Robot op wielen
Wat is een robot op wielen?
Robots op wielen zijn robots die gemotoriseerde wielen gebruiken om over de grond te manoeuvreren om te bewegen. Dit ontwerp is verder rechttoe rechtaan dan robots met poten. Op vlak terrein is het gemakkelijker te ontwerpen, bouwen en programmeren voor reizen met een wielgebaseerd ontwerp, hierdoor kunnen ze beter worden bestuurd dan andere.
De nadelen van robots op wielen zijn dat obstakels, zoals ruwe grond, steile hellingen of gebieden met weinig wrijving, niet goed kunnen worden genavigeerd. Verrijdbare robots zijn de meest voorkomende op de consumentenmarkt en bieden lage kosten en eenvoud met hun differentiële besturing.
Robots hebben misschien geen wielen, maar minimaal 3 wielen zijn voldoende voor evenwicht en extra wielen zullen bijdragen aan de balans, maar er zijn extra mechanismen nodig om alle wielen in de grond te houden als de grond niet vlak is. Een interessant type robot op wielen is de Mecanum robot op wielen, waarover we in de verdere inhoud zullen leren.
Hoe navigeert het?
Veel wielen robots gebruik differentieelbesturing, waarbij voor de beweging wielen worden gebruikt die afzonderlijk worden bediend. Door elk wiel met een andere snelheid te laten draaien, kunnen ze van richting veranderen en hebben ze dus geen extra stuurbeweging nodig. Deze extra wielen kunnen extra wielen zijn die niet door een motor worden aangedreven, waardoor deze in balans blijven. Dit is een concept dat we een differentieelwielrobot noemen.
Wanneer beide wielen in dezelfde richting en snelheid bewegen, zal de robot rechte sporen afleggen en om de robot rond het midden van de as te draaien, moeten de wielen tegen dezelfde snelheid draaien. Voor elke andere combinatie van rotatiesnelheid en richting kan het rotatiecentrum van de robot overal op de rechte lijn liggen die de contactpunten van de wielen met de grond verbindt.
Omdat het pad van de robot afhangt van de rotatiesnelheid en richting van de twee aangedreven wielen, moeten deze hoeveelheden nauwkeurig worden gedetecteerd en geregeld.
Een differentieel gestuurde robot is analoog aan de differentieelversnellingen die in verschillende auto's worden gebruikt doordat beide wielen een variabele rotatiesnelheid kunnen hebben. Toch zouden bij een differentieel gestuurd systeem beide wielen worden aangedreven, in tegenstelling tot het differentieel.
In de robotica worden robots met differentiële wielen breed gebruikt, omdat hun beweging eenvoudig te programmeren is en goed gecontroleerd kan worden. Differentieelbesturing wordt meestal gebruikt vanwege de economische prijs en het eenvoudige ontwerp.
Soorten robots op wielen
Robot met 1 wiel
Het is niet eenvoudig om een robot met één wiel rechtop te houden zonder externe ondersteuning vanwege het enige contactpunt met de grond. Er zijn voorbeelden van de eenwielige robot in experimentele robotprototypes. Een bolvormig wiel blijkt voordelig te zijn ten opzichte van een traditioneel schijfwiel omdat het de robot in staat stelt om in elke richting op een bolvormige contour te rijden. Gyroscopen en tegenkoppelmechanismen worden over het algemeen gebruikt om dit soort robots in evenwicht te houden op de grond. Niet-holonomische beweging wordt gegenereerd door stabilisatie en kanteling met behulp van vliegwielen.
Robot met 2 wiel
Deze soorten robots hebben ofwel een parallel wielconfiguratie genaamd dicycles of een tandemconfiguratie waarbij het ene wiel voor het andere staat. Elk wiel moet een hellingssensor en een wielencoder hebben om respectievelijk de hellingshoek te berekenen en de basislocatie bij te houden.
Tweewielige robots zijn uitdagender om te balanceren dan andere typen, omdat ze, om rechtop te blijven, door moeten gaan en het zwaartepunt van het lichaam van de robot onder de as wordt gehouden.
Vanwege hun efficiënte aard zijn tweewielige robots tegenwoordig alomtegenwoordig. Je moet rondrijden met een paar motoren en twee wielen, maar ze hebben ook hun nadelen. Ze gebruiken twee wielen en moeten rechtop blijven staan. Tweewielige robots zijn moeilijker te balanceren dan andere typen en om het stabieler te maken, wordt een elektrisch oplaadbare batterij onder zijn lichamen geplaatst.
KAMERS zijn 2-wielige stofzuigers die robotisch bewegen en in staat zijn om het oppervlak van de kamer op te ruimen. Ze gebruiken een front-aanraaksensor en een op de bovenkant gemonteerde infraroodsensor. Segways is een elektrisch voertuig dat in staat is om de elektrische cyclus zelf in evenwicht te brengen; Ghost Rider is de enige tweewielige robot die meedeed aan de Darpa Grand 2 Challenge.
Robot met 3 wiel
Er zijn twee soorten robots op drie wielen:
- Differentieel gestuurd. (2 aangedreven wielen met een extra vrij draaiend wiel dat wordt gebruikt om het lichaam vast te houden om te balanceren.)
- 2 aangedreven wielen met een enkele bron en de 3rd stuur met stuurbekrachtiging doel.
De richting van de robot kan variëren in differentieel gestuurde wielen door de proportionele rotatiesnelheden van de twee wielen die duidelijk worden aangedreven, te veranderen. De robot gaat rechtdoor als beide wielen in dezelfde richting en snelheid worden geduwd. Anders kan het rotatiecentrum dalen waar in de lijn die de twee wielen verbindt, afhankelijk van de rotatiesnelheid en richting.
Binnen de driehoek die door de wielen wordt gecreëerd, moet het zwaartepunt van dit soort robots liggen. De robot kan kantelen als er ook flinke massa aan de zijkant van het vrij draaiende wiel wordt geplaatst.
Robot met 4 wiel
- 2 aangedreven, 2 vrij draaiende wielen Hetzelfde als de differentieel gestuurde hierboven, maar voor extra balans met twee vrij draaiende wielen. In de tussentijd moet het zwaartepunt binnen de rechthoek van de vier wielen blijven, het is stabieler dan de driewielversie. Hierdoor blijft er een grotere hoeveelheid bruikbare ruimte over en wordt geadviseerd het zwaartepunt in het midden van de rechthoek te houden.
- 2-bij-2 aangedreven wielen voor tankachtige bewegingen dit soort robot gebruikt twee paar aangedreven wielen. Elk paar roteert in dezelfde richting (verbonden door een lijn). Alle wielen met dezelfde snelheid laten draaien, is het lastige deel van deze voortstuwing. De langzamere zal slippen als de wielen in een paar niet in hetzelfde tempo lopen (inefficiënt). De robot rijdt niet rechtdoor als de koppels niet in hetzelfde tempo rennen. Elke auto-achtige besturing zal een goed ontwerp moeten hebben.
- Auto-achtige besturing Met deze techniek kan de robot op dezelfde manier transformeren als een autobeweging. Dit is een veel rigidere benadering om te bouwen, waardoor het veel moeilijker is voor gegist bestek. Gebruik van een verbrandingsmotor voor het aandrijven van een robot is voordelig in vergelijking met de vorige methoden omdat het gebruik maakt van slechts twee uitgaande assen met snelheid en draairichting, onafhankelijk van elkaar.
5 of meer voertuigen op wielen
In het geval van meer gigantische robots. Hoewel niet erg realistisch.
De ontwerpcomplicaties nemen toe met de toename van het aantal aangedreven wielen, omdat het een uitdaging is om dezelfde draaisnelheid aan te houden zodat de robot vooruit kan gaan. De robot zal waarschijnlijk afwijken van het rechte pad als de snelheid van het linker en rechter wiel niet hetzelfde is voor een differentieel gestuurde robot. Door het snelheidsverschil tussen wielen aan dezelfde kant slipt het langzaamste wiel.
Vaak wordt er een extra gratis odometrisch draaiwiel aan de robot bevestigd. Dit test meer precies hoe de robot beweegt. Odometrie sluit slip en andere bewegingen op de aangedreven wielen uit en kan daarom onjuist zijn.
De Mars Rovers (Sojourner, Spirit, Opportunity) zijn bijvoorbeeld een 6-wielige robot die na de landing over de Martianterrain manoeuvreert en wordt gebruikt om territorium, spannende oriëntatiepunten te beoordelen en het oppervlak van Mars te observeren. Ze hebben een ophangsysteem dat het oppervlak in contact houdt met alle zes de wielen en waarmee ze heuvels en zandig terrein kunnen oversteken.
Robot met omni-wielen
Nog een keuze voor een robot met wielen is dat het gemakkelijker is om Omni Wheels voor robots te hebben waarbij alle wielen niet op dezelfde as zijn gemonteerd. Net als verschillende kleinere wielen waaruit een groot wiel bestaat, een Omni-wiel, hebben de kleinere een as loodrecht op de as van het kernwiel. Hierdoor kunnen de wielen in twee richtingen rijden en holonomisch bewegen, zodat ze onmiddellijk in elke richting kunnen bewegen.
In tegenstelling tot een voertuig dat niet-holonomisch rijdt en in beweging moet zijn om van richting te veranderen, kunnen robots met Omni-wielen in elke richting vanuit elke hoek reizen zonder vooraf te roteren en het driehoekige platform wordt gebruikt voor sommige robots met Omni-wielen, met de 3-wielen. uitgelijnd onder een hoek van 60 graden.
De voordelen van drie wielen in vergelijking met vier wielen zijn dat ze zuinig zijn en zeker 3 punten op hetzelfde vlak hebben, wat betekent dat elk wiel in contact is met de grond en een enkel wiel in de bewegingsrichting is en kan draaien . De nadelen van het gebruik van Omni-wielen zijn dat ze relatief minder efficiënt zijn omdat alle wielen niet in de bewegingsrichting bewegen, wat ook een reden kan zijn voor wrijvingsverlies. Om de reden dat de hoekmetingen van reizen, ze rekenkundig complexer van aard zijn.
Een van die beroemde omni-wheeled robots is de Mecanum Robot op wielen.
Mecanum Robot op wielen
Wat is Mecanum Wheel?
Het Mecanum-wiel is een omnidirectioneel wiel waarmee het robotvoertuig aan beide kanten kan bewegen en de algemene voorwaartse en achterwaartse beweging. Bengt Erland Ilon ontwikkelde het idee van het Mecanum-wiel toen hij als ingenieur in een bedrijf in Zweden werkte. Hij patenteerde het idee in de Verenigde Staten op 13 november 1972. De andere wijdverbreide naam ervoor is het Zweedse wiel of Ilon-wiel, naar de naam van de oprichter.
Ontwerp van Mecanum Wheeled Robot
Het Mecanum-wiel is gecentreerd rond een onvermoeibaar wiel dat schuin is verbonden met de hele omtrek van de velg met een set rubberen externe rollen. Gewoonlijk hebben deze met rubber beklede externe rollen elk een rotatieas ten opzichte van het wielvlak rond 45 ° en met de aslijn rond 45 °.
In elke Mecanum-wielrobot heeft het wiel zijn aandrijflijn en is het onafhankelijk niet-sturend. De aandrijflijn is verantwoordelijk voor het genereren van een voortstuwingskracht die een hoek van 90 ° met de rolas handhaaft tijdens de draaiende beweging die kan worden verdeeld in de longitudinale en transversale vectorcomponenten.
De typische configuratie van een Mecanum Wheeled Robot heeft een opstelling met vier wielen, wat duidelijk blijkt uit een voorbeeld van omnidirectionele mobiele robots, de URANUS. Het heeft afwisselend linker en rechter zijrollen met assen evenwijdig aan de diagonaal van het voertuigframe aan de bovenkant van het wiel. Een van de Mecanum Wheeled Robots: URANUS is hieronder weergegeven.
De Mecanum Wheeled Robots om te bewegen met minimale snelheidseisen. Bijvoorbeeld:
- Het met dezelfde snelheid in dezelfde richting rijden van alle 4 wielen kan leiden tot voorwaartse / achterwaartse beweging, aangezien de longitudinale krachtvectoren zullen optellen, hoewel de transversale vectoren elkaar zullen opheffen.
- Rijden (allemaal met dezelfde snelheid) beide wielen in de ene richting aan de ene kant en de andere in de tegenovergestelde richting. Dit zou resulteren in de stationaire rotatie van het voertuig als de transversale vectoren heffen elkaar op terwijl de longitudinale vectoren koppelen om een koppel rond de centrale verticale as van het voertuig te produceren.
- Om zijwaarts te bewegen, draait u de diagonale wielen in dezelfde richting met dezelfde snelheid en de andere twee diagonale wielen zijn tegengesteld. Dit resulteert in de toevoeging van transversale vectoren terwijl de longitudinale vectoren worden opgeheven.
Combinaties van verschillende soorten onafhankelijke wielbewegingen in de Mecanum Wheeled Robot, geholpen met een zekere mate van rotatie, vergemakkelijken de beweging van het voertuig in elke mogelijke richting.
Toepassingen van Mecanum Wheeled Robot
De omnidirectionele beweging en extreme manoeuvreerbaarheid in drukke omgevingen die door Mecanum Wheeled Robot worden geboden, hebben hun toepassingen gevonden in het volgende domein:
- Mecanum Wheeled Robot wordt gebruikt in verschillende militaire activiteiten en zoek- en reddingsmissies.
- Mecanum Wheeled Robot is ook nuttig bij planetaire verkenningen, bijvoorbeeld MarsCruiserOne, een conceptuele bewoonbare rover voor toekomstige ruimtemissies.
- Mecanum Wheeled Robot wordt ook gebruikt bij mijnactiviteiten, wat een goede mobiliteit in besloten ruimtes vereist.
- Mecanum Wheeled Robot Forklifts wordt gebruikt voor goederenvervoer vanwege de efficiënte mobiliteit en het beheer van magazijnruimten.
- Mecanum Wheeled Robot wordt gebruikt in innovatieve rolstoelprojecten, bijvoorbeeld OMNI, aangezien Mecanum Wheeled Robot hoge mobiliteit in een complexe omgeving en hogere mate van onafhankelijkheid mogelijk maakt.
Geïnteresseerd in robotsensoren? Klik Hier.
Lees ook:
- Toepassingen van atomaire emissiespectroscopie
- Cartesiaanse robottoepassingen
- Kritieke dempingstoepassingen
Ik heb een achtergrond in lucht- en ruimtevaarttechniek en werk momenteel aan de toepassing van robotica in de defensie- en ruimtevaartindustrie. Ik leer voortdurend en mijn passie voor creatieve kunsten zorgt ervoor dat ik geneigd ben nieuwe technische concepten te ontwerpen.
Omdat robots in de toekomst bijna alle menselijke handelingen zullen vervangen, wil ik mijn lezers graag de fundamentele aspecten van het onderwerp op een eenvoudige maar informatieve manier overbrengen. Ik blijf ook graag op de hoogte van de ontwikkelingen in de lucht- en ruimtevaartindustrie.