Robô com Rodas
O que é um robô com rodas?
Robôs com rodas são robôs que usam rodas motorizadas para manobrar no solo e se mover. Este projeto é mais simples do que robôs com pernas. Em terreno plano, é mais fácil projetar, construir e programar para viagens usando o projeto baseado em rodas, por isso, elas podem ser mais bem controladas do que outras.
As desvantagens dos robôs com rodas são que os obstáculos, como terreno acidentado, quedas íngremes ou áreas de baixo atrito, não podem ser bem navegados. Os robôs com rodas são os mais comuns no mercado consumidor, oferecendo baixo custo e simplicidade com seu diferencial de direção.
Os robôs podem ter qualquer número de rodas, mas no mínimo 3 rodas são suficientes para o equilíbrio e rodas adicionais serão adicionadas ao equilíbrio, mas seriam necessários mecanismos adicionais para segurar todas as rodas no solo se o solo não estiver nivelado. Um tipo interessante de robô com rodas é o robô com rodas Mecanum, sobre o qual aprenderemos no conteúdo a seguir.
Como ele navega?
Muitas rodas robôs use direção diferencial, que usa rodas para o movimento que são operadas separadamente. Ao girar cada roda em uma velocidade diferente, eles podem mudar de direção e, portanto, não precisam de movimento adicional de direção. Essas rodas extras podem ser adicionadas a rodas não acionadas por motor, ajudando a mantê-lo equilibrado. Este é um conceito que chamamos de robô com rodas diferencial.
Quando ambas as rodas se movem na mesma direção e velocidade, o robô percorre trilhas retas e para girar o robô em torno do centro do eixo, as rodas devem girar no sentido oposto à mesma velocidade. Para qualquer outra combinação de velocidade de rotação e direção, o centro de rotação do robô pode estar em qualquer lugar na linha reta que une os pontos de contato das rodas com o solo.
Como o caminho do robô depende da taxa e da direção de rotação das duas rodas acionadas, essas quantidades devem ser precisamente detectadas e reguladas.
Um robô com direção diferencial é análogo às engrenagens diferenciais empregadas em automóveis diferentes, pois ambas as rodas podem ter velocidade de rotação variável. Ainda assim, um sistema de direção diferencial teria ambas as rodas acionadas, ao contrário do sistema de engrenagem diferencial.
Na robótica, robôs com rodas diferenciais são amplamente utilizados, pois seu movimento é simples de programar e pode ser bem controlado. A direção diferencial é usada principalmente por seu preço econômico e design simples.
Tipos de robô com rodas
Robô de 1 roda
Não é fácil manter um robô de uma roda em pé sem suporte externo devido ao seu único ponto de contato com o solo. Existem exemplos de robôs de uma roda em protótipos de robôs experimentais. Uma roda esférica mostra-se vantajosa em relação a uma roda de disco tradicional porque permite que o robô se mova em um contorno esférico em qualquer direção. Giroscópios e mecanismos de contra-torque são geralmente usados para manter esse tipo de robô equilibrado no solo. O movimento não holonômico é gerado por meio de estabilização e inclinação usando volantes.
Robô de 2 roda
Este tipos de robôs têm um paralelo configuração de roda chamada diciclos ou uma configuração em tandem onde uma roda está na frente da outra. Cada roda deve ter um sensor de inclinação e um codificador de roda para calcular o ângulo de inclinação e acompanhar a localização da base, respectivamente.
Robôs de duas rodas são mais difíceis de equilibrar do que outros tipos, pois para permanecer em pé, eles devem continuar e o centro de gravidade do corpo do robô é mantido abaixo do eixo.
Devido à sua natureza eficiente, os robôs de duas rodas são onipresentes hoje em dia. Você precisa dirigir com alguns motores e duas rodas, mas eles também têm suas desvantagens. Eles utilizam 2 rodas e devem manter sua posição direita. Robôs de duas rodas são mais difíceis de equilibrar do que outros tipos e para torná-los mais estáveis, uma bateria eletricamente carregável é colocada sob seus corpos.
QUARTOS são aspiradores de 2 rodas que se movem roboticamente e são capazes de limpar a superfície da sala. Eles usam um sensor de toque frontal e um sensor infravermelho montado na parte superior. Segways é um veículo elétrico capaz de autoequilibrar o ciclo elétrico; Ghost Rider é o único robô de 2 rodas que participou do Darpa Grand 2005 Challenge.
Robô de 3 roda
Existem dois tipos de robôs de três rodas:
- Direcionado diferencialmente. (2 rodas motrizes com uma roda giratória livre adicional que é usada para segurar o corpo para equilíbrio).
- 2 rodas motorizadas com uma única fonte e as 3rd roda com finalidade de direção hidráulica.
A direção do robô pode variar em rodas com direção diferencial, alterando as taxas de rotação proporcional das duas rodas que são movidas distintamente. O robô irá em linha reta se ambas as rodas forem empurradas na mesma direção e velocidade. Caso contrário, o centro de rotação pode cair onde na linha que une as duas rodas, dependendo da velocidade e direção de rotação.
Dentro do triângulo criado pelas rodas, o centro de gravidade neste tipo de robô deve estar. O robô pode tombar se uma grande massa for colocada na lateral da roda que gira livremente.
Robô de 4 roda
- 2 rodas motorizadas, 2 rotativas livres Igual aos modelos com direção diferencial acima, mas para equilíbrio extra com duas rodas giratórias livres. Enquanto isso, o centro de gravidade deve ficar dentro do retângulo das quatro rodas, é mais estável do que a versão de três rodas. Isso deixa uma quantidade mais significativa de espaço utilizável e o centro de gravidade é aconselhado a se manter no centro do retângulo.
- Rodas motorizadas 2 por 2 para movimento tipo tanque este tipo de robô emprega dois pares de rodas acionadas. Cada par gira na mesma direção (conectado por uma linha). Ter todas as rodas girando na mesma velocidade é a parte complicada dessa propulsão. O mais lento irá escorregar se as rodas de um par não rodarem no mesmo ritmo (ineficiente). O robô não se moverá em linha reta se os casais não correrem no mesmo ritmo. Qualquer direção parecida com a de um carro terá que incorporar um bom design.
- Direção de carro Essa técnica permite que o robô se transforme de maneira idêntica ao movimento do carro. Esta é uma abordagem muito mais rígida para construir, tornando muito mais difícil para o acerto de contas. O uso de um motor de combustão para alimentar um robô é vantajoso em relação aos métodos anteriores, pois utiliza apenas dois eixos de saída com velocidade e sentido de rotação, independentes um do outro.
5 ou mais veículos com rodas
No caso de robôs mais gigantescos. Embora não seja muito realista.
As complicações do projeto aumentam com o aumento do número de rodas acionadas, pois é um desafio manter a mesma velocidade de giro para o robô se mover para frente. O robô provavelmente se desviará do caminho em linha reta se a velocidade das rodas esquerda e direita não for a mesma para um robô com direção diferencial. A diferença de velocidade entre as rodas do mesmo lado faz com que a roda mais lenta escorregue.
Freqüentemente, uma roda giratória odométrica livre extra é conectada ao robô. Mais precisamente, isso testa como o robô se move. A odometria exclui deslizamento e outros movimentos nas rodas acionadas e pode, portanto, estar incorreta.
O Mars Rovers (Sojourner, Spirit, Opportunity), por exemplo, é um robô de 6 rodas que, após pousar, manobra através do terreno marciano e é usado para avaliar o território, excitar marcos e observar a superfície de Marte. Eles têm um sistema de suspensão que mantém a superfície em contato com todas as seis rodas e os permite atravessar colinas e terrenos arenosos.
Robô Omni-Wheel
Outra opção para robôs com rodas é que é mais fácil ter Rodas Omni, pois robôs com todas as rodas não sendo montadas no mesmo eixo. Como várias rodas menores que formam uma roda grande, uma roda Omni, as menores têm um eixo perpendicular ao eixo da roda central. Isso permite que as rodas se movam em duas direções e se movam holonomicamente, garantindo que elas possam se mover instantaneamente em qualquer direção.
Ao contrário de um veículo que não é holonomicamente indo e precisa estar em movimento para mudar sua direção, os robôs com rodas Omni podem viajar em qualquer direção de qualquer ângulo sem girar antecipadamente e a plataforma triangular é utilizada para alguns robôs Omniwheeled, com as 3 rodas alinhado em ângulos de 60 graus.
Os benefícios das três rodas em comparação às quatro rodas são que elas são econômicas e com certeza possuem 3 pontos no mesmo plano, significando que cada roda em contato com o solo, e solitária uma roda está na direção do movimento, podendo girar . A desvantagem da utilização das rodas Omni é que elas têm comparativamente menos eficiência, pois todas as rodas não estão se movendo na direção do movimento, o que também pode ser motivo de perda de atrito. Por causa das medições dos ângulos de deslocamento, eles são computacionalmente mais complexos na natureza.
Um desses robôs Omni-wheeled famosos é o Robô com rodas mecano.
Robô com rodas mecano
O que é a Roda Mecanum?
A roda Mecanum é uma roda omnidirecional que permite que o veículo robótico se mova em ambos os lados e o movimento geral para frente e para trás. Bengt Erland Ilon desenvolveu a ideia da roda Mecanum quando era engenheiro em uma empresa na Suécia. Ele patenteou a ideia nos Estados Unidos em 13 de novembro de 1972. O outro nome difundido para ela é roda sueca ou roda Ilon, após o nome do fundador.
Projeto do robô com rodas Mecanum
A roda Mecanum é centrada em uma roda incansável que é conectada obliquamente a toda a circunferência de seu aro com um conjunto de rolos externos emborrachados. Normalmente, cada um desses conjuntos de rolos externos emborrachados tem um eixo de rotação em torno do plano da roda em torno de 45 ° e com a linha do eixo em torno de 45 °.
Em cada robô de roda Mecanum, sua roda tem seu trem de força e é independente do tipo sem direção. O trem de força é responsável por gerar uma força propulsora que mantém um ângulo de 90 ° com o eixo do rolo durante o movimento giratório que pode ser dividido em seus componentes vetoriais longitudinais e transversais.
A configuração típica de um robô com rodas Mecanum tem um arranjo de quatro rodas, o que é evidente em um exemplo de robôs móveis omnidirecionais chamados de URANUS. Possui rolos alternados do lado esquerdo e direito com eixos paralelos à diagonal do chassi do veículo no topo da roda. Um dos robôs com rodas Mecanum: URANUS é mostrado abaixo.
Os robôs com rodas Mecanum se movem com requisitos mínimos de velocidade. Por exemplo:
- Dirigir todas as 4 rodas na mesma velocidade na direção idêntica pode levar a um movimento para frente / para trás, pois os vetores de força longitudinais serão somados, embora os vetores transversais se cancelem.
- Condução (todas na mesma velocidade) ambas as rodas em uma direção de um lado e outra na direção oposta. Isso resultaria na rotação estacionária do veículo à medida que o vetores transversais se cancelam enquanto os vetores longitudinais pares de vetores para produzir um torque em torno do eixo vertical central do veículo.
- Para mover lateralmente, gire as rodas diagonais na mesma direção e na mesma velocidade e as outras duas rodas diagonais ficarão em sentido contrário. Fazer isso resulta na adição de vetores transversais enquanto cancela os vetores longitudinais.
As combinações de diferentes tipos de movimento independente das rodas no Mecanum Wheeled Robot, auxiliado por uma certa rotação, facilitam o movimento do veículo em todas as direções possíveis.
Aplicações do Mecanum Wheeled Robot
O movimento omnidirecional e a extrema capacidade de manobra em ambientes congestionados fornecidos pelo Mecanum Wheeled Robot encontraram suas aplicações no seguinte domínio:
- O Robô com rodas Mecanum é utilizado em várias atividades militares e missões de busca e resgate.
- O Mecanum Wheeled Robot também é útil em explorações planetárias, por exemplo - MarsCruiserOne, que é um rover habitável conceitual para futuras missões espaciais.
- O Robô com rodas Mecanum também é empregado em operações de minas, o que requer boa mobilidade em espaços confinados.
- As Empilhadeiras Robotizadas Mecanum são utilizadas para transporte de mercadorias por sua mobilidade eficiente e gerenciamento de espaços de depósito.
- Os Robôs de Rodas Mecanum são usados em projetos inovadores para cadeiras de rodas, por exemplo - OMNI, já que o Robô de Rodas Mecanum facilita a alta mobilidade em um ambiente complexo e maiores graus de independência.
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Tenho formação em Engenharia Aeroespacial, atualmente trabalhando na aplicação da Robótica na Indústria de Defesa e na Ciência Espacial. Sou um aprendiz contínuo e minha paixão pelas artes criativas me mantém inclinado a projetar novos conceitos de engenharia.
Com os robôs substituindo quase todas as ações humanas no futuro, gosto de trazer aos meus leitores os aspectos fundamentais do assunto de uma forma fácil, mas informativa. Também gosto de me manter atualizado com os avanços da indústria aeroespacial simultaneamente.