Robot con ruedas
¿Qué es un robot con ruedas?
Los robots con ruedas son robots que utilizan ruedas motorizadas para maniobrar por el suelo y moverse. Este diseño es más sencillo que los robots con patas. En terreno plano, es más fácil diseñar, construir y programar para viajar usando un diseño basado en ruedas, debido a esto, pueden controlarse mejor que otros.
Los inconvenientes de los robots con ruedas son que los obstáculos, como terrenos accidentados, caídas pronunciadas o áreas de baja fricción, no se pueden navegar bien. Los robots con ruedas son los más habituales en el mercado de consumo, ofreciendo bajo coste y sencillez con su dirección diferencial.
Los robots pueden tener cualquier número de ruedas, pero un mínimo de 3 ruedas es suficiente para el equilibrio y las ruedas adicionales se sumarán al equilibrio, pero se necesitarían mecanismos adicionales para mantener todas las ruedas en el suelo si el suelo no está nivelado. Un tipo interesante de robot con ruedas es el robot con ruedas Mecanum, sobre el que aprenderemos en el contenido adicional.
¿Cómo navega?
Muchas ruedas los robots utilice la dirección diferencial, que utiliza ruedas para el movimiento que se operan por separado. Al girar cada rueda a una velocidad diferente, pueden cambiar de dirección y, por lo tanto, no necesitan un movimiento de dirección adicional. A estas ruedas adicionales se les puede agregar ruedas no impulsadas por un motor, lo que ayuda a mantener el equilibrio. Este es un concepto que llamamos robot de ruedas diferencial.
Cuando ambas ruedas se mueven en la misma dirección y velocidad, el robot recorrerá pistas rectas y para girar el robot alrededor del centro del eje, las ruedas deben girar en sentido opuesto a la misma velocidad. Para cualquier otra combinación de velocidad y dirección de rotación, el centro de rotación del robot puede estar en cualquier lugar de la línea recta que une los puntos de contacto de las ruedas con el suelo.
Dado que la trayectoria del robot depende de la velocidad y la dirección de rotación de las dos ruedas motrices, estas cantidades deben detectarse y regularse con precisión.
Un robot con dirección diferencial es análogo a los engranajes diferenciales empleados en diferentes automóviles en que ambas ruedas pueden tener velocidad de rotación variable. Aún así, un sistema de dirección diferencial tendría ambas ruedas accionadas, a diferencia del sistema de engranajes diferenciales.
En robótica, los robots de ruedas diferenciales se utilizan ampliamente, ya que su movimiento es simple para programar y podría controlarse bien. La dirección diferencial se utiliza principalmente por su precio económico y su diseño simple.
Tipos de robot con ruedas
Robot de 1 rueda
No es fácil mantener un robot de una rueda en posición vertical sin un soporte externo debido a su único punto de contacto con el suelo. Hay ejemplos del robot de una rueda en prototipos de robots experimentales. Una rueda esférica demuestra ser ventajosa sobre una rueda de disco tradicional porque permite que el robot se mueva en un contorno esférico en cualquier dirección. Los giroscopios y los mecanismos de contra torque se utilizan generalmente para mantener este tipo de robot equilibrado en el suelo. El movimiento no holonómico se genera mediante la estabilización y la inclinación mediante volantes.
Robot de 2 rueda
Estas tipos de robots tienen un paralelo configuración de rueda llamada dicycles o una configuración en tándem donde una rueda está delante de la otra. Cada rueda debe tener un sensor de inclinación y un codificador de rueda para calcular el ángulo de inclinación y realizar un seguimiento de la ubicación de la base, respectivamente.
Los robots de dos ruedas son más difíciles de equilibrar que otros tipos, ya que para mantenerse erguidos, deben continuar y el centro de gravedad del cuerpo del robot se mantiene debajo del eje.
Debido a su naturaleza eficiente, los robots de dos ruedas son omnipresentes hoy en día. Necesita conducir con algunos motores y dos ruedas, pero también tienen sus desventajas. Utilizan 2 ruedas y deben mantener su posición vertical. Los robots de dos ruedas son más difíciles de equilibrar que otros tipos y para hacerlo más estable, se coloca una batería con carga eléctrica debajo de sus cuerpos.
HABITACIONES son aspiradoras de 2 ruedas que se mueven de forma robótica y son capaces de limpiar la superficie de la habitación. Usan un sensor táctil frontal y un sensor de infrarrojos montado en la parte superior. Segways es un vehículo eléctrico capaz de autoequilibrar el ciclo eléctrico; Ghost Rider es el único robot de 2 ruedas que compitió en el Darpa Grand 2005 Challenge.
Robot de 3 rueda
Hay dos tipos de robots de 3 ruedas:
- Con dirección diferencial. (2 ruedas motrices con una rueda giratoria libre adicional que se utiliza para sostener el cuerpo para equilibrarlo).
- 2 ruedas motrices con una sola fuente y las 3rd rueda con propósito de dirección asistida.
La dirección del robot puede variar en ruedas con dirección diferencial al cambiar las velocidades de rotación proporcional de las dos ruedas que se impulsan de forma distinta. El robot irá derecho si se empujan ambas ruedas en la misma dirección y velocidad. De lo contrario, el centro de rotación puede caer en la línea que une las dos ruedas, dependiendo de la velocidad y la dirección de rotación.
Dentro del triángulo creado por las ruedas, el centro de gravedad de este tipo de robot tiene que estar. El robot puede volcar si también se coloca una gran masa en el lado de la rueda que gira libremente.
Robot de 4 rueda
- 2 ruedas eléctricas, 2 giratorias libres Igual que los anteriores con dirección diferencial, pero para un equilibrio adicional con dos ruedas giratorias libres. Mientras tanto, el centro de gravedad debe permanecer dentro del rectángulo de las cuatro ruedas, es más estable que la versión de tres ruedas. Esto deja una cantidad más significativa de espacio utilizable y se recomienda que el centro de gravedad se mantenga en el centro del rectángulo.
- Ruedas motorizadas de 2 por 2 para un movimiento similar al de un tanque este tipo de robot emplea dos pares de ruedas motrices. Cada par gira en la misma dirección (conectados por una línea). Hacer que todas las ruedas giren a la misma velocidad es la parte complicada de esta propulsión. El más lento se deslizará si las ruedas de un par no corren al mismo ritmo (ineficaz). El robot no conducirá derecho si las parejas no corren al mismo ritmo. Cualquier dirección similar a la de un automóvil deberá incorporar un buen diseño.
- Dirección similar a la de un coche Esta técnica permite que el robot se transforme de la misma manera que el movimiento de un automóvil. Este es un enfoque mucho más rígido para construir, lo que lo hace mucho más difícil para la navegación a estima. Uso de un motor de combustión para impulsar un el robot es ventajoso en comparación con los métodos anteriores porque utiliza solo dos ejes de salida con velocidad y sentido de rotación, independientes entre sí.
5 o más vehículos con ruedas
En el caso de robots más gigantes. Aunque no muy realista.
Las complicaciones de diseño aumentan con el aumento del número de ruedas motrices porque es un desafío mantener la misma velocidad de giro para que el robot avance. Es probable que el robot se desvíe de la trayectoria en línea recta si la velocidad de las ruedas izquierda y derecha no es la misma para un robot con dirección diferencial. La diferencia de velocidad entre ruedas del mismo lado hace que patine la rueda más lenta.
A menudo, se adjunta al robot una rueda giratoria odométrica adicional. Más precisamente, esto prueba cómo se mueve el robot. La odometría excluye el deslizamiento y otros movimientos en las ruedas motrices y, por lo tanto, puede ser incorrecta.
Los Mars Rovers (Sojourner, Spirit, Opportunity), por ejemplo, son un robot de 6 ruedas que, después de aterrizar, maniobran a través de Martianterrain y se utilizan para evaluar territorios, emocionantes puntos de referencia y para observar la superficie de Marte. Tienen un sistema de suspensión que mantiene la superficie en contacto con las seis ruedas y les permite cruzar colinas y terrenos arenosos.
Robot de ruedas omnidireccionales
Una opción más para los robots con ruedas es que es más fácil tener Omni Wheels para robots con todas las ruedas que no están montadas en el mismo eje. Al igual que varias ruedas más pequeñas que forman una grande, una rueda Omni, las más pequeñas tienen un eje perpendicular al eje de la rueda central. Esto permite que las ruedas se muevan en dos direcciones y se muevan holonómicamente, asegurando que puedan moverse instantáneamente en cualquier dirección.
A diferencia de un vehículo que no va holonómicamente y necesita estar en movimiento para cambiar su rumbo, los robots con ruedas Omni pueden viajar en cualquier dirección desde cualquier ángulo sin girar de antemano y la plataforma triangular se utiliza para algunos robots con ruedas Omni, con las 3 ruedas. alineado en ángulos de 60 grados.
Los beneficios de las tres ruedas en comparación con las cuatro son que son económicas y tienen la certeza de tener 3 puntos en el mismo plano, lo que significa que cada rueda en contacto con el suelo, y una sola rueda está en la dirección del movimiento, y puede girar. . Las desventajas de la utilización de las ruedas Omni es que tienen una eficiencia comparativamente menor ya que todas las ruedas no se mueven en la dirección del movimiento, lo que también puede ser una causa de pérdida por fricción. Debido a que las medidas de los ángulos de desplazamiento, son de naturaleza más compleja desde el punto de vista computacional.
Uno de esos robots con ruedas omnidireccionales famoso es el Robot con ruedas Mecanum.
Robot con ruedas Mecanum
¿Qué es Mecanum Wheel?
La rueda Mecanum es una rueda omnidireccional que permite que el vehículo robótico se mueva a ambos lados y el movimiento general hacia adelante y hacia atrás. Bengt Erland Ilon desarrolló la idea de la rueda Mecanum cuando trabajaba como ingeniero en una empresa en Suecia. Él patentó la idea en los Estados Unidos el 13 de noviembre de 1972. El otro nombre generalizado es la rueda sueca o rueda Ilon, después del nombre del fundador.
Diseño del robot con ruedas Mecanum
La rueda Mecanum se centra en una rueda incansable que está conectada oblicuamente a toda la circunferencia de su llanta con un conjunto de rodillos externos recubiertos de goma. Normalmente, este conjunto de rodillos externos engomados tiene cada uno un eje de rotación con respecto al plano de la rueda alrededor de 45 ° y con la línea del eje alrededor de 45 °.
En cada robot de rueda Mecanum, su rueda tiene su tren de potencia y es de tipo independiente sin dirección. El tren motriz es responsable de generar una fuerza propulsora que mantiene un ángulo de 90 ° con el eje del rodillo durante el movimiento de giro que se puede dividir en sus componentes vectoriales longitudinal y transversal.
La configuración típica de un robot con ruedas Mecanum tiene una disposición de cuatro ruedas, lo que es evidente en un ejemplo de robots móviles omnidireccionales llamado URANUS. Tiene rodillos laterales alternos izquierdo y derecho con ejes paralelos a la diagonal del bastidor del vehículo en la parte superior de la rueda. Uno de los robots con ruedas Mecanum: URANUS se muestra a continuación.
Los robots con ruedas Mecanum se mueven con requisitos mínimos de velocidad. Por ejemplo:
- Conducir las 4 ruedas a la misma velocidad en la misma dirección puede conducir a un movimiento de avance / retroceso, ya que los vectores de fuerza longitudinal se sumarán, aunque los vectores transversales se cancelarán entre sí.
- Conducir (todas a la misma velocidad) ambas ruedas en un sentido por un lado y por el contrario. Esto daría como resultado la rotación estacionaria del vehículo a medida que los vectores transversales se anulan mientras que los longitudinales los vectores se emparejan para producir un par alrededor del eje vertical central del vehículo.
- Para moverse hacia los lados, gire las ruedas diagonales en la misma dirección a la misma velocidad y las otras dos ruedas diagonales estarán en sentido contrario. Hacerlo da como resultado la adición de vectores transversales mientras se cancelan los vectores longitudinales.
Las combinaciones de diferentes tipos de movimiento de ruedas independientes en el robot con ruedas Mecanum, con la ayuda de una cierta cantidad de rotación, facilitan el movimiento del vehículo en todas las direcciones posibles.
Aplicaciones del robot con ruedas Mecanum
El movimiento omnidireccional y la maniobrabilidad extrema en entornos congestionados proporcionados por el robot con ruedas Mecanum han encontrado sus aplicaciones en el siguiente dominio:
- El robot con ruedas Mecanum se utiliza en varias actividades militares y misiones de búsqueda y rescate.
- El robot con ruedas Mecanum también es útil en exploraciones planetarias, por ejemplo, MarsCruiserOne, que es un rover habitable conceptual para futuras misiones espaciales.
- El robot con ruedas Mecanum también se emplea en operaciones mineras, lo que requiere una buena movilidad en espacios reducidos.
- Las carretillas elevadoras robóticas con ruedas Mecanum se utilizan para el transporte de mercancías por su movilidad y gestión eficientes de los espacios de almacenamiento.
- Los robots con ruedas Mecanum se utilizan en proyectos innovadores de sillas de ruedas, por ejemplo, OMNI, ya que el robot con ruedas Mecanum facilita una alta movilidad en un entorno complejo y mayores grados de independencia.
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Tengo experiencia en Ingeniería Aeroespacial, actualmente trabajando en la aplicación de la Robótica en la Defensa y la Industria de las Ciencias Espaciales. Soy un aprendiz continuo y mi pasión por las artes creativas me mantiene inclinado hacia el diseño de conceptos novedosos de ingeniería.
Con los robots sustituyendo casi todas las acciones humanas en el futuro, me gusta llevar a mis lectores los aspectos fundamentales del tema de una manera fácil pero informativa. También me gusta mantenerme actualizado con los avances en la industria aeroespacial simultáneamente.
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