Cos'è il robot con ruote Mecanum: 3 fatti rapidi completi

Robot a ruote

Cos'è un robot con ruote?

I robot su ruote sono robot che utilizzano ruote motorizzate per muoversi sul terreno e muoversi. Questo design è più semplice dei robot con le gambe. Su terreni pianeggianti, è più facile progettare, costruire e programmare per i viaggi utilizzando il design basato su ruote, per questo motivo possono essere controllati meglio di altri.

Gli svantaggi dei robot su ruote sono che gli ostacoli, come terreno accidentato, dislivelli ripidi o aree a basso attrito, non possono essere ben navigati. I robot su ruote sono i più comuni nel mercato consumer, offrendo bassi costi e semplicità con il loro sterzo differenziale.

I robot possono avere un numero qualsiasi di ruote, ma un minimo di 3 ruote sono sufficienti per l'equilibrio e ruote aggiuntive si aggiungeranno all'equilibrio, ma sarebbero necessari meccanismi aggiuntivi per tenere tutte le ruote nel terreno se il terreno non è a livello. Un tipo interessante di robot con ruote è il robot con ruote Mecanum, di cui impareremo in seguito.

Come naviga?

Molti su ruote robot utilizzare lo sterzo differenziale, che utilizza ruote per il movimento che vengono azionate separatamente. Facendo girare ciascuna ruota a una velocità diversa, possono cambiare direzione e quindi non necessitano di movimenti di sterzata aggiuntivi. Queste ruote extra possono essere aggiunte ruote non alimentate da un motore, contribuendo a mantenerlo bilanciato. Questo è un concetto che chiamiamo robot con ruote differenziali.

Quando entrambe le ruote si muovono nella stessa direzione e velocità, il robot percorrerà binari diritti e per ruotare il robot attorno al centro dell'asse, le ruote dovrebbero ruotare alla stessa velocità. Per qualsiasi altra combinazione di velocità e direzione di rotazione, il centro di rotazione del robot può trovarsi ovunque sulla linea retta che unisce i punti di contatto delle ruote con il suolo.

Poiché il percorso del robot dipende dalla velocità e dalla direzione di rotazione delle due ruote motrici, queste quantità devono essere rilevate e regolate con precisione.

Un robot a sterzatura differenziale è analogo agli ingranaggi differenziali impiegati in automobili diverse in quanto entrambe le ruote potrebbero avere velocità di rotazione variabile. Tuttavia, un sistema a sterzatura differenziale avrebbe entrambe le ruote guidate, a differenza del sistema di trasmissione differenziale.

Nella robotica, i robot con ruote differenziali sono ampiamente utilizzati, poiché il loro movimento è semplice per la programmazione e potrebbe essere ben controllato. Lo sterzo differenziale viene utilizzato principalmente per il suo prezzo economico e il design semplice.

Tipi di robot con ruote

Robot a 1 ruota

Non è facile mantenere un robot a una ruota in posizione verticale senza supporto esterno a causa del suo unico punto di contatto con il suolo. Ci sono esempi del robot a una ruota in prototipi di robot sperimentali. Una ruota sferica si rivela vantaggiosa rispetto a una ruota a disco tradizionale perché consente al robot di guidare su un contorno sferico in qualsiasi direzione. Giroscopi e meccanismi di controcoppia vengono generalmente utilizzati per mantenere questo tipo di robot in equilibrio a terra. Il movimento anolonomico viene generato tramite stabilizzazione e inclinazione mediante volani.

Robot a 2 ruota

Strumenti Bowman per analizzare le seguenti finiture: tipi di robot hanno un parallelo configurazione della ruota chiamata dicycles o configurazione tandem in cui una ruota è davanti all'altra. Ciascuna ruota dovrebbe avere un sensore di inclinazione e un codificatore della ruota per calcolare l'angolo di inclinazione e tenere traccia della posizione di base, rispettivamente.

I robot a due ruote sono più difficili da bilanciare rispetto ad altri tipi poiché per rimanere in piedi, devono andare avanti e il centro di gravità del corpo del robot è mantenuto sotto l'asse.

A causa della loro natura efficiente, i robot a due ruote sono onnipresenti al giorno d'oggi. Devi guidare con pochi motori e due ruote, ma hanno anche i loro svantaggi. Utilizzano 2 ruote e dovrebbero mantenere la loro posizione eretta. I robot a due ruote sono più difficili da bilanciare rispetto ad altri tipi e per renderlo più stabile, la batteria ricaricabile elettricamente è posizionata sotto i suoi corpi.

CAMERA sono aspirapolvere a 2 ruote che si muovono roboticamente e in grado di pulire la superficie della stanza. Usano un sensore tattile anteriore e un sensore a infrarossi montato in alto. Segways è un veicolo elettrico in grado di autobilanciare il ciclo elettrico; Ghost Rider è l'unico robot a 2 ruote che ha partecipato alla Darpa Grand 2005 Challenge.

Robot a 3 ruota

Esistono due tipi di robot a 3 ruote:

• Sterzata in modo differenziale. (2 ruote motrici con un'ulteriore ruota a rotazione libera che viene utilizzata per trattenere il corpo per l'equilibratura.)
• 2 ruote motrici con un'unica fonte e 3^rd volante con scopo del servosterzo.

La direzione del robot può variare nelle ruote con sterzatura differenziale modificando le velocità di rotazione proporzionale delle due ruote che vengono azionate in modo distinto. Il robot andrà dritto se entrambe le ruote vengono spinte nella stessa direzione e velocità. In caso contrario, il centro di rotazione può scendere nel punto della linea che unisce le due ruote, a seconda della velocità e del senso di rotazione.

All'interno del triangolo creato dalle ruote, il centro di gravità in questo tipo di robot deve trovarsi. Il robot può ribaltarsi se anche una massa pesante è posizionata sul lato della ruota che gira liberamente.

Robot a 4 ruota

• 2 ruote motorizzate, 2 rotanti libere Uguali a quelli con sterzatura differenziale sopra, ma per un maggiore equilibrio con due ruote a rotazione libera. Nel frattempo il baricentro deve rimanere all'interno del rettangolo delle quattro ruote, è più stabile rispetto alla versione a tre ruote. Ciò lascia una quantità più significativa di spazio utilizzabile e si consiglia di mantenere il centro di gravità al centro del rettangolo.

• Ruote motorizzate 2 per 2 per un movimento simile a un carro armato questo tipo di robot utilizza due coppie di ruote motrici. Ogni coppia ruota nella stessa direzione (collegata da una linea). Far girare tutte le ruote alla stessa velocità è la parte difficile di questa propulsione. Quella più lenta slitterà se le ruote in coppia non corrono alla stessa velocità (inefficiente). Il robot non guiderà dritto se le coppie non corrono alla stessa velocità. Qualsiasi sterzo simile a un'auto dovrà incorporare un buon design.

• Sterzo simile a un'auto Questa tecnica consente al robot di trasformarsi nello stesso modo del movimento dell'auto. Questo è un approccio molto più rigido alla costruzione, rendendo molto più difficile la resa dei conti. Uso di un motore a combustione per alimentare a il robot è vantaggioso rispetto ai metodi precedenti perché utilizza solo due assi di uscita con velocità e senso di rotazione, indipendenti l'uno dall'altro.

5 o più veicoli a ruote

Nel caso di robot più giganteschi. Anche se non molto realistico.

Le complicazioni di progettazione aumentano con l'aumento del numero di ruote motrici perché è difficile mantenere la stessa velocità di svolta per il robot per andare avanti. È probabile che il robot devia dal percorso in linea retta se la velocità delle ruote sinistra e destra non è la stessa per un robot con sterzatura differenziale. La differenza di velocità tra le ruote sullo stesso lato fa slittare la ruota più lenta.

Spesso al robot è collegata una ruota rotante odometrica extra gratuita. Più precisamente, questo verifica come si muove il robot. L'odometria esclude lo slittamento e altri movimenti sulle ruote motrici e può quindi essere errata.

Il Mars Rovers (Sojourner, Spirit, Opportunity), ad esempio, è un robot a 6 ruote che, dopo l'atterraggio, manovra attraverso Martianterrain e viene utilizzato per valutare il territorio, punti di riferimento emozionanti e per osservare la superficie di Marte. Hanno un sistema di sospensione che mantiene la superficie a contatto con tutte e sei le ruote e consente loro di attraversare colline e terreni sabbiosi.

Robot omnidirezionale

Un'altra scelta per i robot su ruote è che è più facile avere Omni Wheels per i robot con tutte le ruote non montate sullo stesso asse. Come diverse ruote più piccole che ne compongono una grande, una ruota Omni, quelle più piccole hanno un asse perpendicolare all'asse della ruota centrale. Ciò consente alle ruote di guidare in due direzioni e di muoversi in modo olonomico, assicurando che possano muoversi istantaneamente in qualsiasi direzione.

A differenza di un veicolo che sta andando in modo non olonomico e deve essere in movimento per cambiare direzione, i robot Omni su ruote possono viaggiare in qualsiasi direzione da qualsiasi angolazione senza ruotare in anticipo e la piattaforma triangolare viene utilizzata per alcuni robot Omniwheeled, con le 3 ruote allineato ad angoli di 60 gradi.

I vantaggi di tre ruote rispetto a quattro ruote sono che sono economici e la certezza di avere 3 punti sullo stesso piano, a significare che ogni ruota a contatto con il suolo, e solitaria una ruota è nella direzione del movimento, e può ruotare . Gli svantaggi dell'utilizzo delle ruote Omni sono che hanno un'efficienza comparativamente inferiore poiché tutte le ruote non si muovono nella direzione del movimento, che può essere anche motivo della perdita di attrito. Per la ragione che delle misurazioni degli angoli di viaggio, sono di natura più complessa dal punto di vista computazionale.

Uno di questi famosi robot con ruote Omni è il Robot con ruote Mecanum.

Robot con ruote Mecanum

Cos'è Mecanum Wheel?

La ruota Mecanum è una ruota omnidirezionale che consente al veicolo robotico di muoversi su entrambi i lati e il movimento generale in avanti e indietro. Bengt Erland Ilon ha sviluppato l'idea della ruota Mecanum quando era impiegato come ingegnere in un'azienda in Svezia. Ha brevettato l'idea negli Stati Uniti il ​​13 novembre 1972. L'altro nome diffuso è la ruota svedese o ruota Ilon, dopo il nome del fondatore.

Progettazione di Mecanum Wheeled Robot

La ruota Mecanum è centrata su una ruota instancabile che è collegata obliquamente all'intera circonferenza del suo cerchio con una serie di rulli esterni gommati. Normalmente, questi set di rulli esterni gommati hanno ciascuno un asse di rotazione rispetto al piano della ruota intorno a 45 ° e con la linea dell'asse intorno a 45 °.

In ogni robot ruota Mecanum la ruota ha il suo gruppo propulsore ed è di tipo non sterzante indipendentemente. Il gruppo propulsore è responsabile della generazione di una forza propulsiva che mantiene un angolo di 90 ° con l'asse del rullo durante il movimento di rotazione che può essere suddiviso nelle sue componenti vettoriali longitudinali e trasversali.

La configurazione tipica di un robot a ruote Mecanum ha una disposizione a quattro ruote, che è evidente in un esempio di robot mobile omnidirezionale chiamato URANUS. Ha rulli laterali alternati sinistro e destro con assi paralleli alla diagonale del telaio del veicolo nella parte superiore della ruota. Uno dei robot a ruote Mecanum: URANUS è mostrato di seguito.

I robot gommati Mecanum per muoversi con requisiti di velocità minimi. Per esempio:

• Guidare tutte e 4 le ruote alla stessa velocità nella stessa direzione può portare al movimento in avanti / indietro, poiché i vettori di forza longitudinale si sommeranno, sebbene i vettori trasversali si annullino a vicenda.
• Guidare (tutte alla stessa velocità) entrambe le ruote in una direzione da un lato e l'altra nella direzione opposta. Ciò comporterebbe la rotazione stazionaria del veicolo come il i vettori trasversali si annullano mentre il longitudinale i vettori si accoppiano per produrre una coppia attorno all'asse verticale centrale del veicolo.
• Per spostarsi lateralmente, ruotare le ruote diagonali nella stessa direzione alla stessa velocità e le altre due ruote diagonali saranno al contrario. In questo modo si ottiene l'aggiunta di vettori trasversali mentre si annullano i vettori longitudinali.

Combinazioni di diversi tipi di movimento delle ruote indipendenti nel Mecanum Wheeled Robot, aiutate da una certa quantità di rotazione, facilitano il movimento del veicolo in ogni direzione possibile.

Applicazioni di Mecanum Wheeled Robot

Il movimento omnidirezionale e l'estrema manovrabilità in ambienti congestionati forniti da Mecanum Wheeled Robot hanno trovato le loro applicazioni nel seguente dominio:

• Il robot con ruote Mecanum viene utilizzato in varie attività militari e missioni di ricerca e salvataggio.
• Mecanum Wheeled Robot è utile anche nelle esplorazioni planetarie, ad esempio MarsCruiserOne, che è un rover abitabile concettuale per future missioni spaziali.
• Mecanum Wheeled Robot è anche impiegato nelle operazioni minerarie, che richiedono una buona mobilità in spazi ristretti.
• I carrelli elevatori robotizzati su ruote Mecanum vengono utilizzati per il trasporto di merci per la sua mobilità e gestione efficienti degli spazi di magazzino.
• I robot con ruote Mecanum sono utilizzati in progetti innovativi per sedie a rotelle, ad esempio OMNI, poiché il robot con ruote Mecanum facilita un'elevata mobilità in un ambiente complesso e livelli più elevati di indipendenza.

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Esha Chakraborti

Ho un background in ingegneria aerospaziale, attualmente lavoro verso l'applicazione della robotica nel settore della difesa e delle scienze spaziali. Imparo continuamente e la mia passione per le arti creative mi mantiene propenso alla progettazione di nuovi concetti ingegneristici.
Con i robot che sostituiranno quasi tutte le azioni umane in futuro, mi piace portare ai miei lettori gli aspetti fondamentali dell'argomento in modo semplice ma informativo. Mi piace anche tenermi aggiornato contemporaneamente sui progressi nel settore aerospaziale.