Знаете ли вы, как движется Колесо Меканум?
2026-01-22
Принцип движения Колеса Меканум на самом деле довольно прост для понимания.
Если говорить кратко, то два Колеса Меканум, установленные на одной стороне транспортного средства, вращаются в противоположных направлениях. В результате продольные силы (вперёд и назад) взаимно компенсируются, а поперечные силы складываются в одном направлении, обеспечивая боковое перемещение.
Конструкция и принцип работы Колеса Меканум
Колесо Меканум является всенаправленным колесом, способным обеспечивать движение транспортного средства в любом направлении. Часто его называют сокращённо «механум-колесо».
Колесо Меканум состоит из ступицы и роликов, расположенных по окружности ступицы. Оси роликов образуют угол 45° с осью вращения ступицы. На ободе ступицы под наклоном равномерно размещено множество малых колёсиков — роликов, благодаря чему ролики могут свободно скользить в поперечном направлении.
Ролики Колеса Меканум являются пассивными элементами и не имеют собственного привода. Геометрия образующей поверхности роликов имеет особую форму. Когда Колесо Меканум вращается вокруг фиксированной оси, огибающая поверхность каждого ролика остаётся цилиндрической, благодаря чему колесо сохраняет способность к поступательному качению.
Установка Колёс Меканум
Колёса Меканум устанавливаются внутри корпуса транспортного средства и позволяют ему перемещаться во всех направлениях. Машина может двигаться вперёд и назад, влево и вправо, а также выполнять боковое перемещение.
Использование Колёс Меканум обеспечивает полное плоское перемещение и вращение на 360° в любом направлении. Даже в ограниченном и узком пространстве транспортное средство может гибко маневрировать и точно достигать заданной точки.
В конфигурации X-Square моменты, создаваемые вращением роликов Колёс Меканум, проходят через одну и ту же точку, поэтому ось рысканья не может активно вращаться или удерживать заданный угол.
В конфигурации X-Rectangle вращение Колёс Меканум создаёт момент относительно оси рысканья, однако плечо этого момента становится короче.
В конфигурации O-Square 3360 четыре Колеса Меканум расположены в вершинах квадрата, что позволяет выполнять как поступательное движение, так и вращение. Однако из-за формы и габаритов роботизированного шасси возможности установки в такой конфигурации ограничены.
В конфигурации O-Rectangle 3360 вращение Колёс Меканум создаёт момент относительно оси рысканья с большим плечом, поэтому данный вариант является наиболее распространённым способом установки.
Направление движения Колеса Меканум
1、 Вращение против часовой стрелки
Рассмотрим одно Колесо Меканум и выполним анализ сил. Сила трения, действующая на колесо, всегда направлена противоположно направлению его относительного движения.
При вращении Колеса Меканум против часовой стрелки колесо имеет тенденцию перемещаться относительно поверхности вперёд и вправо, поэтому сила трения в точке контакта направлена назад и влево. Разложив движение ролика на составляющие, получаем компоненты скорости назад и влево. Следовательно, в этом режиме Колесо Меканум обеспечивает движение транспортного средства вперёд-влево.
2、 Вращение по часовой стрелке
Аналогично рассмотрим один ролик Колеса Меканум. При вращении по часовой стрелке ролик имеет тенденцию перемещаться относительно поверхности назад и влево, поэтому сила трения в точке контакта направлена вперёд и вправо.
Разложив движение ролика на составляющие, получаем компоненты скорости вперёд и вправо. Следовательно, в этом режиме Колесо Меканум обеспечивает движение транспортного средства вперёд-вправо.
Схемы компоновки Колёс Меканум
Основные схемы компоновки Колёс Меканум включают:
X-Square, X-Rectangle, O-Square, O-Rectangle.
Буквы X и O обозначают геометрическую форму, образованную линиями контакта четырёх Колёс Меканум с поверхностью. Обозначения «квадрат» и «прямоугольник» указывают на форму, образованную точками контакта колёс с опорной поверхностью.
X-Square (X-квадрат)
Когда ведущие колёса приводятся в движение крутящим моментом электродвигателя, возникающие силы трения после разложения включают одну составляющую, перпендикулярную плоскости колеса, и другую — направленную вдоль оси роликов Колёс Меканум.
Перпендикулярная составляющая вызывает холостое вращение роликов и приводит к потере энергии, тогда как составляющая вдоль оси роликов обеспечивает движение транспортного средства. В конфигурации X-Square горизонтальные силы трения взаимно компенсируются, а продольные силы трения приводят к движению всего шасси вперёд.
Изменяя направление вращения Колёс Меканум, можно изменять направление сил трения. Однако, помимо перемещения влево, вправо, вперёд и назад, при попытке вращательного движения выясняется, что независимо от распределения сил трения их линии действия всегда проходят через одну и ту же точку.
Это не позволяет обеспечить вращение шасси вокруг его центра на заданный угол, что существенно ограничивает манёвренные возможности Колёс Меканум. По этой причине данная схема компоновки применяется сравнительно редко.
