatoren, wat essentieel is voor acceleratie, het beklimmen van hellingen of het verplaatsen van zware lasten [12](#page=12). * **Relatie met Energiedichtheid:** Een hoge energiedichtheid impliceert niet automatisch een hoge vermogensdichtheid. Sommige batterijen slaan veel energie op, maar kunnen deze slechts langzaam afgeven [12](#page=12). * **Voorbeeld:** Een Li-ion batterij met 200 Wh/kg en 300 W/kg kan korte pieken leveren, terwijl een LiPo batterij met dezelfde energiedichtheid maar 600 W/kg veel sneller energie kan leveren, wat ideaal is voor drones of snelle robots [12](#page=12). ### 2.2 Overzicht van Batterijtypes voor Mobiele Robots Verschillende batterijtechnologieën worden gebruikt in mobiele robots, elk met specifieke eigenschappen, voordelen en nadelen [10](#page=10). #### 2.2.1 Lithium-ion (Li-ion) Batterijen * **Typen en Samenstellingen:** Variëren van LiCoO₂, LiNiMnCoO₂ tot LiFePO₄ en Li₄Ti₅O₁₂ (LTO) [10](#page=10). * **Algemene Kenmerken:** * Hoge energiedichtheid (150–250 Wh/kg voor standaard Li-ion, 90–140 Wh/kg voor LiFePO₄) [10](#page=10). * Relatief hoge vermogensdichtheid (250–340 W/kg voor standaard Li-ion, 200–400 W/kg voor LiFePO₄) [10](#page=10). * Levensduur varieert sterk, van 800–1500 cycli voor standaard Li-ion tot 2000–4000 cycli voor LiFePO₄ en zelfs 5000–10.000 cycli voor LTO [10](#page=10). * **Specifieke Li-ion Varianten:** * **Li-ion (standaard, bijv. NMC, NCA):** Ideaal voor service-, AGV- en veldrobots. Kenmerkend is een hoog risico op thermische runaway, wat een Battery Management System (BMS) en temperatuurbewaking noodzakelijk maakt [10](#page=10) [13](#page=13). * **LiFePO₄ (LFP):** Bekend om zijn veiligheid en lange levensduur (2000–4000 cycli). Lager energiedichtheid maar stabiele prestaties en lage kans op oververhitting. Geschikt voor industriële robots, landbouwrobots en veiligheidsrobots. Minder risico op thermische runaway vergeleken met andere Li-ion types [10](#page=10) [13](#page=13) [18](#page=18). * **LTO (Lithium-titanaat):** Uitstekende vermogensdichtheid (1000–3000 W/kg) en extreem lange levensduur (5000–10.000 cycli). Ideaal voor robots die zeer snel moeten laden, zoals in logistiek en openbaar vervoer. Relatief veilig chemisch systeem [10](#page=10) [13](#page=13). * **NMC (Lithium-nikkel-mangaan-kobalt):** 180–250 Wh/kg, 200–300 W/kg, 1000–2000 cycli. Veel gebruikt in drones, lichte robots en autonome voertuigen [10](#page=10). * **LiPo (Lithium-polymeer):** Een flexibele variant van Li-ion met hoge energiedichtheid (150–250 Wh/kg) en goede vermogensdichtheid (300–600 W/kg). Populair voor drones en kleine mobiele robots vanwege gewichtsbesparing. Zeer gevoelig voor mechanische schade en brandgevaar bij doorboring of overladen [10](#page=10) [13](#page=13). * **Specifieke Li-ion Kenmerken:** Geen geheugeneffect, hogere energiewaarde en lager gewicht dan NiMH, maar hogere kostprijs en vereisen gecontroleerd laden [30](#page=30). #### 2.2.2 Nikkel-metaalhydride (NiMH) Batterijen * **Kenmerken:** * Energiedichtheid: 60–120 Wh/kg [10](#page=10). * Vermogensdichtheid: 150–250 W/kg [10](#page=10). * Levensduur: 500–1000 cycli [10](#page=10). * **Toepassingen:** Vaak gebruikt in kleine educatieve of goedkopere robots [10](#page=10). * **Veiligheid:** Over het algemeen veiliger en goedkoper dan lithium-gebaseerde opties, maar zwaarder en met lagere energiedichtheid. Kans op lekkage van elektrolyt bij slecht onderhoud [15](#page=15) [19](#page=19). #### 2.2.3 Loodzuur Batterijen * **Kenmerken:** * Energiedichtheid: 30–50 Wh/kg [17](#page=17). * Vermogensdichtheid: 180–300 W/kg [17](#page=17). * Levensduur: 200–500 cycli [17](#page=17). * **Toepassingen:** Voornamelijk gebruikt in grotere, zware robots waar gewicht minder een probleem is, zoals bepaalde vorkheftrucks. Ook gebruikt voor auto's, UPS en noodstroom [17](#page=17) [19](#page=19). * **Nadelen:** Erg zwaar en hebben een lage energiedichtheid. Gevoelig voor sulfatering als ze diep worden ontladen; de lading moet idealiter tussen 80% en 100% blijven (State of Charge - SoC). Risico op zuur lek en explosie bij gasvorming [17](#page=17) [19](#page=19) [24](#page=24). * **Types:** * **Startbatterijen:** Ontworpen voor zeer korte perioden van hoge stroomafgifte, moeten snel bijgeladen worden [24](#page=24). * **Tractiebatterijen:** Gebouwd voor diepe ontlading/herlading over vele cycli, minder geschikt voor hoge startstromen [25](#page=25). * **Stationaire batterijen:** Gebruikt als back-up voor industriële installaties [26](#page=26). * **Natte accu's:** Met vloeibaar elektrolyt, vereisen controle van het elektrolytpeil en bijvullen met gedemineraliseerd water [29](#page=29). * **Onderhoudsvrije accu's:** Geen bijvullen van gedestilleerd water nodig onder normale omstandigheden. Bij te hoge laadspanning kan gasvorming optreden, afgevoerd via een overdrukventiel [35](#page=35). * **Gelaccu's:** Elektrolyt is een gelachtige massa (kiezelzuur toegevoegd), lekvrij, onderhoudsvrij, maar met slechte koude-starteigenschappen en hoge prijs [36](#page=36). * **AGM (Absorbent Glass Mat) loodzuur batterij:** Scheiding van platen door glasvezelmatten. Oorspronkelijk voor stationaire toepassingen, maar cyclisch vermogen hangt af van plaatconstructie. Gevoelig voor uitdroging en vereist specifieke AGM laadstand [37](#page=37). #### 2.2.4 Zink-lucht Batterijen * **Kenmerken:** * Hoge energiedichtheid (300–400 Wh/kg) [10](#page=10). * Lage vermogensdichtheid [10](#page=10). * Niet oplaadbaar [10](#page=10). * **Toepassingen:** Specifieke low-power robots en sensoren [10](#page=10). * **Risico's:** Lekkage van elektrolyt, gevaar bij kortsluiting door vocht [13](#page=13). #### 2.2.5 Solid-state Batterijen (in ontwikkeling) * **Kenmerken:** * Vaste elektrolyt in plaats van vloeibaar [53](#page=53). * Theoretische energiedichtheid >300 Wh/kg, potentieel tot 500 Wh/kg [10](#page=10) [53](#page=53). * Vermogensdichtheid: 300–600 W/kg vergelijkbaar met Li-ion [10](#page=10) [53](#page=53). * Verwachte levensduur >2000 cycli [10](#page=10). * **Voordelen:** Minder kans op brand/explosie, potentieel zeer veilig. Compact, lichtgewicht, hogere energiedichtheid en potentieel langere levensduur. Bredere temperatuurbereik [15](#page=15) [53](#page=53) [54](#page=54). * **Nadelen/Uitdagingen:** Hogere kosten per kWh, productie en materiaaltechnologie nog in ontwikkeling. Soms lagere ionische geleidbaarheid [54](#page=54). * **Toepassingen:** Opkomend voor compacte, veilige robots. Potentieel toekomstig alternatief voor conventionele Li-ion. Verwacht in elektrische voertuigen, drones en mobiele robots. Toyota streeft naar introductie rond 2027-2028 [10](#page=10) [15](#page=15) [54](#page=54) [55](#page=55). ### 2.3 Risico's en Veiligheidsmaatregelen Batterijen, met name lithium-gebaseerde, brengen inherente risico's met zich mee die nauwkeurig beheer vereisen [13](#page=13). #### 2.3.1 Belangrijkste Gevaren en Risico's * **Thermische Runaway:** Een ongecontroleerde temperatuurstijging die kan leiden tot brand of explosie. Dit is een significant risico bij Li-ion (NMC, NCA) en LiPo batterijen [13](#page=13). * **Brand- en Explosiegevaar:** Kan optreden bij kortsluiting, overladen of mechanische schade [13](#page=13). * **Mechanische Schade:** Punctie of compressie kan leiden tot interne kortsluitingen en thermische runaway. LiPo batterijen zijn hier bijzonder gevoelig voor [13](#page=13). * **Gevoeligheid voor Temperatuur:** Hoge temperaturen kunnen de levensduur en veiligheid negatief beïnvloeden. Lage temperaturen kunnen de prestaties beïnvloeden [13](#page=13) [40](#page=40). * **Lekkage van Elektrolyt:** Vooral bij loodzuur (zwavelzuur) en NiMH batterijen [13](#page=13). * **Zelfontlading:** Batterijen verliezen lading, zelfs wanneer ze niet in gebruik zijn [43](#page=43). * **Gasvorming:** Kan optreden bij overladen (vooral bij onderhoudsvrije loodzuuraccu's) of defecten [13](#page=13). #### 2.3.2 Essentiële Veiligheidsmaatregelen * **Battery Management System (BMS):** Verplicht voor alle lithiumtypes. Bewaakt celspanning, stroom, temperatuur en balans. Voorkomt overladen en diepontladen [15](#page=15) [16](#page=16). * **Mechanische Bescherming:** Een robuuste behuizing om de batterij te beschermen tegen fysieke impact, compressie en punctie [13](#page=13) [16](#page=16). * **Thermisch Management:** Actieve of passieve koeling bij hoge vermogens om oververhitting te voorkomen. Temperatuurmonitoring is cruciaal [13](#page=13) [16](#page=16). * **Brandveilig Ontwerp:** Plaatsing van batterijen in geïsoleerde compartimenten en gebruik van niet-brandbare materialen [16](#page=16). * **Correct Laadprotocol:** Gebruik specifieke laders die voldoen aan de specificaties van de batterij, met spanningslimieten. Vermijd overladen [13](#page=13). * **Certificering:** Voldoen aan normen zoals UN 38.3, IEC 62133, en CE-markering voor transport en gebruik [16](#page=16). * **Ventilatie:** Goede ventilatie is belangrijk, vooral bij NiMH batterijen, om opwarming en gasophoping te voorkomen [13](#page=13). > **Tip:** Temperatuur, mechanische schade en de laadstrategie worden beschouwd als de drie grootste risicofactoren voor batterijveiligheid [15](#page=15). ### 2.4 Toepassingen in Mobiele Robots De keuze van de batterij hangt sterk af van de specifieke vereisten van de robottoepassing [14](#page=14). * **Magazijn-AGV's:** Vereisen lange werktijd en frequent laden. Aanbevolen batterijtypen zijn LiFePO₄ of LTO [14](#page=14). * **Landbouwrobots:** Moeten robuust zijn, bestand tegen buitenomstandigheden en veilig. LiFePO₄ is een geschikte keuze [14](#page=14). * **Service-robots (binnen):** Moeten licht, compact en stil zijn. Standaard Li-ion (NMC) is hier vaak geschikt voor [14](#page=14). * **Dronerobots:** Vereisen een zeer laag gewicht en een hoge stroomafgifte. LiPo batterijen zijn hierdoor ideaal [14](#page=14). * **Autonome Terreinenrobots:** Hebben veel vermogen nodig, en moeten bestand zijn tegen kou en vocht. LiFePO₄ of hybride systemen met een verbrandingsmotor kunnen gebruikt worden [14](#page=14). * **Robots met snelle laadbehoefte (logistiek, openbaar vervoer):** LTO batterijen zijn hier zeer geschikt vanwege hun snelle laadcapaciteit en lange levensduur [10](#page=10). ### 2.5 Batterijspecificaties en Gedrag #### 2.5.1 Capaciteit * **Definitie:** De totale hoeveelheid elektriciteit die een batterij kan leveren bij normaal gebruik [22](#page=22). * **Eenheid:** Ampère-uren (Ah) [38](#page=38). * **Factoren die capaciteit beïnvloeden:** * **Ontlaadstroom:** Hoe hoger de ontlaadstroom, hoe lager de capaciteit [39](#page=39). * **Temperatuur:** Hogere temperaturen leiden tot snellere chemische reacties en dus een grotere capaciteit [40](#page=40). * **Relatie met Energie:** De leverbare energie (in Wattuur, Wh) wordt berekend door de capaciteit (Ah) te vermenigvuldigen met de spanning (V): $E = C \cdot U$ [38](#page=38). #### 2.5.2 Spanningsverloop Tijdens het ontladen daalt de accuspanning door twee oorzaken: de samenstelling van het zuur en de inwendige weerstand van de accu [41](#page=41). #### 2.5.3 Laadmethoden * **Bufferladen:** De lader en verbruiker zijn parallel op de accu aangesloten. De lader zorgt dat de accu constant volgeladen blijft met een constante spanning. Dit is de techniek die in voertuigen wordt toegepast [42](#page=42). * **Druppelladen:** Compensatie voor zelfontlading wanneer een accu vol is maar niet direct gebruikt wordt. De laadstroom is laag (ca. 0,1A per 100Ah). Ideaal voor voertuigen die lang stilstaan [43](#page=43). ### 2.6 Schadelijke Stoffen en Testen * **Schadelijke Stoffen:** Batterijen kunnen gevaarlijke stoffen bevatten zoals kwik, lood en zwavelzuur [48](#page=48). * **Testen en Diagnose:** * **Multimeter:** Kan gebruikt worden om de spanning van een accu te meten onder verschillende omstandigheden (onbelast, belast, bij starten, motor draaiend) [49](#page=49). * **Zuurweger:** Wordt gebruikt om de ladingstoestand van loodzuuraccu's te meten aan de hand van de dichtheid van het accuvloeistof (specifieke waarden voor vol, halfvol, ontladen) [50](#page=50). * **Capaciteitstesten:** Belastingtesters met weerstanden of conductance-accutesters kunnen de capaciteit meten. Een conductance tester wordt als effectiever beschouwd [51](#page=51). --- # Duurzame en alternatieve aandrijvingssystemen Dit gedeelte verkent diverse duurzame energiebronnen en geavanceerde technologieën voor aandrijvingssystemen, met een focus op hun toepassing en voordelen binnen de context van (landbouw)robots en voertuigen. ### 3.1 Zonne-energie aandrijvingssystemen Zonne-energie aandrijvingssystemen voor robots, zoals de FarmDroid FD20, volgen een basisstructuur die vergelijkbaar is met off-grid zonne-energiesystemen [56](#page=56). #### 3.1.1 Componenten van een zonne-energie systeem * **Zonnepanelen (PV-panelen):** Vangen zonlicht op en zetten dit om in gelijkstroom (DC). Ze vormen vaak het "dak" van de robot en zijn de primaire energiebron [56](#page=56). * **Laadregelaar/Omvormer:** Reguleert de stroom van de zonnepanelen en zet deze om naar een bruikbare spanning voor het efficiënt opladen van de batterijen [56](#page=56). * **Accupakket (Batterijbank):** Slaat de opgewekte energie op. Dit is essentieel om de robot te laten functioneren tijdens periodes zonder zonlicht, zoals 's nachts of op bewolkte dagen. De FarmDroid FD20 maakt bijvoorbeeld gebruik van vier gel-loodaccu's [56](#page=56). * **Elektrische Motoren:** Gebruiken de opgeslagen energie in de accu's om de robot aan te drijven. Dit omvat de wielaandrijving voor voortbeweging (laag vermogen, continue beweging), de werktuigen (zoals zaaien of wieden) en de elektronica (GPS, sensoren, besturingseenheid) [56](#page=56). #### 3.1.2 Specificaties en voordelen van de FarmDroid FD20 De FarmDroid FD20 illustreert de praktische toepassing van zonne-energie aandrijving [57](#page=57). * **Nominaal Vermogen Zonnepanelen:** 1,6 kilowatt (kW), verdeeld over vier panelen [57](#page=57). * **Dagelijkse Energieopbrengst:** Circa 20 kilowattuur (kWh) per dag [57](#page=57). * **Accucapaciteit:** 400 Ampère-uur (Ah), opgeslagen in vier gel-loodaccu's [57](#page=57). De opgewekte zonne-energie is voldoende voor de continue werking van de wielaandrijving [57](#page=57). * **CO₂-Neutraal:** De robot is volledig elektrisch en haalt zijn energie uit de zon, wat resulteert in 100% CO₂-neutraliteit [57](#page=57). * **Contrasterende Vereisten:** Het relatief lage gewicht (circa 900 kg) en de lage snelheid (tot 950 meter per uur) van de FD20 minimaliseren de energiebehoefte voor voortbeweging [57](#page=57). * **Continuïteit:** De hoge energie-efficiëntie, gecombineerd met de opgeslagen energie, maakt 24-uurs operatie mogelijk zonder externe acculading, afhankelijk van weersomstandigheden en de accuconditie [57](#page=57). #### 3.1.3 Radioisotope Thermoelectric Generator (RTG) Een alternatieve, zij het meer gespecialiseerde, energiebron is de Radioisotope Thermoelectric Generator (RTG), gebruikt in de Perseverance rover [59](#page=59). * **Principe:** Kernsplijting van Plutonium-238 genereert warmte, die door thermokoppels wordt omgezet in elektriciteit [59](#page=59). * **Voordelen:** Onafhankelijk van zonlicht, continu vermogen, en zeer betrouwbaar [59](#page=59). * **Nadelen:** Complex, duur, en vereist strikte veiligheidsprocedures vanwege het gebruik van radioactief materiaal [59](#page=59). * **Vermogen:** Ongeveer 110 W elektrisch continu [59](#page=59). * **Autonomie:** Kan jarenlang functioneren zonder bijvullen van brandstof (bijvoorbeeld 17 jaar) [59](#page=59). ### 3.2 Aandrijving met brandstofcellen Brandstofcellen bieden een methode om elektrische energie te genereren via chemische reacties, met waterstof als primaire reactant [61](#page=61). #### 3.2.1 Werkingsprincipe Via een chemisch proces wordt waterstof omgezet in elektriciteit. Deze elektriciteit drijft vervolgens een elektromotor aan [61](#page=61). * **Energieopslag:** Een kleiner batterijpakket is voldoende voor energieopslag, wat een grotere actieradius mogelijk maakt (tot circa 600 km, afhankelijk van de hoeveelheid waterstof) [61](#page=61). * **Energieoverdracht:** De door de brandstofcel opgewekte energie wordt naar het batterijpakket gestuurd, dat op zijn beurt de elektromotor voedt. De directe voeding van de elektromotor vanuit de brandstofcel is niet altijd mogelijk vanwege onvoldoende stroomsterkte [61](#page=61). * **Remenergierecuperatie:** Het proces is niet omkeerbaar, dus remenergierecuperatie door de elektromotor kan geen waterstofgas vormen. De bij het remmen opgewekte elektrische energie kan echter wel worden opgenomen door het batterijpakket [61](#page=61). * **Omgekeerd proces:** De werking van een brandstofcel is het omgekeerde proces van waterelektrolyse [63](#page=63). #### 3.2.2 Voordelen van brandstofcellen Brandstofcellen bieden een goede efficiëntie en duurzaamheidskenmerken [64](#page=64). * **Hoge efficiëntie:** Een goede 'tank to wheel' efficiëntie wordt behaald [65](#page=65). * **Minimale schadelijke uitstoot:** CO₂-uitstoot is tot twee keer kleiner dan bij verbrandingsmotoren [65](#page=65). * **Duurzaamheid:** Een brandstofcel is 100% recycleerbaar en heeft een levensduur van circa 20 jaar [65](#page=65). #### 3.2.3 Nadelen van brandstofcellen Ondanks de voordelen zijn er ook significante nadelen verbonden aan brandstofceltechnologie [65](#page=65). * **Gewicht en kosten:** Brandstofcelsystemen zijn zwaarder en aanzienlijk duurder [65](#page=65). * **Starten bij vriestemperaturen:** Het starten van de motor is onmogelijk bij vriestemperaturen [65](#page=65). * **Waterstofopslag:** Waterstof moet vloeibaar worden opgeslagen bij zeer lage temperaturen (-253°C) [65](#page=65). * **Productiekosten waterstof:** De productie van waterstof is kostbaar, wat resulteert in een hoge prijs voor waterstofgas [65](#page=65). #### 3.2.4 Toepassingsvoorbeeld De Hyundai IX35 Fuel Cell is een voorbeeld van een voertuig dat gebruik maakt van brandstofceltechnologie [66](#page=66) [67](#page=67). ### 3.3 Supercondensatoren Supercondensatoren, ook wel ultracondensatoren genoemd, slaan energie elektrostatisch op en bieden specifieke voordelen voor energieopslagtoepassingen [68](#page=68). * **Voordelen:** * Zeer snelle opname en afgifte van grote hoeveelheden energie, ideaal voor piekmomenten [68](#page=68). * Veel langere levensduur dan batterijen, met miljoenen laad- en ontlaadcycli [68](#page=68). * **Nadelen:** * Veel lagere energiedichtheid dan batterijen, waardoor ze niet geschikt zijn als primaire energiebron voor langdurige operaties [68](#page=68). * Ze worden vaak gebruikt in combinatie met batterijen om pieken op te vangen en de levensduur van de batterij te verlengen [68](#page=68). ### 3.4 Powerpack Een Powerpack, zoals die aangeboden door Doosan Mobility, vertegenwoordigt een geïntegreerde oplossing voor energievoorziening. De specifieke technologie en toepassingen van dit product zijn niet verder gedetailleerd in de verstrekte tekst, maar het positioneert zich als een oplossing binnen het domein van draagbare en mogelijk duurzame energie [69](#page=69). --- # Verbrandingsmotoren in de context van mobiele robots Dit onderdeel analyseert het gebruik van verbrandingsmotoren in mobiele robots, met een focus op de werking, types (2-takt, 4-takt) en hun beperkingen vergeleken met elektrische aandrijvingen. ### 4.1 Algemene overwegingen en beperkingen Verbrandingsmotoren (ICE - Internal Combustion Engines) worden zelden direct gebruikt om mobiele robots aan te drijven. Hun toepassing wordt beperkt door verschillende factoren: ze zijn luidruchtig, produceren schadelijke uitlaatgassen en de stuurbaarheid en precisie van de aandrijving zijn minder dan die van elektromotoren [72](#page=72). ### 4.2 Werkingsprincipes van verbrandingsmotoren Verbrandingsmotoren zetten chemische energie om in mechanische energie door middel van gecontroleerde verbranding van brandstof binnen een cilinder. Er zijn twee hoofdtypen motoren gebaseerd op het aantal slagen per cyclus: 2-takt en 4-takt motoren [73](#page=73). #### 4.2.1 De 4-takt motor De 4-takt motor, ook bekend als de Otto-cyclus voor benzinemotoren en gebaseerd op compressieontsteking voor dieselmotoren, voltooit zijn werkingscyclus in vier afzonderlijke slagen van de zuiger [73](#page=73): 1. **Inlaat:** Een mengsel van lucht en brandstof (bij benzinemotoren) of alleen lucht (bij dieselmotoren) wordt in de cilinder gezogen [73](#page=73). 2. **Compressie:** De zuiger beweegt omhoog en comprimeert het gasmengsel of de lucht in de cilinder [73](#page=73). 3. **Arbeid (Verbranding):** Het gecomprimeerde mengsel wordt ontstoken door een bougie (benzinemotor) of door de hoge temperatuur en druk na compressie (dieselmotor), wat een expansie veroorzaakt die de zuiger naar beneden duwt. Dit is de slag die energie levert [73](#page=73). 4. **Uitlaat:** De zuiger beweegt weer omhoog om de verbrandingsgassen uit de cilinder te drijven [73](#page=73). #### 4.2.2 De 2-takt motor De 2-takt motor voltooit de gehele werkingscyclus in slechts twee slagen van de zuiger, wat resulteert in één arbeidsslag per omwenteling van de krukas [74](#page=74): * **Compressie en Arbeid:** Tijdens de opwaartse beweging van de zuiger wordt het brandstof-luchtmengsel samengeperst, terwijl de neerwaartse beweging na de ontsteking de zuiger naar beneden duwt en gelijktijdig het uitlaatproces op gang brengt en het nieuwe mengsel aanzuigt [74](#page=74). * **Uitlaat en Inlaat:** Terwijl de uitlaatgassen ontsnappen, wordt een nieuw mengsel van lucht en brandstof aangezogen door het openen van inlaatpoorten [74](#page=74). #### 4.2.3 Vergelijking tussen 2-takt en 4-takt motoren | Kenmerk | 2-takt motor | 4-takt motor | | :-------------------------- | :------------------------------------------- | :-------------------------------------------------- | | Arbeidsslag per omwenteling | 1 | 1 per 2 omwentelingen | | Vermogen per cc | Hoog (meer vermogen voor zelfde cilinderinhoud) | Lager | | Complexiteit | Eenvoudiger ontwerp, geen kleppen (poorten gebruikt) | Kleppen nodig, complexer | | Efficiëntie brandstof | Lager, meer verbruik | Hoger, zuiniger | | Smering | Olie vaak gemengd met brandstof | Olie in apart carter | | Levensduur | Korter door snellere slijtage | Langere levensduur | | Geluid | Luidruchtiger | Rustiger | | Toepassing | Kleine motoren, lichte robots, draagbare apparaten | Auto's, grotere robots, betrouwbaar werk | ### 4.3 Energie- en vermogensdichtheid Een cruciale factor bij het kiezen van een aandrijfsysteem voor mobiele robots is de energiedichtheid en vermogensdichtheid van de energiebronnen. Verbrandingsmotoren, gevoed door fossiele brandstoffen, blinken hierin uit vergeleken met batterijen [76](#page=76). #### 4.3.1 Energiedichtheid (Energy Density) Energiedichtheid geeft aan hoeveel energie een bron kan opslaan per massa (gravimetrisch) of per volume (volumetrisch). | Energiebron | Gravimetrisch (Wh/kg) | Volumetrisch (Wh/L) | Opmerkingen | | :--------------------- | :-------------------- | :------------------ | :----------------------------------------------------------------------- | | Benzine (gasoline) | ~12.000 | ~9.000 | Zeer hoog; kleine tank = veel energie. | | Diesel | ~13.000 | ~10.000 | Iets hoger dan benzine; zeer geschikt voor lange afstanden. | | Li-ion batterij | 150–250 | 250–700 | Veel lager dan fossiele brandstoffen; lichtgewicht voordeel. | | LiFePO4 batterij | 90–160 | 220–360 | Lager dan Li-ion, maar veiliger en langer levensduur. | | Brandstofcel (H2) | 33.000 (H2 gas) | 8.500–10.000 | Afhankelijk van opslagmethode; tanken is snel. | **Gravimetrische energiedichtheid (Wh/kg):** * Benzine: ~12.000 Wh/kg [79](#page=79). * Diesel: ~13.000 Wh/kg [79](#page=79). * Li-ion batterij: 150–250 Wh/kg [79](#page=79). * LiFePO4 batterij: 90–160 Wh/kg [79](#page=79). **Volumetrische energiedichtheid (Wh/L):** * Benzine: ~9.000 Wh/L [78](#page=78) [79](#page=79). * Diesel: ~10.000 Wh/L [78](#page=78) [79](#page=79). * Li-ion batterij: 250–700 Wh/L [78](#page=78). * LiFePO4 batterij: 220–360 Wh/L [78](#page=78). > **Tip:** De hoge energiedichtheid van fossiele brandstoffen maakt ze aantrekkelijk voor toepassingen die een lange operationele duur vereisen zonder frequent bijtanken, ondanks hun milieu-impact en andere nadelen. #### 4.3.2 Vermogensdichtheid (Power Density) Vermogensdichtheid geeft aan hoeveel vermogen een energiebron kan leveren per massa. | Energiebron | Vermogensdichtheid (W/kg) | Opmerkingen | | :--------------------- | :------------------------ | :------------------------------------------------------------------------- | | Benzine/diesel motor | 2.000–5.000 | Hoge piekvermogens mogelijk; continu gebruik efficiënt bij juiste belasting. | | Li-ion batterij | 250–3.000 | Kan hoge vermogens leveren, vooral LiPo varianten; snelle piek mogelijk. | | LiFePO4 batterij | 200–1.000 | Goed voor continu en piekvermogen; betrouwbaarder bij hoge temperaturen. | | Brandstofcel | 200–1.000 | Continue stroom geleverd; piekvermogen vaak lager dan batterij. | ### 4.4 Typen verbrandingsmotoren in detail #### 4.4.1 Benzine motor Benzinemotoren gebruiken benzine met een hoog octaangehalte, wat ze geschikt maakt voor hogere toerentallen. Ze hebben doorgaans een luchtoplading en gebruiken een bougie voor ontsteking. Het energiegehalte per liter is lager dan bij diesel [80](#page=80). * **Directe injectie (DI) benzine:** Brandstof wordt direct in de verbrandingskamer gespoten, wat leidt tot hogere efficiëntie, betere menging en meer controle over de verbranding [83](#page=83) [84](#page=84). * **Indirecte injectie benzine:** Brandstof wordt eerst in een voorverbrandingskamer gespoten. Dit ontwerp is eenvoudiger en resulteert in lagere piekdrukken [83](#page=83) [84](#page=84). #### 4.4.2 Diesel motor Dieselmotoren gebruiken dieselbrandstof, die een hogere energiedichtheid heeft dan benzine, wat resulteert in een betere brandstofefficiëntie. Ze kenmerken zich door spontane ontsteking onder hoge compressie (hoge compressieverhouding) en hebben geen bougie nodig [80](#page=80). * **Directe injectie (DI) diesel:** Brandstof wordt direct in de verbrandingskamer geïnjecteerd en ontbrandt spontaan door de hoge druk en temperatuur. Dit verhoogt de efficiëntie [83](#page=83) [85](#page=85). * **Indirecte injectie diesel:** Brandstof wordt eerst in een voorverbrandingskamer gespoten, waarna de verbranding plaatsvindt. Dit ontwerp is vaak eenvoudiger en wordt aangetroffen in oudere dieselmotoren [83](#page=83) [85](#page=85). ### 4.5 Voorbeeld van een robot met verbrandingsmotor Een notabel voorbeeld van een mobiele robot die een verbrandingsmotor gebruikt, is de LS3 van Boston Dynamics. Deze robot maakt gebruik van een 2-takt motor om aan zijn behoefte aan een compact, lichtgewicht en krachtig aandrijfsysteem te voldoen. De motor voedt hydraulische actuatoren en stelt de robot in staat om zware lasten te dragen over ruw terrein [86](#page=86). --- # Hydraulische aandrijvingssystemen Dit gedeelte introduceert de principes van hydraulische aandrijvingssystemen, hun componenten, voordelen, beperkingen en toepassingen. ## 5. Hydraulische aandrijfsystemen Hydrauliek is de techniek die zich bezighoudt met het overbrengen van energie met behulp van een vloeistof. Dit principe wordt toegepast in diverse systemen, van eenvoudige waterpompen en waterraderen tot complexe machines zoals mobiele machines en kranen [91](#page=91) [94](#page=94). ### 5.1 Wat is hydrauliek? Hydrauliek kan worden onderverdeeld in twee hoofdgebieden: * **Hydrostatica:** De studie van het evenwicht van in rust zijnde vloeistoffen, waarbij lage vloeistofsnelheden en hogere vloeistofdrukken kenmerkend zijn [92](#page=92). * **Hydrodynamica (hydrokinetica):** De studie van een vloeistof in beweging, met hoge vloeistofsnelheden en lagere vloeistofdrukken [92](#page=92). In de meeste hydraulische toepassingen, zoals aandrijfsystemen, is de vloeistofsnelheid relatief laag, wat betekent dat deze systemen voornamelijk gebaseerd zijn op hydrostatische principes [92](#page=92). #### 5.1.1 De hydrostatische aandrijving Een typische hydrostatische aandrijving bestaat uit verschillende hoofdcomponenten die samenwerken om mechanische energie te genereren uit hydraulische druk [93](#page=93): * **Verbruiksmotor (elektrisch of verbrandingsmotor):** De energiebron die de pomp aandrijft [93](#page=93) [98](#page=98). * **Pomp:** Zet mechanische energie om in hydraulische energie door de vloeistof onder druk te zetten en te transporteren [93](#page=93) [98](#page=98). * **Tank:** Bevat de hydraulische vloeistof en dient als opslag [93](#page=93) [98](#page=98). * **Hydromotor of Cilinder:** Zet de hydraulische energie weer om in mechanische energie (circulaire beweging voor hydromotoren, lineaire beweging voor cilinders) [93](#page=93) [98](#page=98). * **Besturingscomponenten (bv. stuurschuiven, regelkleppen):** Regelen de richting, snelheid en druk van de vloeistof [93](#page=93) [98](#page=98). * **Leidingen:** Verbinden de verschillende componenten en transporteren de hydraulische vloeistof [93](#page=93). Er wordt onderscheid gemaakt tussen de zuigleiding (van tank naar pomp) en de persleiding (van pomp naar het werkende element) [93](#page=93). ### 5.2 Toepassingen van hydraulische systemen Hydraulische systemen worden toegepast in een breed scala aan toepassingen, waaronder: * Potkrikken * Klievers * Tractoren * Hydraulische persen * Mobiele machines zoals graafmachines, wielladers (bv. Bobcat) en militaire voertuigen (bv. Milrem Robotics Themis) [94](#page=94). ### 5.3 Voordelen van hydraulische systemen Hydraulische systemen bieden diverse significante voordelen: * Mogelijkheid om grote krachten en vermogens te genereren met relatief kleine componenten [95](#page=95). * Nauwkeurig en traploos regelbare kracht, snelheid en verplaatsing [95](#page=95). * Eenvoudig omschakelen van belasting [95](#page=95). * Eenvoudige bescherming tegen overbelasting [95](#page=95). * Werken met constant vermogen, zelfs bij veranderlijke belastingen [95](#page=95). * Hoge levensduur van componenten [95](#page=95). * Weinig onderhoud vereist [95](#page=95). * Geschikt voor zowel lineaire als circulaire bewegingen [95](#page=95). ### 5.4 Beperkingen van hydraulische systemen Ondanks de voordelen hebben hydraulische systemen ook beperkingen: * Gevoeligheid voor temperatuurschommelingen en drukvariaties [96](#page=96). * Hydraulische vloeistof is samendrukbaar, wat een klein percentage per bar druk kan zijn (0,007 % per bar) [96](#page=96). * Vermogensverlies door interne lekken en smooreffecten [96](#page=96). * Noodzaak om de zuiverheid van de vloeistof te verzekeren [96](#page=96). * Drukpieken kunnen leiden tot breuken van componenten [96](#page=96). * Het leidingsnet kan kostbaar zijn [96](#page=96). * Herstellingen van componenten kunnen duur zijn [96](#page=96). * Lekkageproblemen kunnen milieu-, veiligheids- en gezondheidsrisico's met zich meebrengen [96](#page=96). ### 5.5 Basisopbouw van een hydraulische installatie Een hydraulische installatie kan worden onderverdeeld in vier hoofdgedeelten: * **Pompgedeelte:** Bevat de elektromotor of verbrandingsmotor die de pomp aandrijft, de pomp zelf, de tank en eventueel een accu [98](#page=98). * **Motorgedeelte:** Bestaat uit de hydromotor of cilinders die de mechanische beweging genereren [98](#page=98). * **Conditioneringsgedeelte:** Omvat componenten die de hydraulische vloeistof in optimale conditie houden, zoals filters, koelers en overdrukkleppen [98](#page=98). * **Besturingsgedeelte:** Bevat componenten zoals stuurschuiven, stroomregelkleppen en drukregelkleppen die de werking van het systeem regelen [98](#page=98). ### 5.6 Hydraulische schema's en normering Het lezen van hydraulische schema's is essentieel voor het begrijpen van de werking van hydraulische systemen. De normering ISO 1219 wordt hiervoor gebruikt [100](#page=100). #### 5.6.1 Symbolen in hydraulische schema's Verschillende symbolen worden gebruikt om componenten in hydraulische schema's weer te geven: * **Pompen:** Symbolen variëren afhankelijk van het type pomp (bv. vaste opbrengst, regelbare opbrengst) . * **Cilinders:** Symbolen geven het type cilinder aan (bv. enkelwerkend, dubbelwerkend) . * **Hydromotoren:** Symbolen vertegenwoordigen de rotatiemotor die op hydraulische druk werkt . * **Kleppen, schuiven en ventielen:** Symbolen geven de functie en bediening van regelkleppen weer . * **Leidingen en accu's:** Symbolen voor leidingen en opslagcomponenten zoals accumulatoren . * **Filters en koelers:** Symbolen die aangeven waar de vloeistof wordt gefilterd of gekoeld . #### 5.6.2 Schuiven en ventielen Schuiven en ventielen zijn cruciaal voor de besturing van hydraulische systemen. Ze regelen de stroomrichting en druk van de hydraulische vloeistof . * **Naamgeving:** Ventielen worden vaak aangeduid met een breuknotatie, zoals 'X/Y ventiel' . * **X:** Het aantal aansluitpoorten . * **Y:** Het aantal mogelijke posities van de schuif . * Voorbeelden: 4/3 ventiel, 2/2 ventiel, 5/2 ventiel . * **Aanduidingen van poorten:** * **A, B, C,...:** Cilinderaansluitingen. Cilinderbodem wordt vaak aangeduid met A, C, E, etc. . * **P:** Pers- of drukpoort . * **R of T:** Retour of tankpoort . * **L:** Lekoliepoort . * **Ls:** Load Sensing . * **Aansturing van ventielen:** Ventielen kunnen op verschillende manieren worden aangestuurd, bijvoorbeeld pneumatisch, mechanisch (hefboom, eindeloop) of elektrisch (drukknop) . * Veerbediende ventielen keren automatisch terug naar de middenstand wanneer de aansturing wegvalt . * **Voorbeelden van ventielen:** * **5/2 ventiel:** Vaak gebruikt voor dubbelwerkende cilinders, met 5 poorten en 2 posities . * **5/3 ventiel:** Heeft 3 posities, wat extra functionaliteit kan bieden, zoals een middenstand . * **4/3 ventiel:** Kan worden gebruikt voor regeling van bijvoorbeeld hydromotoren of als werkventiel met een middenstand . #### 5.6.3 Schemavoorbeelden De documentatie bevat diverse voorbeelden van hydraulische schema's die de toepassing van de symbolen en componenten illustreren, zoals voor het aandrijven van rijfuncties en andere functies in mobiele machines . > **Tip:** Maak een lijst van de meest voorkomende hydraulische componenten en hun symbolen, en oefen met het tekenen en lezen van eenvoudige hydraulische schema's om je begrip te versterken. ### 5.7 Praktijkvoorbeelden De documentatie toont diverse praktijkvoorbeelden van hydraulische toepassingen, waaronder: * **Bobcat wiellader:** Illustreert het gebruik van hydraulische systemen voor hef- en stuurbewegingen . * **Minigraver:** Toont een toepassing met CAN-ventielen (bv. PVG 16) voor elektronische aansturing van hydraulische functies, naast handmatige besturing . Een overzicht van componenten in een minigraver wordt ook gepresenteerd . --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Aandrijvingssysteem | Een mechanisch of elektrisch systeem dat beweging genereert en overbrengt om een voertuig, machine of robot voort te bewegen of te besturen. | | Energieverbruik | De hoeveelheid energie die een systeem of apparaat verbruikt tijdens bedrijf, vaak gemeten in Wattuur (Wh) of kilowattuur (kWh). | | Wendbaarheid | Het vermogen van een robot om snel en nauwkeurig van richting te veranderen en obstakels te ontwijken, wat essentieel is voor navigatie in complexe omgevingen. | | Autonomie | Het vermogen van een robot om zelfstandig taken uit te voeren zonder constante menselijke tussenkomst, gebaseerd op sensordata en vooraf geprogrammeerde instructies. | | Energiedichtheid | De hoeveelheid energie die een opslagmedium (zoals een batterij of brandstof) kan bevatten per eenheid van massa (gravimetrisch, Wh/kg) of volume (volumetrisch, Wh/L). | | Vermogensdichtheid | De hoeveelheid energie die een systeem per tijdseenheid kan leveren, gemeten per eenheid van massa (W/kg) of volume (W/L). Dit bepaalt hoe snel een robot kan accelereren of zware lasten kan verplaatsen. | | Li-ion batterij | Een oplaadbare batterijtechnologie die lithiumionen gebruikt om elektrische lading te transporteren tussen de positieve en negatieve elektroden. Bekend om hoge energiedichtheid en relatief lange levensduur. | | LiFePO₄ batterij | Lithium-ijzerfosfaat batterij, een type Li-ion batterij dat bekend staat om zijn veiligheid, lange levensduur en stabiele prestaties, ondanks een iets lagere energiedichtheid dan standaard Li-ion. | | Solid-state batterij | Een batterij die een vast elektrolyt gebruikt in plaats van een vloeibaar of polymeer elektrolyt, wat resulteert in verhoogde veiligheid en potentieel hogere energiedichtheid. | | Verbrandingsmotor | Een motor die energie opwekt door de verbranding van brandstof in een gesloten ruimte, waarbij de expanderende gassen mechanische arbeid verrichten. | | Waterstof brandstofcel | Een elektrochemisch apparaat dat waterstof en zuurstof omzet in elektriciteit, water en warmte, met zeer weinig uitstoot. | | Hydrauliek | Een techniek die gebruikmaakt van een vloeistof onder druk om energie over te brengen en mechanische beweging te genereren, vaak toegepast voor het leveren van grote krachten. | | Hydrostatica | Het onderdeel van de hydraulica dat zich bezighoudt met de studie van vloeistoffen in rust, met nadruk op drukverhoudingen en evenwicht. | | Hydrodynamica | Het onderdeel van de hydraulica dat zich bezighoudt met de studie van vloeistoffen in beweging, inclusief stroming, drukval en energieoverdracht. | | Supercondensator | Een energieopslagapparaat dat energie elektrostatisch opslaat, met de mogelijkheid om zeer snel grote hoeveelheden energie op te nemen en af te geven, ideaal voor piekbelastingen. | | BMS (Battery Management System) | Een elektronisch systeem dat de prestaties en veiligheid van een batterijpakket bewaakt, inclusief celspanning, temperatuur, stroom en laadstatus. | | Galvanische cel | Een elektrochemische cel die chemische energie omzet in elektrische energie door middel van spontane redoxreacties. | | Capaciteit (accu) | De totale hoeveelheid elektriciteit die een batterij kan leveren bij normaal gebruik, uitgedrukt in Ampère-uren (Ah). | | Ontlaadstroom | De stroom die door een batterij wordt geleverd aan een belasting, wat invloed heeft op de effectieve capaciteit van de batterij. | | Bufferladen | Een laadmethode waarbij de lader en de verbruiker parallel op de accu zijn aangesloten en de lader de accu continu op spanning houdt. | | Druppelladen | Een laadmethode die geschikt is voor langdurige opslag, waarbij een kleine stroom wordt geleverd om de zelfontlading van een volledig geladen accu te compenseren. | | Loodzuuraccu | Een veelgebruikte oplaadbare batterij die bestaat uit loodplaten ondergedompeld in een elektrolyt van zwavelzuur. | | Tractiebatterij | Een batterij die speciaal is ontworpen om diep ontladen en herladen te worden over vele cycli, vaak gebruikt in elektrische voertuigen en heftrucks. | | Startbatterij | Een batterij die ontworpen is om gedurende korte tijd een zeer hoge startstroom te leveren, voornamelijk gebruikt in voertuigen met verbrandingsmotoren. | | Werkingsprincipes 4-takt motor | Het proces waarbij een zuigermotor vier slagen (inlaat, compressie, arbeid, uitlaat) voltooit per cyclus van de krukas, gebruikelijk in de meeste benzinemotoren. | | Werkingsprincipes 2-takt motor | Het proces waarbij een zuigermotor twee slagen (inlaat/compressie en arbeid/uitlaat) voltooit per cyclus van de krukas, wat leidt tot meer vermogen per omwenteling maar minder efficiëntie. | | Directe injectie (DI) | Een brandstofinjectiesysteem waarbij de brandstof rechtstreeks in de verbrandingskamer wordt gespoten voor hogere efficiëntie en betere controle. | | Indirecte injectie (IDI) | Een brandstofinjectiesysteem waarbij de brandstof eerst in een voorverbrandingskamer wordt gespoten voordat het in de hoofdverbrandingskamer komt. | | RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator) | Een nucleaire batterij die elektriciteit opwekt door de warmte van radioactief verval te gebruiken, vaak toegepast in ruimtesondes en afgelegen installaties. | | Zonnepaneel (PV-paneel) | Een apparaat dat zonlicht omzet in elektrische energie door middel van het fotovoltaïsche effect. | | Hydrostatische aandrijving | Een hydraulisch systeem dat druk en stroming van een vloeistof gebruikt om mechanische energie te leveren, waarbij de vloeistof nauwelijks in beweging is. | | Stuurschuif | Een klep die de richting en de hoeveelheid van de hydraulische vloeistof regelt die naar een actuator (zoals een cilinder of motor) wordt gestuurd. |