Was ist Mecanum Wheeled Robot: 3 vollständige Kurzfakten

Radroboter

Was ist ein Radroboter?

Radroboter sind Roboter, die motorisierte Räder verwenden, um über den Boden zu manövrieren und sich zu bewegen. Dieses Design ist einfacher als Roboter mit Beinen. In flachem Gelände ist es einfacher, Fahrräder mit radbasiertem Design zu entwerfen, zu bauen und zu programmieren, da sie besser gesteuert werden können als andere.

Die Nachteile von Radrobotern bestehen darin, dass Hindernisse wie unebener Boden, steile Gefälle oder Bereiche mit geringer Reibung nicht gut befahren werden können. Radroboter sind auf dem Verbrauchermarkt am weitesten verbreitet und bieten mit ihrer Differenziallenkung niedrige Kosten und Einfachheit.

Roboter haben möglicherweise keine Räder, aber mindestens 3 Räder reichen für das Gleichgewicht aus und zusätzliche Räder tragen zum Gleichgewicht bei. Es wären jedoch zusätzliche Mechanismen erforderlich, um alle Räder im Boden zu halten, wenn der Boden nicht eben ist. Ein interessanter Typ eines Radroboters ist der Mecanum-Radroboter, über den wir im weiteren Inhalt erfahren werden.

Wie navigiert es?

Viele rollten Roboter Verwenden Sie die Differentiallenkung, bei der Räder für die Bewegung verwendet werden, die separat betrieben werden. Durch Drehen jedes Rads mit einer anderen Geschwindigkeit können sie die Richtung ändern und benötigen daher keine zusätzliche Lenkbewegung. Diese zusätzlichen Räder können Räder sein, die nicht von einem Motor angetrieben werden, um das Gleichgewicht zu halten. Dies ist ein Konzept, das wir als Differentialradroboter bezeichnen.

Wenn sich beide Räder in die gleiche Richtung und Geschwindigkeit bewegen, fährt der Roboter gerade Bahnen. Um den Roboter um die Mitte der Achse zu drehen, sollten sich die Räder entgegen der gleichen Geschwindigkeit drehen. Bei jeder anderen Kombination aus Drehzahl und Drehrichtung kann das Rotationszentrum des Roboters an einer beliebigen Stelle auf der geraden Linie liegen, die die Kontaktpunkte der Räder mit dem Boden verbindet.

Da der Weg des Roboters von der Drehzahl und Richtung der beiden angetriebenen Räder abhängt, sollten diese Größen präzise erfasst und geregelt werden.

Ein differentiell gelenkter Roboter ist analog zu den in verschiedenen Automobilen verwendeten Differentialgetrieben, da beide Räder eine variable Drehzahl haben können. Bei einem differentiell gelenkten System würden jedoch im Gegensatz zum Differentialgetriebesystem beide Räder angetrieben.

In der Robotik werden Differentialradroboter häufig eingesetzt, da ihre Bewegung einfach zu programmieren ist und gut gesteuert werden kann. Die Differentiallenkung wird hauptsächlich wegen ihres wirtschaftlichen Preises und ihres einfachen Designs verwendet.

Arten von Radrobotern

Einrädriger Roboter

Es ist nicht einfach, einen einrädrigen Roboter ohne externe Unterstützung aufrecht zu halten, da er nur einen einzigen Bodenkontakt hat. Es gibt Beispiele für den einrädrigen Roboter in experimentellen Roboterprototypen. Ein sphärisches Rad erweist sich gegenüber einem herkömmlichen Scheibenrad als vorteilhaft, da es dem Roboter ermöglicht, auf einer sphärischen Kontur in jede Richtung zu fahren. Gyroskope und Gegenmomentmechanismen werden im Allgemeinen verwendet, um diese Art von Roboter am Boden im Gleichgewicht zu halten. Eine nicht holonome Bewegung wird durch Stabilisierung und Kippen mit Schwungrädern erzeugt.

Einrädriger Roboter

Diese Arten von Robotern haben entweder eine Parallele Radkonfiguration namens Dicycles oder eine Tandemkonfiguration, bei der sich ein Rad vor dem anderen befindet. Jedes Rad sollte einen Neigungssensor und einen Radcodierer haben, um den Neigungswinkel zu berechnen und die Basisposition zu verfolgen.

Zweirädrige Roboter sind schwieriger zu balancieren als andere Typen, da sie aufrecht bleiben müssen, um aufrecht zu bleiben, und der Schwerpunkt des Roboterkörpers unter der Achse gehalten wird.

Zweiradroboter sind heutzutage aufgrund ihrer Effizienz allgegenwärtig. Sie müssen mit ein paar Motoren und zwei Rädern herumfahren, aber sie haben auch ihre Nachteile. Sie verwenden 2 Räder und sollten ihre aufrechte Position halten. Zweirädrige Roboter sind schwieriger zu balancieren als andere Typen und um sie stabiler zu machen, befindet sich eine elektrisch aufladbare Batterie unter ihren Körpern.

ZIMMER sind 2-Rad-Staubsauger, die sich roboterhaft bewegen und die Raumoberfläche reinigen können. Sie verwenden einen Front-Touch-Sensor und einen oben montierten Infrarotsensor. Segways ist ein Elektrofahrzeug, das in der Lage ist, den elektrischen Kreislauf selbst auszugleichen. Ghost Rider ist der einzige zweirädrige Roboter, der an der Darpa Grand 2 Challenge teilgenommen hat.

Einrädriger Roboter

Es gibt zwei Arten von dreirädrigen Robotern:

• Differenziell gesteuert. (2 angetriebene Räder mit einem zusätzlichen frei drehenden Rad, das zum Halten der Karosserie zum Auswuchten verwendet wird.)
• 2 angetriebene Räder mit einer einzigen Quelle und der 3^rd Rad mit Servolenkung Zweck.

Die Richtung des Roboters kann bei unterschiedlich gelenkten Rädern geändert werden, indem die proportionalen Rotationsraten der beiden Räder, die deutlich angetrieben werden, geändert werden. Der Roboter fährt geradeaus, wenn beide Räder in die gleiche Richtung und Geschwindigkeit gedrückt werden. Andernfalls kann der Drehpunkt in Abhängigkeit von der Drehzahl und -richtung an der Stelle abfallen, an der die beiden Räder miteinander verbunden sind.

Innerhalb des von den Rädern erzeugten Dreiecks muss der Schwerpunkt dieser Art von Roboter liegen. Der Roboter kann umkippen, wenn sich ebenfalls eine schwere Masse auf der Seite des frei drehenden Rades befindet.

Einrädriger Roboter

• 2 angetriebene, 2 frei drehende Räder- Wie die oben gelenkten Differentiallenker, jedoch für zusätzliche Balance mit zwei frei drehenden Rädern. In der Zwischenzeit muss der Schwerpunkt im Rechteck der vier Räder bleiben, er ist stabiler als die dreirädrige Version. Dadurch bleibt eine größere Menge an nutzbarem Raum übrig, und es wird empfohlen, den Schwerpunkt im Mittelpunkt des Rechtecks ​​zu halten.

• 2-mal-2-angetriebene Räder für panzerartige Bewegungen Diese Art von Roboter verwendet zwei angetriebene Radpaare. Jedes Paar dreht sich in die gleiche Richtung (durch eine Linie verbunden). Es ist der schwierige Teil dieses Antriebs, wenn alle Räder mit der gleichen Geschwindigkeit durchdrehen. Der langsamere rutscht aus, wenn die Räder eines Paares nicht im gleichen Tempo laufen (ineffizient). Der Roboter fährt nicht geradeaus, wenn die Paare nicht im gleichen Tempo laufen. Jede autoähnliche Lenkung muss ein gutes Design aufweisen.

• Autoähnliche Lenkung Diese Technik ermöglicht es dem Roboter, sich auf die gleiche Weise wie die Bewegung eines Autos zu transformieren. Dies ist ein viel starrerer Ansatz zum Erstellen, was die Koppelnavigation erheblich erschwert. Verwendung eines Verbrennungsmotors zum Antrieb von a Roboter ist von Vorteil im Vergleich zu den bisherigen Verfahren, da nur zwei Abtriebsachsen mit voneinander unabhängiger Geschwindigkeit und Drehrichtung verwendet werden.

Fahrzeuge mit 5 oder mehr Rädern

Bei gigantischeren Robotern. Obwohl nicht sehr realistisch.

Die Konstruktionskomplikationen nehmen mit der Anzahl der angetriebenen Räder zu, da es schwierig ist, die gleiche Drehgeschwindigkeit beizubehalten, damit sich der Roboter vorwärts bewegen kann. Es ist wahrscheinlich, dass der Roboter vom geradlinigen Pfad abweicht, wenn die Geschwindigkeit des linken und rechten Rads für einen differentiell gelenkten Roboter nicht gleich ist. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen Rädern auf derselben Seite führt dazu, dass das langsamste Rad durchrutscht.

Oft ist am Roboter ein extra freies odometrisches Drehrad angebracht. Genauer gesagt wird getestet, wie sich der Roboter bewegt. Die Kilometerzähler schließen Schlupf und andere Bewegungen auf den angetriebenen Rädern aus und können daher falsch sein.

Der Mars Rover (Sojourner, Spirit, Opportunity) ist beispielsweise ein 6-Rad-Roboter, der nach der Landung über den Martianterrain manövriert und zur Beurteilung von Territorien, aufregenden Landmarken und zur Beobachtung der Marsoberfläche verwendet wird. Sie verfügen über ein Aufhängungssystem, das die Oberfläche mit allen sechs Rädern in Kontakt hält und es ihnen ermöglicht, Hügel und sandiges Gelände zu überqueren.

Allradroboter

Eine weitere Möglichkeit für Radroboter ist, dass es einfacher ist, Omni-Räder für Roboter zu haben, bei denen nicht alle Räder auf derselben Achse montiert sind. Wie mehrere kleinere Räder, aus denen ein großes, ein Omni-Rad, besteht, haben die kleineren eine Achse senkrecht zur Achse des Kernrads. Dies ermöglicht es den Rädern, in zwei Richtungen zu fahren und sich holonom zu bewegen, um sicherzustellen, dass sie sich sofort in jede Richtung bewegen können.

Im Gegensatz zu einem Fahrzeug, das nicht holonom fährt und in Bewegung sein muss, um seinen Kurs zu ändern, können Omni-Radroboter aus jedem Winkel in jede Richtung fahren, ohne sich vorher zu drehen, und die dreieckige Plattform wird für einige Omniwheeled-Roboter mit 3 Rädern verwendet in 60-Grad-Winkeln ausgerichtet.

Die Vorteile von drei Rädern im Vergleich zu vier Rädern bestehen darin, dass sie wirtschaftlich und sicher sind, drei Punkte auf der gleichen Ebene zu haben, was bedeutet, dass jedes Rad in Bodenkontakt ist und ein Rad einzeln in Bewegungsrichtung ist und sich drehen kann . Die Nachteile der Verwendung von Omni-Rädern bestehen darin, dass sie einen vergleichsweise geringeren Wirkungsgrad aufweisen, da sich nicht alle Räder in Bewegungsrichtung bewegen. Dies kann auch ein Grund für den Reibungsverlust sein. Aus dem Grund, dass die Winkelmessungen der Bewegung rechnerisch komplexer sind.

Ein solcher bekanntermaßen verwendeter Omni-Wheel-Roboter ist der Mecanum-Roboter mit Rädern.

Mecanum-Roboter mit Rädern

Was ist Mecanum Wheel?

Das Mecanum-Rad ist ein omnidirektionales Rad, mit dem sich das Roboterfahrzeug auf beiden Seiten und bei der allgemeinen Vorwärts- und Rückwärtsbewegung bewegen kann. Bengt Erland Ilon entwickelte die Mecanum-Rad-Idee, als er als Ingenieur in einem schwedischen Unternehmen beschäftigt war. Er patentierte die Idee am 13. November 1972 in den Vereinigten Staaten. Der andere weit verbreitete Name dafür ist das schwedische Rad oder das Ilon-Rad nach dem Namen des Gründers.

Design von Mecanum Wheeled Robot

Das Mecanum-Rad ist auf einem unermüdlichen Rad zentriert, das mit einem Satz gummierter Außenrollen schräg mit dem gesamten Umfang seiner Felge verbunden ist. Normalerweise haben diese gummierten Außenwalzen jeweils eine Drehachse zur Radebene um 45 ° und zur Achsenlinie um 45 °.

In jedem Mecanum-Radroboter hat sein Rad seinen Antriebsstrang und ist unabhängig vom Typ ohne Lenkung. Der Antriebsstrang ist für die Erzeugung einer Antriebskraft verantwortlich, die während der Drehbewegung einen Winkel von 90 ° zur Rollenachse beibehält, der in seine Längs- und Quervektorkomponenten unterteilt werden kann.

Die typische Konfiguration eines Mecanum-Radroboters weist eine Vierradanordnung auf, was in einem Beispiel eines omnidirektionalen mobilen Roboters namens URANUS deutlich wird. Es verfügt über abwechselnd linke und rechte Seitenrollen, deren Achsen parallel zur Diagonale des Fahrzeugrahmens an der Radoberseite verlaufen. Einer der Mecanum-Roboter mit Rädern: URANUS ist unten abgebildet.

Die Mecanum Wheeled Robots bewegen sich mit minimalen Geschwindigkeitsanforderungen. Beispielsweise:

• Das Fahren aller 4 Räder mit der gleichen Geschwindigkeit in der gleichen Richtung kann zu einer Vorwärts- / Rückwärtsbewegung führen, da sich die Längskraftvektoren addieren, obwohl sich die Quervektoren gegenseitig aufheben.
• Fahren (alle mit der gleichen Geschwindigkeit) beide Räder auf der einen Seite in eine Richtung und das andere in die entgegengesetzte Richtung. Dies würde zu einer stationären Drehung des Fahrzeugs als Folge führen Quervektoren heben sich auf, während die Längsvektoren Vektoren paaren sich, um ein Drehmoment um die vertikale Mittelachse des Fahrzeugs zu erzeugen.
• Um sich seitwärts zu bewegen, drehen Sie die diagonalen Räder mit der gleichen Geschwindigkeit in die gleiche Richtung. Die beiden anderen diagonalen Räder sind dagegen. Dies führt zur Addition von Quervektoren, während die Längsvektoren aufgehoben werden.

Kombinationen verschiedener Arten unabhängiger Radbewegungen im Mecanum Wheeled Robot, unterstützt mit einer bestimmten Drehung, erleichtern die Fahrzeugbewegung in alle möglichen Richtungen.

Anwendungen von Mecanum Wheeled Robot

Die omnidirektionale Bewegung und die extreme Manövrierfähigkeit in überlasteten Umgebungen, die von Mecanum Wheeled Robot bereitgestellt werden, haben ihre Anwendung in folgendem Bereich gefunden:

• Mecanum Wheeled Robot wird in verschiedenen militärischen Aktivitäten sowie in Such- und Rettungsmissionen eingesetzt.
• Mecanum Wheeled Robot ist auch nützlich für Planetenerkundungen, zum Beispiel MarsCruiserOne, ein konzeptioneller bewohnbarer Rover für zukünftige Weltraummissionen.
• Mecanum Wheeled Robot wird auch im Minenbetrieb eingesetzt, was eine gute Mobilität auf engstem Raum erfordert.
• Mecanum Wheeled Robot Forklifts wird für den Warentransport eingesetzt, um die Mobilität und Verwaltung von Lagerräumen effizient zu gestalten.
• Mecanum Wheeled Robot werden beispielsweise in innovativen Rollstuhlprojekten eingesetzt - OMNI -, da Mecanum Wheeled Robot eine hohe Mobilität in einer komplexen Umgebung und ein höheres Maß an Unabhängigkeit ermöglicht.

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Esha Chakraborty

Ich habe einen Hintergrund in der Luft- und Raumfahrttechnik und arbeite derzeit an der Anwendung von Robotik in der Verteidigungs- und Weltraumwissenschaftsindustrie. Ich lerne kontinuierlich und meine Leidenschaft für kreative Künste motiviert mich dazu, neuartige technische Konzepte zu entwerfen.
Da Roboter in Zukunft fast alle menschlichen Handlungen ersetzen werden, möchte ich meinen Lesern die grundlegenden Aspekte des Themas auf einfache, aber informative Weise vermitteln. Außerdem möchte ich mich gleichzeitig über die Fortschritte in der Luft- und Raumfahrtindustrie auf dem Laufenden halten.