【麦克纳姆轮(万向轮)驱动原理及安装方法】 |
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麦克纳姆轮(万向轮)驱动和玩法
麦克纳姆轮介绍麦克纳姆轮运动分析及方向确定麦克纳姆轮安装组合及运动分析
分析错误例子【AAAA】正确的麦轮分布应该是【ABBA】 麦克纳姆轮的安装位置安装方法
麦克纳姆轮介绍
在工业制造盛世年代,人们就感受到传统车辆的转向在一些特定的环境里面使用起来非常不方便,例如在航天航空领域的部件组装中,使用传统车辆运载拼装会消耗大量的人力、物力和时间。在精确到零点几毫米的情况下,对不准的话只能重新校正。对于高精尖的大型设备而言,效率高意味着可以甩开对手几条街。如果能找到一种让车辆不用转动车身就能任意角度平移、旋转,就能完美解决这个问题。 直到1973年,瑞典的麦克纳姆公司研发了一种比较实用的方案被广泛采纳,也就我们今天要介绍的麦克纳姆轮了。 麦克纳姆轮(以下简称麦轮)是由轮毂和围绕轮毂的辊子组成的,辊子是一种没有动力的从动小滚轮,麦克纳姆轮辊子轴线和轮毂轴线夹角是45度,并且有互为镜像关系的A、B轮两种,或者会被称为左旋轮和右旋轮。这一般会在轮毂上面有标识A和B、L和R。 前面提到麦轮分AB两种,如果A轮向前运动时同时向右运动,即斜向右前方运动,那么相反,A轮向后运动的同时会向左运动,即斜向左后方运动;相应B轮就可以斜向左前和右后方运动。 以小车车头为正方向,约定轮子前进时的方向为电机正转,轮子后退时的方向为电机反转。(以下全部课程都以此方向来说明)
在知道AB轮的速度分量之后,我们就可以对四轮的麦克纳姆轮底盘进行排列组合了:AAAA,BBBB,AABB…… 是不是所有的组合都能实现全方位的移动呢?并不是的。 下面我们就只举其中的一个错误例子和一个正确例子,其余的可以自行推理(其实是太多了)。 分析错误例子【AAAA】
当四个轮子都向前转的时候,AB轮可以相互抵消轴向速度,只剩下向前的速度,这样底盘就是向前直行、不会跑偏,后退同理; 如果当A轮正转、B轮反转的时候,向前向后的速度会抵消,仅剩下向右的速度,那么底盘就会向右平移;
相反,如果A轮反转,B轮正转,就会向左平移; 最后底盘左侧轮子正转、右侧轮子反转,就可以实现向右旋转;反之,底盘就会向左旋转了。 另外,当A轮正转、B轮不动时,底盘会向右前方运动;A轮反转、B轮不动时底盘向左后方运动。
相应地,A轮不动、B轮正转,底盘向左前方运动;A轮不动、B轮反转,底盘向右后方运动。
另外还有四种绕轴中点旋转的移动方式。
【思考】以上四种情况是不是与平移很相似,当不动的两个轮子像平移那样动起来,但是速度小于另外两个轮子的速度,麦轮底盘会怎么移动呢? 麦克纳姆轮的安装位置前面我们讲解完了麦轮的安装组合,安装四个麦轮的位置还有讲究。 四个轮子与地面接触点所围成的形状主要为正方形和长方形。不排除有奇葩形状,但是这里只针对正方形和长方形分析。 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。
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。
既然提到Yaw,那就简单解释一下这是什么意思吧。 在3D系统中,假设视点为原点,则视点坐标系如下图所示。 pitch是围绕X轴旋转,也叫俯仰角; yaw是围绕Y轴旋转,也叫偏航角; roll是围绕Z轴旋转,也叫翻滚角
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