Τι είναι το Mecanum Wheeled Robot: 3 Ολοκληρωμένα Γρήγορα Στοιχεία

Τροχό ρομπότ

Τι είναι ένα ρομπότ με τροχούς;

Τα τροχοφόρα ρομπότ είναι ρομπότ που χρησιμοποιούν μηχανοκίνητους τροχούς για ελιγμούς στο έδαφος για να κινηθούν. Αυτός ο σχεδιασμός είναι πιο απλός από τα ρομπότ με πόδια. Σε επίπεδο έδαφος, είναι πιο εύκολο να σχεδιάσετε, να κατασκευάσετε και να προγραμματίσετε ταξίδια χρησιμοποιώντας σχεδιασμό με τροχούς, εξαιτίας αυτού, μπορούν να ελεγχθούν καλύτερα από άλλα.

Τα μειονεκτήματα των τροχοφόρων ρομπότ είναι ότι δεν μπορούν να πλοηγηθούν καλά εμπόδια, όπως τραχύ έδαφος, απότομες πτώσεις ή περιοχές με χαμηλή τριβή. Τα τροχοφόρα ρομπότ είναι τα πιο συνηθισμένα στην καταναλωτική αγορά, προσφέροντας χαμηλό κόστος και απλότητα με το διαφορικό τους σύστημα διεύθυνσης.

Ρομπότ με τροχούς 7 300x213 2
Ένα τροχό ρομπότ - Pioneer 3 AT; Πηγή εικόνας: Jiuguang Wang, CC BY-SA 3.0 , μέσω του Wikimedia Commons

Τα ρομπότ μπορεί να μην έχουν κανέναν τροχό, αλλά ελάχιστοι 3 τροχοί είναι αρκετοί για ισορροπία και πρόσθετοι τροχοί θα προσθέσουν στην ισορροπία, αλλά θα χρειαστούν πρόσθετοι μηχανισμοί για τη συγκράτηση όλων των τροχών στο έδαφος εάν το έδαφος δεν είναι επίπεδο. Ένα ενδιαφέρον είδος τροχού ρομπότ είναι το ρομπότ με τροχούς Mecanum, για το οποίο θα μάθουμε στο περαιτέρω περιεχόμενο.

Πώς πλοηγείται;

Πολλοί τροχοί ρομπότ χρησιμοποιήστε διαφορικό τιμόνι, το οποίο χρησιμοποιεί τροχούς για την κίνηση που λειτουργούν ξεχωριστά. Περιστρέφοντας κάθε τροχό με διαφορετική ταχύτητα, μπορούν να αλλάξουν κατεύθυνση και συνεπώς δεν χρειάζονται επιπλέον κίνηση διεύθυνσης. Σε αυτούς τους επιπλέον τροχούς μπορεί να προστεθούν τροχοί που δεν τροφοδοτούνται από κινητήρα, συμβάλλοντας στη διατήρησή του. Αυτή είναι μια ιδέα που ονομάζουμε ρομπότ διαφορικού.

Όταν και οι δύο τροχοί κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση και ταχύτητα, το ρομπότ θα κινείται ευθεία ίχνη και για να περιστρέφει το ρομπότ γύρω από το κέντρο του άξονα, οι τροχοί πρέπει να περιστρέφονται απέναντι από την ίδια ταχύτητα. Για οποιονδήποτε άλλο συνδυασμό ταχύτητας περιστροφής και κατεύθυνσης, το κέντρο περιστροφής του ρομπότ μπορεί να βρίσκεται οπουδήποτε στην ευθεία γραμμή που συνδέει τα σημεία επαφής των τροχών με το έδαφος.

Δεδομένου ότι η διαδρομή του ρομπότ εξαρτάται από τον ρυθμό περιστροφής και την κατεύθυνση των δύο κινητήριων τροχών, αυτές οι ποσότητες πρέπει να ανιχνεύονται και να ρυθμίζονται με ακρίβεια.

Ένα ρομπότ με διαφορετική κατεύθυνση είναι ανάλογο με τα διαφορικά γρανάζια που χρησιμοποιούνται σε διαφορετικά αυτοκίνητα, καθώς και οι δύο τροχοί μπορεί να έχουν μεταβλητή ταχύτητα περιστροφής. Ακόμα, ένα σύστημα με διαφορετικό σύστημα διεύθυνσης θα έχει και τους δύο τροχούς, σε αντίθεση με το διαφορικό σύστημα μετάδοσης.

Στη ρομποτική, τα ρομπότ με διαφορικό τροχό χρησιμοποιούνται ευρέως, καθώς η κίνησή τους είναι απλή για προγραμματισμό και θα μπορούσε να ελεγχθεί καλά. Το διαφορικό σύστημα διεύθυνσης χρησιμοποιείται κυρίως για την οικονομική του τιμή και τον απλό σχεδιασμό του.

Τύποι ρομπότ με τροχούς

Ρομπότ 1 τροχού

Δεν είναι εύκολο να κρατάτε ένα ροδάκι σε τροχιά σε όρθια θέση χωρίς εξωτερική υποστήριξη λόγω του μοναδικού σημείου επαφής του με το έδαφος. Υπάρχουν παραδείγματα του μονοτροχικού ρομπότ σε πειραματικά πρωτότυπα ρομπότ. Ένας σφαιρικός τροχός αποδεικνύεται επωφελής έναντι ενός παραδοσιακού τροχού δίσκου επειδή επιτρέπει στο ρομπότ να οδηγεί σε σφαιρικό περίγραμμα προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Τα γυροσκόπια και οι μηχανισμοί αντίστροφης ροπής χρησιμοποιούνται γενικά για να διατηρούν αυτό το είδος ρομπότ ισορροπημένο στο έδαφος. Η μη ολονική κίνηση δημιουργείται μέσω σταθεροποίησης και κλίσης χρησιμοποιώντας σφόνδυλους.

Ρομπότ 2 τροχού

Αυτοί οι τύποι ρομπότ έχουν είτε ένα παράλληλο διαμόρφωση τροχού που ονομάζεται ποδήλατο ή διαδοχική διαμόρφωση όπου ο ένας τροχός βρίσκεται μπροστά από τον άλλο. Κάθε τροχός πρέπει να έχει έναν αισθητήρα κλίσης και έναν κωδικοποιητή τροχού για τον υπολογισμό της γωνίας κλίσης και την παρακολούθηση της θέσης βάσης, αντίστοιχα.

Τα δίκυκλα ρομπότ είναι πιο δύσκολο να εξισορροπηθούν από άλλους τύπους δεδομένου ότι για να παραμείνουν σε όρθια θέση, πρέπει να συνεχίσουν και το κέντρο βάρους του σώματος του ρομπότ κρατιέται κάτω από τον άξονα.

Λόγω της αποτελεσματικής φύσης τους, τα δίκυκλα ρομπότ είναι πανταχού παρόντα σήμερα. Πρέπει να οδηγείτε με μερικούς κινητήρες και δύο τροχούς, αλλά έχουν επίσης τα μειονεκτήματά τους. Χρησιμοποιούν 2-τροχούς και πρέπει να διατηρήσουν τη σωστή τους θέση. Τα δίκυκλα ρομπότ είναι πιο δύσκολο να εξισορροπηθούν από άλλους τύπους και να το καταστήσουν πιο σταθερό, η ηλεκτρικά φορτισμένη μπαταρία τοποθετείται κάτω από τα σώματα της.

ΔΩΜΑΤΙΑ είναι ηλεκτρική σκούπα με 2 τροχούς που κινείται ρομποτικά και μπορεί να καθαρίσει την επιφάνεια του δωματίου. Χρησιμοποιούν έναν μπροστινό αισθητήρα αφής και έναν αισθητήρα υπερύθρων που είναι τοποθετημένο στην κορυφή Το Segways είναι ηλεκτρικά οχήματα που μπορούν να εξισορροπήσουν τον ηλεκτρικό κύκλο. Το Ghost Rider είναι το μοναδικό ρομπότ που αμφισβήτησε το Darpa Grand 2 Challenge.

432 px Roomba πρωτότυπο
Ρομπότ ROOMBA; Πηγή εικόνας: Larry D. Moore, CC BY-SA 3.0 , μέσω του Wikimedia Commons

Ρομπότ 3 τροχού

Υπάρχουν δύο τύποι ρομπότ 3 τροχών:

  • Διευθυντικά διαφορικά. (2 τροχοί με έναν επιπλέον ελεύθερο περιστρεφόμενο τροχό που χρησιμοποιείται για να συγκρατεί το σώμα για εξισορρόπηση.)
  • 2-τροχοί με μία μόνο πηγή και τους 3rd τροχός με υδραυλικό τιμόνι.
3 τροχός
Ρομπότ 3 τροχών

Η κατεύθυνση του ρομπότ μπορεί να ποικίλλει σε τροχούς με διαφορετικό προσανατολισμό αλλάζοντας τους ρυθμούς αναλογικής περιστροφής των δύο τροχών που κινούνται ξεχωριστά. Το ρομπότ θα κινηθεί ευθεία εάν και οι δύο τροχοί ωθούνται προς την ίδια κατεύθυνση και ταχύτητα. Διαφορετικά, το κέντρο περιστροφής μπορεί να πέσει όπου στη γραμμή ενώνει τους δύο τροχούς, ανάλογα με την ταχύτητα περιστροφής και την κατεύθυνση.

Μέσα στο τρίγωνο που δημιουργείται από τους τροχούς, το κέντρο βάρους σε αυτό το είδος ρομπότ πρέπει να βρίσκεται. Το ρομπότ μπορεί να αναποδογυριστεί αν τοποθετηθεί επίσης μεγάλη μάζα στο πλάι του ελεύθερου περιστρεφόμενου τροχού.

Ρομπότ 4 τροχού

  • 2 κινητήρες, 2 ελεύθεροι περιστρεφόμενοι τροχοί- Το ίδιο με τα παραπάνω, αλλά για επιπλέον ισορροπία με δύο ελεύθερους περιστρεφόμενους τροχούς. Εν τω μεταξύ, το κέντρο βαρύτητας πρέπει να παραμείνει εντός του ορθογωνίου των τεσσάρων τροχών, είναι πιο σταθερό από την έκδοση τριών τροχών. Αυτό αφήνει μια πιο σημαντική ποσότητα χρησιμοποιήσιμου χώρου και συνιστάται στο κέντρο βάρους να διατηρείται στο κέντρο του ορθογωνίου.
4.1
2 κινητήρες, 2 ελεύθεροι περιστρεφόμενοι τροχοί
  • Τροχοί 2 προς 2 για κίνηση σαν δεξαμενή- Αυτό το είδος ρομπότ χρησιμοποιεί δύο ζεύγη τροχού. Κάθε ζεύγος περιστρέφεται προς την ίδια κατεύθυνση (συνδέεται με μια γραμμή). Η περιστροφή όλων των τροχών στην ίδια ταχύτητα είναι το δύσκολο μέρος αυτής της πρόωσης. Το πιο αργό θα γλιστρήσει εάν οι τροχοί σε ένα ζευγάρι δεν λειτουργούν με τον ίδιο ρυθμό (αναποτελεσματικός). Το ρομπότ δεν θα οδηγεί κατευθείαν εάν τα ζευγάρια δεν τρέχουν με τον ίδιο ρυθμό. Οποιοδήποτε τιμόνι αυτοκινήτου θα πρέπει να ενσωματώνει έναν καλό σχεδιασμό.
4.2
Τροχοί 2 προς 2
  • Τιμόνι αυτοκινήτου- Αυτή η τεχνική δίνει τη δυνατότητα στο ρομπότ να μεταμορφωθεί με τον ίδιο τρόπο όπως στην κίνηση του αυτοκινήτου. Αυτή είναι μια πολύ πιο άκαμπτη προσέγγιση για την κατασκευή, που καθιστά πολύ πιο δύσκολο τον υπολογισμό των νεκρών. Χρήση κινητήρα εσωτερικής καύσης για την τροφοδοσία α ρομπότ συμφέρει σε σύγκριση με τις προηγούμενες μεθόδους γιατί χρησιμοποιεί μόνο δύο άξονες εξόδου με ταχύτητα και φορά περιστροφής, ανεξάρτητα μεταξύ τους.
4.3
Τιμόνι αυτοκινήτου

5 ή περισσότερα τροχοφόρα οχήματα

Στην περίπτωση πιο γιγαντιαίων ρομπότ. Αν και δεν είναι πολύ ρεαλιστικό.

Οι σχεδιαστικές επιπλοκές αυξάνονται με την αύξηση του αριθμού των κινητήριων τροχών, επειδή είναι δύσκολο να διατηρηθεί η ίδια ταχύτητα στροφής για το ρομπότ να προχωρήσει. Το ρομπότ είναι πιθανό να αποκλίνει από την ευθεία διαδρομή εάν η ταχύτητα του αριστερού και του δεξιού τροχού δεν είναι η ίδια για ένα ρομπότ με διαφορετική κατεύθυνση. Η διαφορά στην ταχύτητα μεταξύ των τροχών στην ίδια πλευρά προκαλεί την ολίσθηση του πιο αργού τροχού.

Συχνά ένας ρομπότ συνδέεται με έναν επιπλέον δωρεάν οδομετρικό περιστροφικό τροχό. Πιο συγκεκριμένα, αυτό ελέγχει πώς κινείται το ρομπότ. Η οδομετρία εξαιρεί την ολίσθηση και άλλες κινήσεις στους κινητήριους τροχούς και μπορεί επομένως να είναι λανθασμένη.

Το Mars Rovers (Sojourner, Spirit, Opportunity), για παράδειγμα, είναι ένα 6-τροχό ρομπότ που, μετά την προσγείωση, ελιγμούς σε ολόκληρο το Martianterrain και χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση του εδάφους, των συναρπαστικών ορόσημων και για την παρατήρηση της επιφάνειας του Άρη. Έχουν σύστημα ανάρτησης που διατηρεί την επιφάνεια σε επαφή και με τους έξι τροχούς και τους επιτρέπει να διασχίζουν λόφους και αμμώδη εδάφη.

Ρομπότ Omni-Wheel

Μία ακόμη επιλογή για τροχοφόρο ρομπότ είναι ότι είναι ευκολότερο να έχετε Omni Wheels για ρομπότ με όλους τους τροχούς που δεν τοποθετούνται στον ίδιο άξονα. Όπως πολλοί μικρότεροι τροχοί που αποτελούν έναν μεγάλο, ένας τροχός Omni, οι μικρότεροι έχουν έναν άξονα κάθετο στον άξονα του βασικού τροχού. Αυτό επιτρέπει στους τροχούς να οδηγούν σε δύο κατευθύνσεις και να κινούνται ονομαστικά, διασφαλίζοντας ότι μπορούν να κινηθούν στιγμιαία σε οποιαδήποτε κατεύθυνση.

Omniwel
Τυπική διαμόρφωση τροχού Omni; Πηγή εικόνας: Pacaro στην αγγλική Wikipedia, Δημόσιος τομέας, μέσω του Wikimedia Commons

Σε αντίθεση με ένα όχημα που δεν είναι ονομαστικά και πρέπει να είναι σε κίνηση για να αλλάξει την κατεύθυνση του, τα ρομπότ Omni με τροχούς μπορούν να ταξιδεύουν προς οποιαδήποτε κατεύθυνση από οποιαδήποτε γωνία χωρίς να περιστρέφονται εκ των προτέρων και η τριγωνική πλατφόρμα χρησιμοποιείται για ορισμένα ρομπότ με τροχό ευθυγραμμισμένο σε γωνίες 3 μοιρών.

Τα πλεονεκτήματα των τριών τροχών σε σύγκριση με τους τέσσερις τροχούς είναι ότι είναι οικονομικά και με βεβαιότητα ότι έχουν 3 σημεία στο ίδιο επίπεδο, υποδηλώνοντας ότι κάθε τροχός έρχεται σε επαφή με το έδαφος και ένας μοναχικός τροχός είναι προς την κατεύθυνση κίνησης και μπορεί να περιστραφεί . Τα μειονεκτήματα της χρήσης τροχών Omni είναι ότι έχουν συγκριτικά λιγότερη απόδοση καθώς όλοι οι τροχοί δεν κινούνται προς την κατεύθυνση της κίνησης, αυτό μπορεί να είναι και ο λόγος απώλειας τριβής. Για τον λόγο ότι από τις μετρήσεις γωνίας του ταξιδιού, είναι πιο περίπλοκη υπολογιστικά στη φύση.

Ένα τέτοιο ρομπότ Omni-wheeled που χρησιμοποιείται διάσημα είναι το Ρομπότ με τροχούς Mecanum.

Ρομπότ με τροχούς Mecanum

Τι είναι ο τροχός Mecanum;

Ο τροχός Mecanum είναι ένας παντευθυντικός τροχός που επιτρέπει στο ρομποτικό όχημα να κινείται και στις δύο πλευρές και τη γενική κίνηση προς τα εμπρός και προς τα πίσω. Ο Bengt Erland Ilon ανέπτυξε την ιδέα του τροχού Mecanum όταν εργάστηκε ως Μηχανικός σε μια εταιρεία στη Σουηδία. Πατένισε την ιδέα στις Ηνωμένες Πολιτείες στις 13 Νοεμβρίου 1972. Το άλλο ευρέως διαδεδομένο όνομα είναι ο σουηδικός τροχός ή ο τροχός Ilon, μετά το όνομα του ιδρυτή.

Σχεδιασμός ρομπότ με τροχούς Mecanum

Ο τροχός Mecanum είναι κεντραρισμένος σε έναν ακούραστο τροχό που συνδέεται λοξά με ολόκληρη την περιφέρεια της ζάντας του με ένα σύνολο καουτσούκ εξωτερικών κυλίνδρων. Συνήθως, αυτά τα σετ καουτσούκ εξωτερικών κυλίνδρων έχουν καθένα άξονα περιστροφής στο επίπεδο του τροχού γύρω από 45 ° και με τη γραμμή άξονα γύρω από 45 °.

Σε κάθε ρομπότ τροχού Mecanum, ο τροχός του έχει το σύστημα μετάδοσης κίνησης και είναι ανεξάρτητα τύπου τιμονιού Το σύστημα κίνησης είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία μιας δύναμης προώθησης που διατηρεί γωνία 90 ° με τον άξονα του κυλίνδρου κατά τη διάρκεια της κίνησης περιστροφής που μπορεί να χωριστεί στα διαμήκη και εγκάρσια στοιχεία του φορέα.

Αρχή ελέγχου τροχού Mecanum 900 px.svg
Σχεδιασμός τροχού Mecanum. Πηγή εικόνας: Mrmw, CC0, μέσω του Wikimedia Commons

Η τυπική διαμόρφωση ενός ρομπότ Mecanum Wheeled έχει διάταξη τεσσάρων τροχών, η οποία είναι εμφανής σε ένα παράδειγμα κινητών ρομπότ πανκατευθυντικής κατεύθυνσης που ονομάζεται URANUS. Διαθέτει εναλλασσόμενους αριστερούς και δεξιούς κυλίνδρους με άξονες παράλληλους στη διαγώνιο του πλαισίου του οχήματος στο επάνω μέρος του τροχού. Ένα από τα Mecanum Wheeled Robot: Ο URANUS δείχνει παρακάτω.

330 εικονοστοιχεία UranusOmniDirectionalRobotPodnar
Ρομπότ με τροχούς Mecanum: Ρομπότ URANUS; Πηγή εικόνας: Gwpcmu, CC BY 3.0 , μέσω του Wikimedia Commons

Τα ρομπότ Mecanum Wheeled για κίνηση με ελάχιστες απαιτήσεις ταχύτητας. Για παράδειγμα:

  • Η οδήγηση και των 4 τροχών στην ίδια ταχύτητα στην ίδια κατεύθυνση μπορεί να οδηγήσει σε κίνηση προς τα εμπρός / προς τα πίσω, καθώς τα διαμήκη διανύσματα δύναμης θα προστεθούν μαζί, αν και οι εγκάρσιοι φορείς θα ακυρωθούν ο ένας τον άλλον.
  • Οδηγώντας (όλοι με την ίδια ταχύτητα) και τους δύο τροχούς προς τη μία κατεύθυνση στη μία πλευρά και τους άλλους στην αντίθετη κατεύθυνση. Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα την ακίνητη περιστροφή του οχήματος ως το εγκάρσια διανύσματα ακυρώνουν ενώ τα διαμήκη ζευγαρώνουν διανύσματα για να παράγουν μια ροπή γύρω από τον κεντρικό κατακόρυφο άξονα του οχήματος.
  • Για να μετακινηθείτε προς τα πλάγια, περιστρέψτε τους διαγώνιους τροχούς στην ίδια κατεύθυνση με την ίδια ταχύτητα και οι άλλοι δύο διαγώνιοι τροχοί θα είναι αντίθετοι. Κάτι τέτοιο έχει ως αποτέλεσμα την προσθήκη εγκάρσιων διανυσμάτων, ενώ ακυρώνεται ο διαμήκης φορέας.

Συνδυασμοί διαφορετικών τύπων ανεξάρτητης κίνησης τροχού στο ρομπότ Mecanum Wheeled, υποβοηθούμενος με μια ορισμένη ποσότητα περιστροφής διευκολύνει την κίνηση του οχήματος σε κάθε δυνατή κατεύθυνση.

Εφαρμογές ρομπότ Mecanum Wheeled

Η πανκατευθυντική κίνηση και η ακραία ευελιξία σε περιβάλλον με συμφόρηση που παρέχεται από το Mecanum Wheeled Robot έχουν βρει τις εφαρμογές τους στον ακόλουθο τομέα:

  • Το ρομπότ Mecanum Wheeled χρησιμοποιείται σε διάφορες στρατιωτικές δραστηριότητες και αποστολές αναζήτησης και διάσωσης.
  • Το ρομπότ Mecanum Wheeled είναι επίσης χρήσιμο σε πλανητικές εξερευνήσεις, για παράδειγμα - MarsCruiserOne, το οποίο είναι ένα εννοιολογικό κατοικήσιμο rover για μελλοντικές διαστημικές αποστολές.
  • Το ρομπότ Mecanum Wheeled χρησιμοποιείται επίσης σε επιχειρήσεις ορυχείων, κάτι που απαιτεί καλή κινητικότητα σε περιορισμένους χώρους.
  • Το Mecanum Wheeled Robot Forklift χρησιμοποιείται για τη μεταφορά εμπορευμάτων για την αποτελεσματική κινητικότητά του και τη διαχείριση των αποθηκών.
  • Το ρομπότ Mecanum Wheeled χρησιμοποιείται σε καινοτόμο έργο αναπηρικής πολυθρόνας, για παράδειγμα - OMNI, καθώς το ρομπότ Mecanum Wheeled διευκολύνει την υψηλή κινητικότητα σε ένα σύνθετο περιβάλλον και υψηλότερους βαθμούς ανεξαρτησίας.

Ενδιαφέρεστε για τους αισθητήρες ρομπότ; Click Here.

Διαβάστε επίσης: