Koło Mecanum

Koło Mecanum (koło szwedzkie) – koło umożliwiające poruszanie się w dowolnym kierunku i obracanie się pojazdu wyposażonemu w takie koła.

Koło składa się z szeregu gumowanych rolek na powierzchni tocznej koła ustawionych pod kątem 45° do koła i mogących się obracać. Koła są napędzane niezależnie lub hamowane, rolki toczą się, a kierunek jazdy pojazdu wyposażonego w takie koła zależy od kierunku napędu poszczególnych kół.

Zostało wynalezione w 1972 roku przez szwedzkiego inżyniera z przedsiębiorstwa Mecanum AB.

Koło Mecanum stanowi przełom w dziedzinie robotyki mobilnej, oferując zdolność do ruchu w dowolnym kierunku bez obrotu ramy robota, umożliwiając nowe możliwości w zakresie manewrowania i efektywności ruchu. Szerokie wykorzystanie robotów mobilnych w różnych gałęziach przemysłu, szczególnie w sektorze magazynowania, powoduje duże zainteresowanie kołami mecanum.

Budowa i działanie Na powierzchni tocznej koła jest szereg gumowanych, mogących się obracać rolek, standardowo ustawionych pod kątem 45° do płaszczyzny koła.

Klasyczne koło tocząc się swobodnie, umożliwia przenoszenie siły prostopadłej do jego płaszczyzny obrotu, dodatkowo koło napędzane przenosi siłę napędu w płaszczyźnie koła. W kole Mecanum rolka koła jest kołem swobodnym (nie napędzanym). Rozważmy koło, w którym rolka stykającą się z podłożem z lewej strony jest z przodu i przenoszące moment napędowy "do przodu". Moment ten przeniesiony na rolkę, wywołuje siłę działającą na oś rolki "do tyłu" i siłę tarcia podłoża. Moment obrotowy tych sił dąży do obrotu rolki "do tyłu". Rolka pod wpływem takiego momentu siły będzie przenosiła tylko składową siły wzdłuż swojej osi, siła ta działając na koło może być rozłożona na składowe w płaszczyźnie koła i jego osi. Siła działająca w osi koła jest skierowana w lewo. Zmiana zwrotu momentu obrotowego wywoła siłę napędową i działającą na oś o przeciwnych zwrotach. By zniwelować siłę działającą wzdłuż osi koła, drugie koło na tej samej osi ma odwrotne ustawione rolki.

mały|Ruchy pojazdu. Niebieski – kierunek napędu kół, koła czarne są napędzane, szare zablokowane. Czerwony – kierunek ruchu pojazdu; a) ruch wprost, b) ruch w bok, c) ruch po przekątnej, d) ruch po łuku e) obrót w miejscu, f) ruch po łuku, w bok

Konwencjonalny czterokołowy pojazd na kołach Mecanum, ma koła zainstalowane na dwóch równoległych osiach, koła są zwrócone tak, że osie rolek dotykających podłoża tworzą prostokąt, jednakowe koła (lewe prawe) instaluje się tak by były po przekątnej. Pojazd taki może poruszać się w dowolnym kierunku, w szczególności przy jednakowej prędkości ruchu kół, porusza się: w płaszczyźnie kół (przód tył, rys. a) – wszystkie koła obracają się w tę samą stronę. Składowe sił wzdłuż osi kół na jednej osi mają przeciwne zwroty, przez co znoszą się. Składowe prostopadłe do osi mają taki sam zwrot i napędzają pojazd, prostopadle do płaszczyzny kół (bokiem w prawo lub lewo, rys. b) – koło z przodu po lewej i z tyłu po prawej stronie poruszają się w tę samą stronę, a pozostałe dwa koła w przeciwną stronę. Zmiana kierunku obrotu wszystkich kół zmienia kierunek ruchu. obrót względem środka pojazdu (rys. e) – koła z jednej strony poruszają się w tę samą stronę, ale przeciwną do tych po drugiej stronie pojazdu.

Obrót względem punktu będącego przecięciem osi obrotu rolek dwóch sąsiednich kół (rys. d i f) – zatrzymanie tych kół i ruch pozostałych tak by wytwarzały moment obrotu w kierunku obrotu.

Zastosowanie mały|Załadunek kontenerów LD3 na pokład samolotu Boeing 777-300ER z wykorzystaniem kół Mecanum Początkowo patent od przedsiębiorstwa Mecanum wykupiła Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych, która wykorzystywała tę technologię wyłącznie do załadunku ładunków na statki. W 1997 roku technologia stała się dostępna również dla firm komercyjnych i zastosowań cywilnych. Przedsiębiorstwa za skorzystanie z patentu płaciły wówczas po 2500 dolarów.

Koła te są wykorzystywane w pojazdach, robotach autonomicznych oraz w logistyce, produkcji i transporcie.

Robotem wykorzystującym koła Mecanum był m.in. stworzony w 1985 roku przez Gregga Podnara robot mobilny o nazwie Uranus.

Koła te znalazły także zastosowanie w logistyce, produkcji i transporcie. Np. wykorzystywane są w wózkach widłowych. Nie nadają się one do szybkich manewrów, ale są bezpieczne i znacznie bardziej zwrotne niż wózki widłowe wykorzystujące konwencjonalne koła, dzięki czemu sprawdzają się w pracy w ciasnych przestrzeniach. Koła Mecanum wykorzystywane są także w platformach transportowych. Ze względu na łatwość manewrowania i zwrotność pozwalają usprawnić proces produkcyjny.

W 2006 roku na konferencji zaprezentowano elektryczny wózek inwalidzki wykorzystujący koła Menacum.

Przykłady

Uwagi

Przypisy

Kategoria:Części maszyn Mecanum Kategoria:Robotyka