Bachelorarbeit Maschinentechnik: Selbstbalancierendes einachsiges Skateboard

Ein Skateboard fast wie aus «Zurück in die Zukunft»

Innerhalb von nur vier Monaten planten und bauten Armin Sejfic und Fabian Sisavanh ein selbstbalancierendes einachsiges Skateboard. Die beiden Maschinentechnik-Absolventen sind von dem Potenzial ihrer Idee überzeugt und wollen sie auch nach dem Bachelorabschluss weiterverfolgen.

Als hätten der Segway-Erfinder und Marty McFly aus dem Film «Zurück in die Zukunft» bei einem Bier eine verrückte Idee gesponnen – ein wenig so kommt das Projekt von Armin Sejfic und Fabian Sisavanh daher. Die beiden Maschinentechnik-Absolventen haben im Rahmen ihrer Bachelorarbeit ein selbstbalancierendes einachsiges Skateboard gebaut. «Wir haben in letzter Zeit ab und zu ähnliche Vehikel gesehen und unserem Dozenten vorgeschlagen, so etwas zu bauen», sagt Armin Sejfic. Grundlage ihrer Arbeit ist das inverse Pendel – ein Musterbeispiel aus der Regelungstechnik, bei dem der Schwerpunkt oberhalb der Drehachse liegt. Auf diesem Prinzip basieren unter anderem auch Segway, Onewheel oder Solowheel – Gefährte, von denen sich die beiden Absolventen inspirieren liessen.

Von der Idee zur Umsetzung

Beeindruckend ist, in welch kurzer Zeit die beiden Absolventen von der Idee zur Umsetzung gelangten. «Obwohl uns viele Mitstudenten gefragt haben, ob wir mit einer Projektarbeit bereits Vorarbeit geleistet hätten: Wir haben die Planung, die Konstruktion und die Umsetzung in der Tat innerhalb von vier Monaten geschafft», sagt Armin Sejfic. «Wir wussten zwar genau, welches Ziel wir erreichen wollen. Den Weg dahin mussten wir uns aber Schritt für Schritt erarbeiten.» Die Metallteile haben sie in Auftrag gegeben, das hölzerne Trittbrett hat ein befreundeter Schreiner auf Mass angefertigt, die übrigen Komponenten haben sie nach intensiver Recherche einbaufertig gekauft. Herzstück des Skateboards sind die beiden Radnabenmotoren, die bereits die Form eines Rades haben und nur noch mit einem Reifen überzogen werden mussten.

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«Es macht unglaublich viel Spass, mit dem LeanBoard unterwegs zu sein»

Armin Sejfic

Verbesserte Kurvendynamik

Als Grundlage für den Bau diente ein CAD-Modell des LeanBoards.

Bremsen und Beschleunigen funktioniert mit dem Skateboard, das die Absolventen LeanBoard getauft haben, wie mit dem Segway: Lehnt man sich in Fahrtrichtung, nimmt das Brett Fahrt auf; um anzuhalten lehnt man sich zurück. Ein Zustandsregler sorgt dafür, dass die Bewegungen des Fahrers auf einen Mikrokontroller und schliesslich auf die Motoren übertragen werden. Besonders am LeanBoard ist aber seine Kurvendynamik, welche die beiden Maschinentechnik-Absolventen dank zweier Skateboardachsen verbessern konnten. Armin Sejfic erklärt: «Neigt man sich zur Seite, wird auch das von Sensoren erfasst. Diese sorgen dann dafür, dass der Motor, der aussen am Kurvenradius liegt, etwas stärker beschleunigt als der Innere.»

«Macht unglaublich viel Spass»

Die Grafik zeigt, wie die beiden Sensoren zusammenarbeiten.

Das LeanBoard ist heute vollumfänglich fahrtauglich – «und es macht unglaublich viel Spass, damit unterwegs zu sein», versichert sein Konstrukteur. Dem Absolvententeam haben sich allerdings auch ein paar Schwierigkeiten in den Weg gestellt. Insbesondere die Auslegung der Sensorik, die Inbetriebnahme und die Kalibrierung seien heikle Punkte gewesen. «Wenn das Brett langsam unterwegs ist oder steht, sind andere Messungen nötig als wenn das LeanBoard schnell fährt. Wir arbeiteten daher mit zwei kombinierten Sensoren, die aus der Beschleunigung beziehungsweise aus der Drehrate den Winkel errechnen und eine passende Ansteuerung der Motoren auslösen.

Viel Zeit investiert

«Wir mussten viel Zeit in unsere Arbeit investieren – es hat aber so viel Spass gemacht, dass uns das nicht wirklich gestört hat.» Armin Sejfic und Fabian Sisavanh sind überzeugt, dass das Resultat ihrer Arbeit grosses Potenzial hat: «Zwar wissen wir noch nicht, wie es mit dem LeanBoard weitergeht. Wir könnten uns aber durchaus vorstellen, die Idee weiterzuverfolgen. Mit unserer Bachelorarbeit haben wir den Grundstein dafür gelegt.

Weitere Informationen

Bachelorstudium Maschinentechnik

Institut für Mechatronische Systeme (IMS)