Краткое и наглядное объяснение принципа работы и методов управления колесом илона Mecanum
2026-01-06
Для тех, кто впервые сталкивается с колесом илона Mecanum, обычно бывает трудно сразу чётко представить, каким образом управлять всеми возможными режимами движения шасси на таких колёсах.
Однако в реальной эксплуатации соотношение гибкости движения колёс илона Mecanum и сложности управления ими чрезвычайно выгодно. Можно сказать, что на относительно ровных поверхностях это один из самых популярных вариантов колёсных модулей.
Чтобы, как и я, быстро разобраться в принципе работы колеса илона Mecanum и как можно скорее научиться управлять всеми видами движения, ниже принцип работы был максимально упрощён и представлен в самой лаконичной форме.
Физический принцип
- 1、Два типа колёс
Для четырёхколёсной платформы комплект колёс илона Mecanum обязательно должен включать как минимум два разных типа колёс. Существует множество названий, в интернете их часто называют «левое колесо илона Mecanum» и «правое колесо илона Mecanum».
Далее для краткости будем использовать термины левое колесо и правое колесо.
Левое колесо: при вращении вперёд обеспечивает движение влево-вперёд, при вращении назад — вправо-назад (обратите внимание: речь идёт о направлении движения колеса, противоположном направлению силы трения о поверхность).
Правое колесо: при вращении вперёд обеспечивает движение вправо-вперёд, при вращении назад — влево-назад.
Когда основное колесо вращается, оно приводит во вращение ролики, расположенные по его окружности. Поскольку оси роликов расположены под определённым углом к оси вращения основного колеса, возникает сила, направленная по диагонали.
Благодаря этому, при комбинированном использовании нескольких колёс илона Mecanum и их раздельном управлении платформа может осуществлять всенаправленное движение без изменения ориентации корпуса (если в данный момент это сложно представить — продолжайте читать дальнейший разбор режимов движения).
Ключевым моментом является понимание того, какие силы возникают при вращении левых и правых колёс илона Mecanum. Можно попробовать выполнить анализ сил, однако в данном случае это не обязательно — достаточно мысленно представить процесс (или просто запомнить приведённые выше выводы).
Основная идея заключается в использовании симметрии установки для компенсации ненужных сил и суммировании сил в требуемом направлении скорости.
Знания этих базовых физических свойств колёс илона Mecanum уже достаточно для их эффективного управления.
- 2、Способ установки
Для четырёхколёсной платформы обычно используется следующая схема установки колёс илона Mecanum:
На схеме левое переднее и правое заднее колёса являются левыми колёсами илона Mecanum, а два остальных — правыми колёсами илона Mecanum.
Различные способы установки неизбежно приводят к различиям в алгоритмах управления, однако физический принцип остаётся одинаковым. Ниже все пояснения приводятся именно для этой схемы установки. Для других вариантов управления анализ проводится аналогичным образом.
Управление
1、Движение вперёд / назад
При одновременном вращении всех колёс илона Mecanum, установленных указанным образом, в одном направлении боковые составляющие сил передних и задних колёс взаимно компенсируются, а остаётся только сила, направленная вперёд.
Таким образом, платформа движется вперёд. Для движения назад достаточно изменить направление вращения, анализ при этом аналогичен.
2、Боковое перемещение влево / вправо
Принцип заключается в том, что два колеса илона Mecanum, расположенные на одной стороне платформы, вращаются в противоположных направлениях.
В этом случае продольные силы (вперёд-назад) компенсируются, а поперечные силы складываются в одном направлении, обеспечивая боковое перемещение.
3、Вращение на месте
Принцип заключается в том, что колёса одной стороны вращаются вперёд, а колёса другой стороны — назад.
Для двух колёс илона Mecanum, расположенных на одной стороне, поперечные силы по-прежнему компенсируются.
Например, если два левых колеса илона Mecanum вращаются вперёд, а два правых — назад, платформа будет вращаться по часовой стрелке. При обратном направлении вращения — против часовой стрелки.
Следует обратить внимание, что во всех перечисленных режимах движения, несмотря на различие направлений вращения колёс илона Mecanum, их скорости должны быть строго одинаковыми. В противном случае движение станет неточным.
Если же требуется движение в произвольном направлении, скорость платформы можно разложить на составляющие по осям X и Y. Затем для каждой составляющей вычисляются скорости вращения четырёх колёс илона Mecanum, после чего результаты суммируются.
В результате восстанавливается требуемый вектор скорости платформы, и скорости вращения колёс становятся различными, позволяя двигаться в любом направлении.
4、Поворот
Для платформы на колёсах илона Mecanum, способной к всенаправленному движению, этот режим не является обязательным, однако его принцип достаточно прост.
Как и у обычного колёсного транспортного средства, необходимо задать разную скорость вращения колёсам левой и правой стороны.
Поскольку два колеса илона Mecanum на одной стороне вращаются с одинаковой скоростью, поперечные (центростремительные) силы по-прежнему компенсируются. При этом исходная прямолинейная скорость преобразуется в касательную, что и обеспечивает поворот.
