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麦克纳姆轮详解

麦克纳姆轮详解

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【摘要】:
麦克纳姆轮的简介在竞赛机器人和特殊工种机器人中,全向移动经常是一个必需的功能。全向移动意味着可以在平面内做出任意方向平移同时自转的动作。为了实现全向移动,一般机器人会使用全向轮或麦克纳姆轮这两种特殊轮子。麦克纳姆轮是一种可以全方向移动的装置,这种全方位移动方式是基于一个有许多位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理上,这些成角度的周边轮轴把一部分的机轮转向力转化到一个机轮法向力上面。依靠各自机轮的方向和速

 

   麦克纳姆轮的简介在竞赛机器人和特殊工种机器人中,全向移动经常是一个必需的功能。全向移动意味着可以在平面内做出任意方向平移同时自转的动作。为了实现全向移动,一般机器人会使用全向轮或麦克纳姆轮这两种特殊轮子。

   麦克纳姆轮是一种可以全方向移动的装置,这种全方位移动方式是基于一个有许多位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理上,这些成角度的周边轮轴把一部分的机轮转向力转化到一个机轮法向力上面。依靠各自机轮的方向和速度,这些力的最终合成在任何要求的方向上产生一个合力矢量从而保证了这个平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动,而不改变机轮自身的方向。在它的轮缘上斜向分布着许多聚氨酯胶轮,故轮子可以横向滑移。小滚子的母线很特殊,当轮子绕着固定的轮心轴转动时,各个聚氨酯轮的包络线为圆柱面,所以该轮能够连续地向前滚动。麦克纳姆轮结构紧凑,运动灵活,是很成功的一种全方位轮。有4个这种新型轮子进行组合,可以更灵活方便的实现全方位移动功能。

   基于麦克纳姆轮技术的全方位运动设备可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式。在此基础上研制的全方位叉车及全方位运输平台非常适合转运空间有限、作业通道狭窄的舰船环境,在提高舰船保障效率、增加舰船空间利用率以及降低人力成本方面具有明显的效果。

麦克纳姆轮的结构:

   全向轮与麦克纳姆轮的共同点在于他们都由两大部分组成:轮毂和辊子。轮毂是整个轮子的主体支架,辊子则是安装在轮毂上的鼓状物。全向轮的轮毂轴与辊子转轴相互垂直,而麦克纳姆轮的轮毂轴与辊子转轴呈 45° 角。理论上,这个夹角可以是任意值,根据不同的夹角可以制作出不同的轮子,但最常用的还是这两种。

   近年来,麦克纳姆轮的应用逐渐增多,特别是在 Robocon、FRC 等机器人赛事上。这是因为麦克纳姆轮可以像传统轮子一样,安装在相互平行的轴上。而若想使用全向轮完成类似的功能,几个轮毂轴之间的角度就必须是 60°,90° 或 120° 等角度,这样的角度生产和制造起来比较麻烦。所以许多工业全向移动平台都是使用麦克纳姆轮而不是全向轮,比如这个国产的叉车:全向移动平台 麦克纳姆轮叉车 美科斯叉车,另外一个原因,可能是麦轮的造型比全向轮要酷炫得多,看起来有一种不明觉厉的感觉……

的确,第一次看到麦轮运转起来,不少人都会惊叹。

麦克纳姆轮的安装方法:

   麦轮一般是四个一组使用,两个左旋轮,两个右旋轮。左旋轮和右旋轮呈手性对称。

   安装方式有多种,主要分为:X-正方形(X-square)、X-长方形(X-rectangle)、O-正方形(O-square)、O-长方形(O-rectangle)。其中 X 和 O 表示的是与四个轮子地面接触的辊子所形成的图形;正方形与长方形指的是四个轮子与地面接触点所围成的形状。

   X-正方形:轮子转动产生的力矩会经过同一个点,所以 yaw 轴无法主动旋转,也无法主动保持 yaw 轴的角度。一般几乎不会使用这种安装方式。

   X-长方形:轮子转动可以产生 yaw 轴转动力矩,但转动力矩的力臂一般会比较短。这种安装方式也不多见。

   O-正方形:四个轮子位于正方形的四个顶点,平移和旋转都没有任何问题。受限于机器人底盘的形状、尺寸等因素,这种安装方式虽然理想,但可遇而不可求。

   O-长方形:轮子转动可以产生 yaw 轴转动力矩,而且转动力矩的力臂也比较长。是最常见的安装方式。

 

麦克纳姆轮的受力分析

麦克纳姆轮缺点

 

   麦克纳姆轮受力和行走方向不平行,必然导致垂直方向受力,轮子和地面产生相对滑动,对轮子表面磨损严重。上海鹏博盛聚氨酯有限公司可根据客户要求定制聚氨酯麦克纳姆轮,根据不同的承重需求生产不同硬度的包胶轮,有效的解决了聚氨酯包胶轮磨损快,易脱胶的问题。

 

 

 

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