上海舵輪麥克納姆輪小車

來源: 發(fā)布時間:2023-02-28

移動機器人是自動化控制技術和人工智能技術發(fā)展應用的典型體現(xiàn),代biao著機器人技術發(fā)展的新水平。其按照移動方式可以分為輪式(Wheeled)、腿式(Legged)、履帶式(Tracked)、蜿蜒式(Serpentine)等幾種類型。其中輪式是出現(xiàn)較早且應用較普遍的移動方式,其機械結構方式相對簡單,可以在一個平面環(huán)境里提供平滑、高速、精確的運動效果。輪式移動機器人作為生產活動中應用較為普遍的機器人。輪式移動機器人分為差動式機器人和全向移動機器人,全向移動機器人得益于無約束的運動學模型,能夠在狹窄且復雜多變的環(huán)境中自由運行,比傳統(tǒng)的差分輪模型及阿克曼模型消耗更少的能量。為了實現(xiàn)全向移動,一般機器人會使用全向輪(OmniWheel)或麥克納姆輪(MecanumWheel)。麥克納姆輪作為一種經典的萬向輪的結構,在萬向運動機器人平臺上有著重要的地位。麥克納姆輪為什么不應用于汽車?上海舵輪麥克納姆輪小車

當主輪在電機轉矩的驅動下,主輪轉動產生的力矩經摩擦力分解后,輥子分解力一部分垂直于輥子,一部分沿輥子軸線,這兩部分摩擦力垂直方向的另輥子空轉,浪費力,而沿著輥子軸線的力則可以起到驅動小車運動,因此在X-正方形中,如圖6所示,紅色箭頭表示有效摩擦力,因此在水平方向的摩擦力會被抵消,而向前的摩擦力則驅動整個底盤向前運動。通過改變主輪旋轉方向,可以更改摩擦力的方向。但是,除了可以實現(xiàn)左右前后移動外,當進行旋轉運動時,發(fā)現(xiàn)無論摩擦力朝向怎么排布,摩擦力始終都會經過會經過同一個點,所以無法保證底盤可以繞中心旋轉一定的角度,這很大程度限制了麥輪的活動特性,因此很少使用這種排布方式。上海舵輪麥克納姆輪小車為了實現(xiàn)全向移動,一般機器人會使用全向輪(OmniWheel)或麥克納姆輪(MecanumWheel)。

麥克納姆輪是基于一個有許多位于機輪周邊的輪軸的中心輪的原理上,這些成角度的周邊輪軸把一部分的機輪轉向力轉化到一個機輪法向力上面。依靠各自機輪的方向和速度,這些力的較終合成在任何要求的方向上產生一個合力矢量,從而保證了這個平臺在較終的合力矢量的方向上能自由地移動,而不改變機輪自身的方向。麥克納姆輪是一種可以實現(xiàn)前行、橫移、斜行、旋轉及其組合等運動方式,全方面式移動的輪子,它是瑞典麥克納姆公司的zhuan利。

從運動空間分類,輪式移動機器人可分為非全向移動類型和全向移動類型。在之前的系列文章中已經介紹了兩輪差速機器人、car-like robot、四輪驅動(SSMR)機器人及履帶式機器人,這都屬于非全向(差速驅動)移動機器人的范疇,而本文將介紹全向移動機器人中的一款——基于麥克納姆輪的全向移動機器人 。麥輪在生活中并不常見,多被應用于科研教學、機器人競賽等場景,其運動模式非常炫酷,包括前行、橫移、斜行、旋轉及其組合等多種運動方式。由此諸多DIYer常制作麥輪平臺,并遙控操縱麥輪平臺運動。基于麥克納姆輪技術的全方面運動設備可以實現(xiàn)前行、橫移、斜行、旋轉及其組合等運動方式。

盡管麥輪平臺的實際構型隨著應用場景需求不同而有相應的變化,但運動模型原理及分析方法都是一致的。麥輪平臺是全向移動機器人的原因是其有三個自由度,意味著可以在平面內做出任意方向平移同時自旋的動作, 通過聯(lián)合控制四個麥輪的轉動,便可驅動麥輪平臺按照不同的模式運動,為進一步精確控制麥輪平臺運動,還需要做定量分析,這就需要建立運動學模型。 麥輪是由輥子和輪轂共同組成的,輪轂軸心與電機輸出軸固連,電機輸出動力讓輪轂轉動起來,輪轂帶動輥子繞輪轂軸線而轉動(主動),輥子與地面接觸而產生摩擦力而迫使輥子繞輥子軸線轉動(被動),所以輥子不僅繞輥子軸線轉動,還繞著輪轂軸線而轉動,是這兩種轉動合成了較終的(實際)運動。 麥克納姆輪的優(yōu)勢有哪些?重載麥輪

麥克納姆輪優(yōu)點:全方向移動、外形酷。上海舵輪麥克納姆輪小車

麥輪運動過程中存在滾動摩擦,因此輥子的磨損比普通輪胎嚴重,因此適用于比較平滑的路面,若遭遇粗糙復雜的地形時耐久性要大打折扣。由于輥子之間的非連續(xù)性,所以麥輪運動過程匯總存在連續(xù)微小震動,因此需要設計懸掛機構等輔助機構來消除。輪轂結構較為復雜,單個麥輪的零部件較多,因此生產制造成本也較高??傮w而言,麥輪平臺主要適用于運動空間非常受限的場景,比如狹小倉庫等,也常被應用于機器人比賽,以達到高機動性的要求。上海舵輪麥克納姆輪小車

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