Marek STANIA * Ralf STETTER ** METODOLOGIA PROJEKTOWANIA ZŁOŻONYCH SYSTEMÓW MECHATRONICZNYCH NA PRZYKŁADZIE INNOWACYJNEGO POJAZDU PRZEMYSŁOWEGO W niniejszej pracy przedstawiono rozwiązanie innowacyjnego, opatentowanego autonomicznego pojazdu przemysłowego mającego zastosowanie głównie w branży logistycznej. Pojazd ten charakteryzuje się wysoką dynamiką jazdy oraz nieograniczoną manewrowością. Przedstawiono również nowe podejście podczas projektowania, rozwoju produktu mechatronicznego, który bazuje na V-modelu. Podejście to pozwala na przejrzyste, świadome planowanie i kontrolę procesu mechatronicznego projektowania nowego produktu. WSTĘP W ostatniej dekadzie można zauważyć ogromne zainteresowanie mechatroniką. Produkty mechatroniczne zwracają na siebie coraz to większą uwagę, odgrywają znaczącą rolę w naszym codziennym życiu. Obecnie wysokie wymagania stawiane przez klienta wymagają od projektanta coraz to nowszych, bardziej zaawansowanych produktów. Przez pojęcie więcej zaawansowanych produktów klienci mają na myśli produkty, które nie tylko są ulepszeniem poprzedniego produktu, ale posiadają dodatkowe własności, funkcje i co najważniejsze powinny być trwalsze i tańsze od swego poprzednika. By spełnić wymagania klienta, przyszły produkt wchodzący na rynek powinien charakteryzować się wysoką jakością, wielofunkcyjnością, wysoką niezawodnością, szybką adaptacją do zmieniających się warunków, elastycznością oraz prostotą w obsłudze. Łatwość obsługi jest tutaj istotnym kryterium wyboru produktu przez potencjalnych przyszłych nabywców. Żywym przykładem mogą być pierwsze transportowe wózki widłowe (produkt elektromechaniczny). Wiele wskaźników, kontrolek zostało zastąpionych przez ekran lub monitor. Parę lat temu zastąpiono wiele przycisków, przełączników, pokręteł za pomocą specjalnie zaprojektowanego joysticka. Obecnie w sytuacjach zagrożenia istnieje możliwość zdalnego sterowania takim pojazdem. Jednakże daleko jeszcze takim pojazdom do tego, aby uznać je całkowicie jako produkt mechatroniczny. Kiedy zatem zostanie opracowany inteligentny, autonomiczny pojazd przemysłowy do transportowania różnych materiałów? Czy takie pojazdy znajdą swoje uznanie w naszym codziennym życiu? Powstaje więc pytanie jak zaprojektować i rozwinąć tak wyrafinowane produkty? Obecnie produkt, którego systemy wraz z jego podsystemami reprezentują dziedziny takie jak: budowę maszyn, elektronikę, informatykę, są uznawane jako produkt mechatroniczny. W niniejszej pracy opisano podejście, metodologię projektowania złożonych systemów mechatronicznych. Metodologia ta został rozwinięta w ostatnich lata w Hochschule Ravensburg Weingarten (Niemcy) uwzględnia nie tylko aspekty samego procesu planowania, ale również jego wykonanie i kontrolę. Pojęcie mechatroniki zostało wybrane po to, by na jej przykładzie opisać to podejście. ZASTOSOWANIE V-MODELU W MECHATRONICE Mechatronika jest najczęściej scharakteryzowana przez wysoki stopień złożoności w wyniku dużej liczby łączonych ze sobą elementów. Wymaga ona współpracy osób z wielu dziedzin, co czasami jest trudne do osiągnięcia, gdyż specjaliści reprezentują zupełnie różne, inne dziedziny nauki. Zwykle problemami są różnice pojęcia kompletnego rozwiązania, które * Instytut Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Politechnika Częstochowska, Polska ** Konstruktion und Entwicklung in der Kraftfahrzeugtechnik, Hochschule Ravensburg-Weingarten, Niemcy 1
są specyficzne dla głównych domen. Prawidłowe przejście od potrzeby nowego produktu do jego końcowego wytworzenia i wprowadzenia na rynek wymaga od inżynierów stworzenia odpowiedniej procedury (ścieżki), która powinna pomóc skutecznie w kierowaniu i organizowaniu kolejnych procesów projektowania. Planowanie, wykonanie i kontrolowanie takich procesów wymaga złożonych strategii, metod i narzędzi. Na podstawie powyższych problemów, opracowano pewne wskazówki, zalecenia co do samego procesu projektowania nowego, przyszłego produktu. Dla rozwoju systemu mechatronicznego został opracowany i zalecony V-model. V-model jest graficzną reprezentacją cyklu życia rozwoju całego systemu. Model ten został zaadoptowany i wprowadzony w życie w Niemczech. Po znacznym przysposobieniu i modyfikacji V-model został zasugerowany przez VDI (wytyczna 2206) jako Metodologia projektowania systemów mechatronicznych [[1],[2]]. Kilku pracowników naukowych stara się nadal zoptymalizować tę metodologię rozwoju produktu dla systemów mechatronicznych [[3],[4],[5]]. Autorzy pozycji [[6],[7]] proponują odnieść się do całego procesu jako Mechatronics Engineering. Obecnie można zaobserwować, iż V-model stał się standardowym procesem podczas projektowania nowych produktów mechatronicznych w wielu dziedzinach przemysłu. Ogólnie V-model może być podzielony na trzy główne sekcje i zawsze jest opisany w kształcie litery V. Sekcja pierwsza (z lewej strony) składa się z projektowania systemu, w dolnej części następuje wyszczególnienie specyfiki projektu oraz pełna integracja sytemu w części prawej V modelu. Na rysunku 1 przedstawiono ogólną strukturę V-modelu. Rysunek 1. Ogólna struktura V modelu Zgodnie z wytyczną VDI 2206 procedura rozwoju systemu mechatronicznego składa się z dwóch etapów: ogólne rozwiązanie problemu na poziomie mikro; rozwiązywanie problem na poziomie makro Na poziomie mikro rozwiązywanie poszczególnych problemów może trwać od kilku godzin do kilku miesięcy. Jednakże w tym etapie nie uzyskujemy kompletnego rozwiązania, lecz określane są problemy, jakie należy rozwiązać podczas rozwoju nowego produktu [8]. 2
Pojęcie rozwiązywania problemu na poziomie makro dotyczą wszystkich kroków, czynności mających na celu osiągnięcie kompletnego rozwoju produktu lub co najmniej rozwoju poszczególnych podsystemów. Wytyczna VDI 2206 przedstawia zatem ogólne postępowanie rozwoju produktu na poziomie mikro, zwanej także jako metodologia rozwiązywania problemów w poszczególnych etapach. VDI 2206 poleca użytkowanie V-modelu jako ogólne postępowanie (na poziomie makro) podczas projektowania systemów mechatronicznych. Należy tutaj zaznaczyć, iż nawet na poziomie makro V-model nie koniecznie musi reprezentować proces rozwoju całego produktu, lecz kompletny proces rozwoju mógłby składać się z kilku małych pod V-modeli (na poziomie makro), zwiększając tym samym przejrzystość procesu projektowania nowego produktu mechatronicznego (rys. 2). Rys. 2. V model na poziomie mikro i makro Jak można zaobserwować na rys. 2 w każdej chwili rozwoju produktu mechatronicznego następuje weryfikacja i walidacja osiągniętych rozwiązań, w celu znalezienia optymalnego rozwiązania. Czynności te można wykonać na poziomie produktu, jak również komponentu czy też pojedyńczej części (dotyczy również V-modelu na poziomie makro). Ostateczną czynnością przyszłego produktu jest przygotowanie prototypu. Robotyka a zwłaszcza roboty mobilne to dziedzina, która w pełni wykorzystuje termin mechatroniki. W skład takiego produktu wchodzi: zaawansowana konstrukcja mechaniczna, inteligentne sensory i aktuatory, urządzenia wymagające wielkiej mocy obliczeniowej, zaawansowany program sterujący, itd. Wszystkie wyżej wymienione pozycje decydują, iż mamy do czynienia z nowoczesnym produktem mechatronicznym w pełni tego słowa znaczeniu. W laboratorium mechatroniki metodologia projektowania systemów mechatronicznych okazała się efektywna i skuteczna do osiągnięcia zamierzonego celu. Ogólna postać V-modelu okazała się odpowiednia do zarządzania wszystkimi projektami. Ponadto poza V modelem są jeszcze stosowane i praktykowane inne metodologie i narzędzia wspomagające i ulepszające planowanie procesu 3
rozwoju nowego produktu mechatronicznego. Teoria V-modelu została zweryfikowana przez praktykę na podstawie kilku projektów wykonanych w laboratorium. AUTONOMICZNY ROBOT PRZEMYSŁOWY Autonomiczne pojazdy znajdujące zastosowanie w logistyce jako pojazd transportowy lub też jako pojazd serwisowy w ostatnich latach zasługują na szczególna uwagę. Wysoko zautomatyzowane, elastyczne procesy produkcyjne wymagają innowacyjnych rozwiązań przepływu materiału pomiędzy poszczególnymi punktami linii produkcyjnej. Dotychczasowe rozwiązania autonomicznych pojazdów mogące zostać użyte w logistyce są zbyt mało elastyczne i mało adaptacyjne do wykonywania różnych czynności czy manewrów. Często pojazdy te nie spełniają oczekiwań i wymagań stawianych przez klienta. Istnieje jednak szereg publikacji i badań naukowych mające na celu dalszy rozwój i optymalizację takich pojazdów [9, 10]. Celem budowy autonomicznego pojazdu przemysłowego było opracowanie własnego środka transportowego charakteryzującego się wysoką zwrotnością, niezawodnością, wysoką dynamiką jazdy. Mechaniczna konstrukcja robota jest wynikiem przyjętych pewnych założeń na początku projektu. Głównym wymaganiem projektu jest zdolność przewożenia materiałów o masie m=500[kg] z prędkością minimalną v=4[m/s]. Dodatkowym ograniczeniem były gabaryty pojazdu (przyjęto wymiary zewnętrzne ramy pojazdu, które odpowiadają wymiarom standardowej palety EURO 1200[cm] x 800[cm] (długość x szerokość). Zaprojektowana konstrukcja pojazdu jest całkowicie modułowa, tzn. w pierwszym etapie została opracowana jedna jednostka napędowa, celem analizy i zweryfikowania pod kątem mechanicznym, elektronicznym i programowym. Zaletą takiego podejścia jest również niższy koszt oraz łatwiejszy system sterowania całego pojazdu. Najistotniejszą a zarazem najważniejszą cechą tego rozwiązania jest innowacyjny układ napędowy bazujący na różnicy momentu obrotowego poszczególnych kół. Istotą tego rozwiązania jest brak dodatkowego silnika do sterowania modułem w osi pionowej. Oznacza to, iż praktycznie jeden silnik elektryczny został wykorzystany zarówno do napędu, jak i sterowania całą jednostką napędową. Zaletą tego rozwiązania jest jego nieograniczona manewrowość. Nieograniczona manewrowość oznacza tutaj możliwość jazdy robota w dowolnym kierunku. Ostatecznie rozwiązanie zostało zgłoszone i zaakceptowane jako patent nowoczesnych rozwiązań dla systemów napędowych [11]. Do głównych ruchów można tutaj zaliczyć (rys. 3): Rys. 3. Warianty możliwych ruchów dla platformy transportowej 4
przemieszczanie się w dowolnym kierunku; obrót wokół własnej osi; obrót wokół dowolnego punktu bez poślizgu; oraz kombinacja powyższych ruchów. Więcej informacji na temat specyfiki tego rozwiązania można znaleźć w pozycji [12], [13], [14]. Na rys. 4 przedstawiono ogólną budowę platformy pojazdu przemysłowego. Rys. 4. Ogólna budowa i struktura platformy pojazdu przemysłowego Ze względu na wysoki koszt trójwymiarowego skanera laserowego 3D zdecydowano się na czujniki podczerwieni i ultradźwiękowe do budowy zbierania informacji z otoczenia robota. Robot posiada 13 czujników zamocowanych w platformie. Ponadto do dokładniejszej 5
lokalizacji położenia samego robota użyto kompasu. Również zaimplementowano odwrotny model kinematyki. Zadaniem mobilnej platformy było dostarczanie materiału pomiędzy poszczególne maszyny w odpowiednim czasie i sekwencji, uwzględniając przy tym zakłócenia zewnętrzne (np.: opóźnienie procesu wytwarzania na danej maszynie, awaria maszyny, itd.). Ponadto na drodze transportowej zlokalizowano kilka punktów pośrednich (tzw. markery) względem których pojazd korygował swoje położenie. Rozwiązanie to pozwoliło na wielokrotną autonomiczną jazdę z dużą, zadawalającą precyzją poruszania się. Zastosowanie trójwymiarowego skanera laserowego pozwoliłoby na zbudowanie dokładnej mapy otoczenia środowiska robota. Na rys. 5 przedstawiono przykładowe zastosowanie pojazdu w hali produkcyjnej. Rysunek 5. Autonomiczny pojazd przemysłowy w hali produkcyjnej AUTONOMICZNY ROBOT PRZEMYSŁOWY JAKO PRZYKŁAD SYSTEMU W V-MODELU Podczas projektowania całego procesu pomocny okazał się V-model, który został użyty jako ścieżka rozwoju autonomicznego robota. Opracowany szablon jest zgodny z ogólną strukturą V-modelu. Na rys. 6 przedstawiono szablon rozwoju naszego produktu. Wymagania Product Poziom systemu Analiza wymagań systemu Projekt systemu walidacja Test całego systemu systemu Poziom podsystemu Analiza wymagań mechanicznych podsystemów mechanicznych Analiza wymagań elektrycznych podsystemów elektrycznych Analiza wymagań podsystemu walidacja Testowanie mechanicznych podsystemów mechanicznych Testowanie elektrycznych podsystemów elektrycznych Testowanie podsystemów Poziom komponentu mechaniczny elektryczny mechanicznych elektrycznych Kompletny projekt mechaniczny, elektryczny oraz dla poszczególnych. Kompletna dokumentacja. Rysunek 6. Szablon rozwoju autonomicznego robota przemysłowego 6
Na wstępie szablonu dokonano analizy wymagań stawianych przyszłemu produktowi (robotowi). Na podstawie wymagań klienta, przeglądu istniejących rozwiązań, zapotrzebowania rynku, opracowano wstępny szablon na poziomie mikro. Na tym poziomie określono, jakie należy wykonać pierwsze a zarazem główne kroki mające na celu osiągnięcie zamierzonego celu. Głównym celem a zarazem podstawowym wymaganiem było opracowanie autonomicznego pojazdu transportowego na potrzeby przemysłu (głównie logistycznego). Postanowiono opracować jednostkę napędową, która będzie cechować się uniwersalnością, wysoką dynamiką podczas jazdy oraz jazdą w ograniczonej przestrzeni (wąskie korytarze, przejścia między maszynami, małe stacje załadowcze i rozładowcze, itd.). Lista wymagań uwzględniała również takie parametry jak: maksymalną prędkość i przyśpieszenie, jaką może rozwinąć pojazd, minimalny czas ładowania baterii oraz wiele dodatkowych zaawansowanych funkcji. Po uwzględnieniu powyższych kryteriów przygotowano końcową mapę, ścieżkę procesu rozwoju danego produktu. Baza mapy była oparta na V-modelu wraz z zagnieżdżonymi podsystemami (V-modele na poziomie makro). Cały system jak i jego podsystemy dokładnie obrazuje połączenie pomiędzy trzema głównymi domenami mechatroniki. Jednakże sam V-model nie jest wystarczającym narzędziem do zarządzania i planowania projektem. V-model został wsparty o dobrze znaną mapę Ganta. Wykres Ganta był bezpośrednio związany z poszczególnymi etapami V-modelu (na poziomie integracji systemu, podsystemu jak i każdego komponentu). Wykres Ganta obrazował czasowe ograniczenia projektu. Ważnym aspektem projektu jest dokumentacja techniczna. Dokumentacja ta powinna być sporządzona w taki sposób, aby specjaliści poszczególnych dziedzin w każdej chwili trwania projektu mieli do niej dostęp (możliwość analizy projektu w dowolnej chwili czasu). wszystkich części mechanicznych, urządzeń elektronicznych, niezbędnej instalacji elektrycznej odbywało się w środowisku CAD (model 3D wraz z kompletną dokumentacją techniczną). INTELIGENTNA JEDNOSTKA NAPĘDOWA JAKO PRZYKŁAD PODSYSTEMU W V-MODELU Drugi poziom V modelu to poziom podsystemu gdzie następuje wyszczególnienie wszystkich podsystemów wchodzących w skład całego systemu. Również i na tym poziomie na wstępie rozważane są wszystkie wymagania. Podsystem robota stanowi w tym przypadku innowacyjny moduł napędowy, który jest zarazem niezbędną jego częścią. Podejście modułowe sprawiło, iż mamy lepszą przejrzystość całego procesu. Kolejną zaletą takiego rozwiązania jest to, iż dany podsystem (moduł) może zostać w każdej chwili ulepszony i wykorzystany w innych projektach (z mniejsza lub większą jego modyfikacją). Na rys.6 można zaobserwować, iż wiele podsystemów zostało podzielonych na trzy główne domeny (mechaniczną, elektryczną i informatyczną). Jednakże w fazie końcowej rozwoju każdego procesu danego podsystemu następuje ich pełna integracja, co doskonale podkreśla, iż mamy styczność z produktem mechatronicznym. Budowa jednej jednostki napędowej miało na celu przetestowanie części projektu przed finalną budową całego pojazdu z czterema modułami. Zaletą takiego podejścia jest rozwiązywanie pojawiających się problemów na poziomie jednostki napędowej. Zaprojektowany i wykonany pierwszy moduł napędowy przedstawiono na rys.7. Łatwo tutaj zauważyć specyfikę tego rozwiązania. Nie istnieje żaden specjalny mechanizm, który by ustawiał i utrzymywał położenie kątowe osi pionowej. Utrzymanie wymaganej pozycji odbywa się bazując na różnicy momentu obrotowego poszczególnych silników. Silniki regulują swoją prędkość obrotową aż do chwili uzyskania kolejnegowymaganego położenia kątowego osi pionowej. 7
Rysunek 7. Widok ogólny innowacyjnej jednostki napędowej (model CAD) 1-oś pionowa, 2-encoder, 3-łożysko, 4-oprawa łożyskowa, 5-koło zębate, 6-wałek, 7-koło jezdne, 8-płyta górna, 9-oprawa łożyskowa, 10-płyta dolna, 11-hamulec, 12-łożysko, 13-łożysko, 14-pierścień ślizgowy SILNIK MCD JAKO PRZYKŁAD KOMPONENTU W V-MODELU Moduł napędowy składa się z dwóch silników MCD EPOS, przy czym jeden z nich jest programowalny P (Programmable), w przeciwieństwie do drugiego silnika S (Slave). Silnik MCD EPOS P po wcześniejszym jego oprogramowaniu może kontrolować i sterować pracą drugiego silnika. Odbywa się to dzięki wewnętrznej inteligencji sterownika (PLC), znajdująca się w silniku programowalnym. Na rys.8 przedstawiono budowę inteligentnego silnika MCD EPOS. Rys. 8. Inteligentny silnik MCD EPOS 8
Moment napędowy z silnika zostaje przeniesiony na koło jezdne za pomocą przekładni zębatej. Zastosowanie przekładni zębatej miało na celu zwiększenie momentu obrotowego oraz uzyskanie wymaganej prędkości pojazdu. PODSUMOWANIE Rozwój produktu mechatronicznego jest wysoko złożonym procesem. Produkty mechatroniczne to systemy, które obejmują budowę maszyn, elektronikę i inżynierię informatyczną. Złożoność takich systemów jest większa niż poszczególnych ich dziedzin. Jednakże, aby otrzymać w pełni produkt mechatroniczny konieczna jest ścisła współpraca specjalistów tych dziedzin. Aby zaspokoić oczekiwania klienta i zmniejszyć koszty rozwoju produktu, niezbędna jest odpowiednią ścieżka, metodologia projektowania takich systemów. Wytyczna VDI 2206 jest ogólnie zalecaną mapą procesu planowania, wykonania i kontroli rozwoju produktu. V-model jak i inne dodatkowe narzędzia do zarządzania projektem pozwalają na skuteczne i efektywne wdrażanie nowego produktu na rynek przy zaspokojeniu wszelkich wymagań rynku. Dla złożonych systemów V-model może zostać oceniany na wielu poziomach (mikro i makro). Odpowiednia metodologia projektowania jak i modelowanie jest nie tylko istotne przy opracowywaniu złożonych systemów, ale również przydatna jest przy rozwijaniu innowacyjnego, jeszcze dobrze nieznanego rozwiązania. Hierarchia V modelu (poziom systemu, podsystemu, komponentu) powoduje, iż planowanie staje się bardziej przejrzyste. Ponadto zwiększa to wielokrotność używania poszczególnych podsystemów i w innych projektach. Podejście modułowe pozwala na zmniejszenie czasu projektowania, wytwarzania danego produktu, a co za tym idzie zmniejsza jego koszt. Praca wykonana w ramach stypendium oraz grantu badawczego finansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego oraz w ramach badań własnych BW 1-101/201/10/P w Instytucie Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn Politechniki Częstochowskiej Literatura 1. VDI 2206: Design methodology for mechatronical systems, Beuth, Berlin, 2004. 2. Gausemeier, J., Möhringer, S.: New Guideline VDI 2206 A flexible procedure model for the design of mechatronic systems, Norell, M. (Ed.): Proceedings of the 14th International Conference on Engineering Design (ICED), Stockholm, 2003 3. Bathelt J., Jönsson A., Bacs C., Dierssen, A, Meier, M.: Applying the New VDI Design Guideline 2206 on Mechatronic Systems Controlled by a PLC. In: Proceedings of ICED05 International Conference on Engineering Design, Melbourne, Australia, 2005 4. Jansen, S.; Welp, E.: Model-Based Design of Actuation Concepts: a Support for Domain Allocation In Mechatronics. In: Proceedings of ICED05 International Conference on Engineering Design, Melbourne, Australia, 2005 5. Gausemeier, J.; Giese, H.; Schäfer, W.; Axenath, B.; Frank, U.; Henkler, S.; Pook, S.; Tichy, M.: Towards the Design of Self-Optimizing Mechatronic Systems: Consistency between Domain-Spanning and Domain- Specific Models. In: 16th International Conference on Engineering Design (ICED'07), August 28-31, 2007, Paris, France, 2007 6. Stania, M., Stetter, R.: Mechatronics Engineering on the Example of a Multipurpose Mobil Robot. In: Solid State Phenomena Vols. 147-149 (2009) pp 61-66 7. Ziemniak P., Stania M., Stetter R., (2009): Mechatronics engineering on the example of an innovative production vehicle. International conference on engineering design, ICED'09, 24-27 August 2009. Stanford university, Stanford, CA, USA 8. Rahman R., Pulm, U., Stetter, R.: Systematic Mechatronic Design of a Piezo-Electric Brake. In: Bocquet, Jean-Claude (Editor): Knowledge, Innovation and Sustainability. Proceedings of the 16th International Conference on Engineering Design. Paris: Design Society, 2007 9. Feldmann, K.; Wolf, W.: Autonom navigierende Fahrerlose Transportsysteme in der Produktion. In: Levi, P., Schanz, M., Lafrenz, R.; Avrutin, V.: Autonome Mobile Systeme 2005. Springer: Berlin 2005 10. Handrich, W.: Flexible, flurfreie Materialflusstechnik für dynamische Produktionsstrukturen.München: Utz, 2001 9
11. Patentanmeldung Höhenverstellbares Antriebssystem für mobile Roboter, Aktenzeichen 10 2006 001 055.8, Deutsches Patent- und Markenamt, München. 12. Stania M., Stetter R., Paczynski A (2008).: Lenksystem für Produktionsfahrzeuge auf der Basis von Drehzahl- und Drehmomentdifferenzen. Beitrag zur VDE/VDI-Tagung Elektrisch-mechanische Antriebssysteme 2008 in Böblingen 13. Stetter, R.; Paczynski, A.; Stania, M.; Zajac, M. (2008): Autonomes Fahrzeug mit innovativen, patentierten Lenksystem, Elektromobilausstellung. Aschaffenburg, Germany, 2008 14. Ziemniak P., Stania M., Stetter R., (2009): Mechatronics engineering on the example an innovative production vehicle. International conference on engineering design, ICED'09, 24-27 August 2009. Stanford university, Stanford, CA, USA DESIGN METHODOLOGY OF COMPLEX MECHATRONIC SYSTEMS ON THE EXAMPLE OF AN INNOVATIVE INDUSTRIAL VEHICLE SUMMARY In this paper the patented mechanical concept for steering and level control of a mobile robot equipped with four driving units and the methods that lead to the development of this mechatronic system is presented. The mobile robot exhibits excellent maneuverability and considerable advantages when moving in difficult environments such as rough landscapes. In the paper a refined approach to develop mechatronic systems which is based on the well-known V-model is discussed. The refined approach allows a conscious planning and control of a mechatronic design process. 10