【Mecanum wheel】初理解
时间:2023-10-20 22:37:00
文章目录
- Mecanum wheel
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- 1.定义
- 2.受力分析
- 3.轮子布局
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- 布局特征分析
- 4.底盘设计
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- 1.麦克纳姆轮尺寸
- 2.电机连接参考(比较通用)
- 3.底盘设计参考(悬挂、减震器)
- 5.缺点
- Reference
Mecanum wheel
1.定义
瑞典麦克纳姆公司发明的麦克纳姆轮外观结构如下图所示全方位移动轮式结构是基于轮毂周围主轮辋和一组均匀排列的旋转辊(gǔn)辊轴与轮毂轴呈一定角度(一般为 45°),小辊的母线类似于等速螺旋线或椭圆弧。当轮子绕轮毂轴旋转时,周围小辊的外包线为圆柱形表面,因此轮子可以连续向前滚动。
由轮毂、辊组成,部分包含减震环(或减震装置),轮毂轴与辊轴成45度夹角。内部结构图如下
2.受力分析
麦克纳姆轮根据夹角455°,A轮和B轮可分为相互关联的镜像。正向分解速度,A轮子可分解为轴向向左和向前的力。A辊轴与轮毂轴的夹角+45°,B辊轴与轮毂轴的夹角-45°
3.轮子布局
实现万向轮需求满足(逆时针)ABAB’(X类型布局)或BABA’(O类型布局)的排列,即对角线相同
麦克纳姆轮的布局主要分为:
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 表示接触四轮地面的辊形成的图形;正方形和矩形是指四轮与地面接触点的形状
布局特征分析
X-正方形:当主轮由电机扭矩驱动时,主轮旋转产生的扭矩通过摩擦力分解,部分辊分解力垂直于辊,部分沿辊轴,其他辊垂直摩擦力空转,浪费力,沿辊轴的力可以驱动汽车运动,所以在X-在正方形中,红色箭头表示有效的摩擦力,因此水平方向的摩擦力会被抵消,向前摩擦驱动整个底盘向前移动。
当进行旋转运动时,发现无论摩擦力朝向怎么排布,摩擦力始终都会经过会经过同一个点,所以无法保证底盘可以绕中心旋转一定的角度,这很大程度限制了麦轮的活动特性,因此很少使用这种排布方式
X-长方形:可以产生轮子旋转 yaw 轴转动力矩,但转动力矩的力臂一般较短。这种安装方法也很少见。
O-正方形:四个轮子位于正方形的四个顶点,平移和旋转没有问题。由于机器人底盘的形状、尺寸等因素,这种安装方法很理想,但没有必要。
O-长方形:可以产生轮子旋转 yaw 轴转动力矩,旋转力矩的臂也比较长。最常见的安装方法
4.底盘设计
1.麦克纳姆轮尺寸
QMA系列全向轮为轻负荷45°全轮。轮毂采用钢板冲压成型,坚固轻便个小轮子嵌入两个轴承,滚动平稳。参数和链接如下
QMA-10 | QMA-15 | |
---|---|---|
外径(mm) | 101.6(4寸) | 152.4(6寸) |
宽度(mm) | 45.7 | 53 |
细分数 | 10 | 14 |
轴承数 | 20 | 28 |
轮毂材料 | 钢 | 钢 |
小轮材料 | 橡胶 | 橡胶 |
内孔直径(mm) | 12 | 20 |
连接方式 | 法兰盘M5×6 | 法兰盘M6×6 |
自重 | 360 g | 800 g |
承载力(KG) | 45 | 70 |
2.电机连接参考(比较通用)
轮组与电机直接连接,连接法兰2固定在底盘上,电机通过端部的螺栓孔和连接法固定。电机输出轴与连接法兰通过轴承连接,末端与麦轮法兰连接,麦轮法兰与麦克纳姆轮固定。电机输出轴端有螺纹孔,齿轮另一端通过齿轮板连接齿轮板和电机轴,作为电机轴的轴向定位。
1-电机 2-连接法兰 3-连接螺钉 4-滚动轴承 5-麦轮法兰 6-挡片 7-固定螺钉 8-紧定螺钉
3.底盘设计参考(悬挂、减震器)
为保证地面不平或装配误差,四个轮子可以同时着地,底盘的整体结构为底盘前架为悬挂摇摆式,后架与底盘整体固定,因此,前轮可以绕中心轴左右摆动,四个轮子可以同时着地。
底盘由四组麦克纳姆轮,四个驱动电机,前架悬架,底盘固定支架,2525铝型材及部件固定件及连接件组成。悬架前框架通过轴承座和中心轴连接到底盘底板,前轮组两侧放置两对弹簧阻尼器,以保持底盘装载部件的稳定性。
弹簧减震器安装在底盘上,以保护系统结构免受振动损坏,提高越障能力。弹簧减震器的作用是减少外部振动或冲击对设备和控制元件的影响,并以其材料、结构等特点,如弹簧装置,吸收外部振动或冲击能,然后缓慢释放,从而起到减震缓冲的作用。
为避免减震器局部受力造成断裂,减震器与安装座之间应有间隙
碳纤维板用于底盘支架作为材料
碳纤维板是由碳纤维、金属、陶瓷、树脂等基体组成的结构材料
根据碳纤维复合材料的不同类型,碳纤维复合材料可分为金属基、陶瓷基、树脂基、混凝土基碳纤维复合材料、抗冲击性、抗震强度高、耐腐蚀性好
5.缺点
1.爬坡能力差,触地面积小
2.应用于汽车,颠簸;轮毂停止,但辊不立即停止,滑动;油耗大,用于克服不必要的摩擦
Reference
Mecanum wheel/Wikipedia
麦克纳姆轮(1)/文古月居@挽风
谈谈麦克纳姆轮(2)/文古月居@挽风
谈谈麦克纳姆轮(3)/文古月居@挽风
【大疆机甲大师】麦克纳姆轮工作原理/文知乎@大疆机甲大师
[嵌入式] 电机和麦克纳姆轮之间连接是否有详细的图解/文本Robomaster