Qu'est-ce que le robot à roues Mecanum? | 5+ types importants de robots à roues

Robot à roues Mecanum

Le sujet de la discussion: une introduction au robot à roues et fonctionnement du robot à roues Mecanum

Robot à roues

Qu'est-ce qu'un robot à roues?

Les robots à roues sont des robots qui utilisent des roues motorisées pour manœuvrer sur le sol pour se déplacer. Cette conception est plus simple que celle des robots à pattes. Sur un terrain plat, il est plus facile de concevoir, de construire et de programmer des déplacements en utilisant une conception à roues, car ils peuvent être mieux contrôlés que les autres.

Un robot à roues - Pioneer 3 AT; Source de l'image: Jiuguang Wang, CC BY-SA 3.0 , via Wikimedia Commons

Les inconvénients des robots à roues sont que les obstacles, tels que les terrains accidentés, les pentes abruptes ou les zones à faible frottement, ne peuvent pas être bien parcourus. Les robots à roues sont les plus courants sur le marché grand public, offrant un faible coût et une simplicité avec leur direction différentielle.

Les robots peuvent ne pas avoir de roues, mais un minimum de 3 roues est suffisant pour l'équilibre et des roues supplémentaires ajouteront à l'équilibre, mais des mécanismes supplémentaires seraient nécessaires pour maintenir toutes les roues dans le sol si le sol n'est pas de niveau. Un type intéressant de robot à roues est le robot à roues Mecanum, dont nous apprendrons dans le contenu ultérieur.

Comment navigue-t-il?

Beaucoup à roues robots utiliser la direction différentielle, qui utilise des roues pour le mouvement qui sont actionnées séparément. En faisant tourner chaque roue à une vitesse différente, ils peuvent changer de direction et n'ont donc pas besoin de mouvement de direction supplémentaire. Ces roues supplémentaires peuvent être ajoutées des roues non alimentées par un moteur, ce qui contribue à le maintenir équilibré. C'est un concept que nous appelons un robot à roues différentielles.

Lorsque les deux roues se déplacent dans la même direction et la même vitesse, le robot parcourra des pistes droites et pour faire tourner le robot autour du centre de l'axe, les roues doivent tourner à l'opposé de la même vitesse. Pour toute autre combinaison de vitesse et de direction de rotation, le centre de rotation du robot peut se trouver n'importe où sur la ligne droite joignant les points de contact des roues avec le sol.

Puisque la trajectoire du robot dépend de la vitesse et de la direction de rotation des deux roues motrices, ces quantités doivent être détectées et régulées avec précision.

Un robot à direction différentielle est analogue aux engrenages différentiels utilisés dans différentes automobiles en ce que les deux roues peuvent avoir une vitesse de rotation variable. Pourtant, un système à direction différentielle aurait les deux roues entraînées, contrairement au système d'engrenage différentiel.

En robotique, les robots à roues différentielles sont largement utilisés, car leur mouvement est simple pour la programmation et pourrait être bien contrôlé. La direction différentielle est principalement utilisée pour son prix économique et sa conception simple.

Types de robot à roues

Robot à 1 roue

Il n'est pas facile de maintenir un robot à une roue debout sans support externe en raison de son point de contact unique avec le sol. Il existe des exemples de robot à une roue dans des prototypes de robots expérimentaux. Une roue sphérique s'avère avantageuse par rapport à une roue à disque traditionnelle car elle permet au robot de conduire sur un contour sphérique dans n'importe quelle direction. Les gyroscopes et les mécanismes de contre-couple sont généralement utilisés pour maintenir ce type de robot en équilibre au sol. Le mouvement non holonomique est généré par stabilisation et inclinaison à l'aide de volants.

Robot à 2 roue

Ces types de robots ont soit une configuration de roue parallèle appelée dicycles, soit une configuration en tandem où une roue est devant l'autre. Chaque roue doit avoir un capteur d'inclinaison et un encodeur de roue pour calculer l'angle d'inclinaison et garder une trace de l'emplacement de base, respectivement.

Les robots à deux roues sont plus difficiles à équilibrer que les autres types car pour rester debout, ils doivent continuer et le centre de gravité du corps du robot est maintenu sous l'essieu.

En raison de leur nature efficace, les robots à deux roues sont omniprésents de nos jours. Vous devez conduire avec quelques moteurs et deux roues, mais ils ont aussi leurs inconvénients. Ils utilisent 2 roues et doivent maintenir leur position droite. Les robots à deux roues sont plus difficiles à équilibrer que les autres types et pour le rendre plus stable, une batterie rechargeable électriquement est placée sous ses corps.

CHAMBRES sont des aspirateurs à 2 roues qui se déplacent robotiquement et capables de nettoyer la surface de la pièce. Ils utilisent un capteur tactile avant et un capteur infrarouge monté sur le dessus. Les Segways sont des véhicules électriques capables d'auto-équilibrer le cycle électrique; Ghost Rider est le seul robot à 2 roues à participer au Darpa Grand 2005 Challenge.

Robot ROOMBA; Source de l'image: Larry D. Moore, CC BY-SA 3.0 , via Wikimedia Commons

Robot à 3 roue

Il existe deux types de robots à 3 roues:

  • Dirigé différemment. (2 roues motrices avec une roue rotative libre supplémentaire utilisée pour maintenir le corps pour l'équilibrage.)
  • 2 roues motorisées avec une seule source et les 3rd roue avec fonction de direction assistée.
Disposition du robot à 3 roues

La direction du robot peut varier dans les roues à direction différentielle en modifiant les taux de rotation proportionnelle des deux roues qui sont entraînées distinctement. Le robot ira tout droit si les deux roues sont poussées dans la même direction et à la même vitesse. Sinon, le centre de rotation peut chuter à l'endroit de la ligne joignant les deux roues, en fonction de la vitesse et du sens de rotation.

Dans le triangle créé par les roues, le centre de gravité de ce type de robot doit se trouver. Le robot peut basculer si une masse également importante est placée sur le côté de la roue en rotation libre.

Robot à 4 roue

  • 2 roues motorisées, 2 rotatives libres Identiques à celles à direction différentielle ci-dessus, mais pour un équilibre supplémentaire avec deux roues à rotation libre. En attendant, le centre de gravité doit rester dans le rectangle des quatre roues, il est plus stable que la version à trois roues. Cela laisse une quantité plus importante d'espace utilisable et le centre de gravité est conseillé de rester au centre du rectangle.
2 roues motorisées, 2 rotatives libres
  • Roues motorisées 2 par 2 pour un mouvement semblable à celui d'un char. ce type de robot utilise deux paires de roues motrices. Chaque paire tourne dans le même sens (reliée par une ligne). Faire tourner toutes les roues à la même vitesse est la partie délicate de cette propulsion. Le plus lent glissera si les roues d'une paire ne fonctionnent pas au même rythme (inefficace). Le robot ne roulera pas droit si les couples ne courent pas au même rythme. Toute direction de type voiture devra intégrer une bonne conception.
Roues motorisées 2 par 2
  • Direction de type voiture Cette technique permet au robot de se transformer de la même manière que le mouvement de la voiture. Il s'agit d'une approche beaucoup plus rigide à construire, ce qui rend beaucoup plus difficile pour l'estime. L'utilisation d'un moteur à combustion pour alimenter un robot est avantageuse par rapport aux méthodes précédentes car elle n'utilise que deux essieux de sortie avec vitesse et sens de rotation, indépendants l'un de l'autre.
Direction de type voiture

5 véhicules à roues ou plus

Dans le cas de robots plus gigantesques. Bien que pas très réaliste.

Les complications de conception augmentent avec l'augmentation du nombre de roues motrices car il est difficile de maintenir la même vitesse de rotation pour que le robot avance. Le robot est susceptible de dévier de la trajectoire en ligne droite si la vitesse des roues gauche et droite n'est pas la même pour un robot à direction différentielle. La différence de vitesse entre les roues du même côté fait patiner la roue la plus lente.

Souvent, une roue rotative odométrique supplémentaire est fixée au robot. Plus précisément, cela teste le mouvement du robot. L'odométrie exclut le patinage et les autres mouvements sur les roues motrices et peut donc être incorrecte.

Les Mars Rovers (Sojourner, Spirit, Opportunity), par exemple, sont des robots à 6 roues qui, après l'atterrissage, manœuvrent à travers Martianterrain et sont utilisés pour évaluer le territoire, les points de repère passionnants et pour observer la surface de Mars. Ils ont un système de suspension qui maintient la surface en contact avec les six roues et leur permet de traverser des collines et des terrains sablonneux.

Robot à quatre roues

Un autre choix pour les robots à roues est qu'il est plus facile d'avoir des Omni Wheels pour les robots dont toutes les roues ne sont pas montées sur le même axe. Comme plusieurs roues plus petites qui en composent une grande, une roue Omni, les plus petites ont un axe perpendiculaire à l'axe de la roue centrale. Cela permet aux roues de se déplacer dans deux directions et de se déplacer de manière holonomique, garantissant qu'elles peuvent se déplacer instantanément dans n'importe quelle direction.

Configuration typique de la roue omnidirectionnelle; Source de l'image: Pacaro sur Wikipedia anglais, domaine public, via Wikimedia Commons

Contrairement à un véhicule qui ne va pas de manière holonomique et qui doit être en mouvement pour changer de cap, les robots à roues Omni peuvent voyager dans n'importe quelle direction à partir de n'importe quel angle sans tourner à l'avance et la plate-forme triangulaire est utilisée pour certains robots à roues omnidirectionnelles, avec les 3 roues. aligné à des angles de 60 degrés.

Les avantages de trois roues par rapport aux quatre roues sont qu'elles sont économiques et la certitude d'avoir 3 points sur le plan égal, signifiant que chaque roue en contact avec le sol, et une seule roue est dans le sens du mouvement et peut tourner . L'inconvénient de l'utilisation des roues Omni est qu'elles ont comparativement moins d'efficacité car toutes les roues ne se déplacent pas dans le sens du mouvement, ce qui peut également être une cause de perte de friction. Pour la raison que des mesures d'angle de déplacement, elles sont de nature plus complexe en termes de calcul.

L'un de ces robots à roues omnidirectionnelles est le Robot à roues Mecanum.

Robot à roues Mecanum

Qu'est-ce que Mecanum Wheel?

La roue Mecanum est une roue omnidirectionnelle qui permet au véhicule robotique de se déplacer de chaque côté et le mouvement général avant et arrière. Bengt Erland Ilon a développé l'idée de roue Mecanum lorsqu'il était employé comme ingénieur dans une entreprise en Suède. Il a breveté l'idée aux États-Unis le 13 novembre 1972. L'autre nom répandu est la roue suédoise ou roue Ilon, d'après le nom du fondateur.

Conception du robot à roues Mecanum

La roue Mecanum est centrée sur une roue infatigable qui est reliée obliquement à toute la circonférence de sa jante avec un jeu de rouleaux externes caoutchoutés. Habituellement, ces ensembles de rouleaux externes caoutchoutés ont chacun un axe de rotation par rapport au plan de roue autour de 45 ° et avec la ligne d'axe autour de 45 °.

Dans chaque robot de roue Mecanum, sa roue a son groupe motopropulseur et est indépendamment de type non directionnel. Le groupe motopropulseur est chargé de générer une force de propulsion qui maintient un angle de 90 ° avec l'axe du rouleau pendant le mouvement de rotation qui peut être divisée en ses composantes vectorielles longitudinales et transversales.

Conception de la roue Mecanum; Source de l'image: Mrmw, CC0, via Wikimedia Commons

La configuration typique d'un robot à roues Mecanum a une disposition à quatre roues, ce qui est évident dans un exemple de robots mobiles omnidirectionnels appelé URANUS. Il a des rouleaux latéraux gauche et droit alternés avec des axes parallèles à la diagonale du châssis du véhicule au sommet de la roue. L'un des robots à roues Mecanum: URANUS est illustré ci-dessous.

Robot à roues Mecanum: Robot URANUS; Source de l'image: Gwpcmu, CC BY 3.0 , via Wikimedia Commons

Les robots à roues Mecanum pour se déplacer avec des exigences de vitesse minimales. Par example:

  • Conduire les 4 roues à la même vitesse dans la même direction peut conduire à un mouvement d'avance / recul, car les vecteurs de force longitudinale s'additionneront, bien que les vecteurs transversaux s'annulent.
  • Conduire (le tout à la même vitesse) les deux roues dans un sens d'un côté et l'autre dans le sens opposé. Cela entraînerait la rotation stationnaire du véhicule lorsque les vecteurs transversaux s'annulent tandis que les vecteurs longitudinaux se couplent pour produire un couple autour de l'axe vertical central du véhicule.
  • Pour vous déplacer latéralement, faites tourner les roues diagonales dans le même sens à la même vitesse et les deux autres roues diagonales seront à l'opposé. Cela entraîne l'ajout de vecteurs transversaux tout en annulant les vecteurs longitudinaux.

Les combinaisons de différents types de mouvements indépendants des roues dans le robot à roues Mecanum, aidées avec une certaine quantité de rotation, facilitent le mouvement du véhicule dans toutes les directions possibles.

Applications du robot à roues Mecanum

Le mouvement omnidirectionnel et la maniabilité extrême dans les environnements encombrés fournis par Mecanum Wheeled Robot ont trouvé leurs applications dans le domaine suivant:

  • Le robot à roues Mecanum est utilisé dans diverses activités militaires et missions de recherche et de sauvetage.
  • Mecanum Wheeled Robot est également utile dans les explorations planétaires, par exemple MarsCruiserOne, qui est un rover conceptuel habitable pour les futures missions spatiales.
  • Mecanum Wheeled Robot est également utilisé dans les opérations minières, ce qui nécessite une bonne mobilité dans les espaces confinés.
  • Les chariots élévateurs robotisés à roues Mecanum sont utilisés pour le transport de marchandises pour sa mobilité efficace et la gestion des espaces d'entrepôt.
  • Les robots à roues Mecanum sont utilisés dans des projets de fauteuils roulants innovants, par exemple OMNI, car Mecanum Wheeled Robot facilite une mobilité élevée dans un environnement complexe et des degrés plus élevés d'indépendance.

Intéressé par les capteurs de robot? cliquez ici..

À propos d'Esha Chakraborty

J'ai une formation en ingénierie aérospatiale, je travaille actuellement à l'application de la robotique dans l'industrie de la défense et des sciences spatiales. Je suis un apprenant continu et ma passion pour les arts créatifs me maintient enclin à concevoir de nouveaux concepts d'ingénierie.
Avec des robots remplaçant presque toutes les actions humaines dans le futur, j'aime apporter à mes lecteurs les aspects fondamentaux du sujet d'une manière simple mais informative. J'aime aussi me tenir au courant des progrès de l'industrie aérospatiale simultanément.

Connectez-vous avec moi avec LinkedIn - http://linkedin.com/in/eshachakraborty93

Geeks Lambda