Châssis Holonomiques¶
Châssis Mecanum¶
Les systèmes de châssis Mecanum se composent de quatre roues Mecanum qui sont entraînées indépendamment par un seul moteur. Cette configuration oriente la vitesse de chaque roue, ce qui permet au robot de se déplacer latéralement.
Définition
- Roue Mécanum¶
Les roues Mecanum sont un type spécial de roues qui permettent la maniabilité et le déplacement latéral, contrairement aux roues traditionnelles. Elles sont constituées d’une série de rouleaux en caoutchouc tournés à 45 degrés vers la gauche ou la droite.
Dans un châssis mecanum classique, le fait de faire tourner les roues d’une diagonale dans le sens opposé à celles de l’autre diagonale provoque un mouvement latéral. La combinaison de ces mouvements de roues permet de déplacer le véhicule dans n’importe quelle direction avec n’importe quelle rotation du véhicule (y compris sans aucune rotation).
Le principal avantage du châssis mecanum est la maniabilité qu’il offre, en particulier parce que le robot peut faire des mouvements latéraux au lieu de tourner et de rouler. Les rouleaux des roues mecanums forment un angle de 45 degrés avec l’axe de rotation de la roue, ce qui signifie que les châssis mecanum ne peuvent pas rouler latéralement aussi rapidement qu’elles peuvent avancer.
Cela peut s’expliquer en examinant les forces en jeu. Lorsque chaque roue tourne, elle applique une force de frottement au sol, ce qui fait avancer le robot. Lorsqu’il avance, les deux roues gauches tournent dans le même sens et à la même vitesse, et les deux roues droites tournent dans le même sens et à la même vitesse, ce qui signifie que les forces ne s’opposent pas l’une à l’autre. Cependant, lors d’un déplacement latéral, ni les deux roues gauches ni les deux roues droites ne tournent à la même vitesse. Dans de nombreux cas, elles tournent même en sens inverse.
Ces deux forces opposées font glisser les rouleaux de plus en plus, ce qui augmente la vitesse du robot au détriment de la traction (plus de glissement entraîne une perte de vitesse). Cependant, les roues glissent toujours lorsqu’elles avancent, mais pas aussi radicalement que lorsqu’elles font du déplacement latéral.
C’est le principal inconvénient des châssis mecanum : elles ont tendance à ne pas avoir beaucoup de force de poussée et sont donc vulnérables à la défense par un châssis de type tank.
Étant donné que les roues mecanum sont plus susceptibles de glisser en raison des rouleaux diagonaux, un mécanisme d’odométrie distinct peut être ajouté en option aux châssis mecanum afin de suivre l’emplacement du robot pendant qu’il est autonome.
Attention
Il est important de noter que pour maximiser l’efficacité et la stabilité des châssis mecanums, les rouleaux de chaque roue doivent être orientés vers le centre du robot, formant ainsi un X plutôt qu’un losange.
La raison principale en est que cela permet au châssis de tourner beaucoup plus vite qu’il ne pourrait le faire autrement. Avec la configuration proposée, les rouleaux forment un losange lorsqu’ils sont vus de la face inférieure du robot. Cela permet à la force appliquée par les roues sur le sol d’agir de manière tangente au rayon de braquage, ce qui permet de tourner plus rapidement.
Voir cette vidéo et cette autre vidéo pour une explication plus approfondie.
Avantages¶
Manœuvrabilité et agilité fantastiques grâce au déplacement latéral, peut très bien éviter les défenses.
Bonne accélération, vitesse de pointe élevée
Une transmission très polyvalente pour presque tous les jeux
Inconvénients¶
Souffre en traction, car les rouleaux mecanum ont un coefficient de frottement plus faible que les roues de traction ; ne peut pas traverser le terrain.
Capable de se faire bousculer en défense
Les roues doivent être alimentées indépendamment, il n’y a donc pas de redondance.
Exemples CAD de Mecanum Drive (Cliquez pour agrandir)
Configuration des roues mecanums, avec l’aimable autorisation de goBILDA¶
Miniguide des roues Mecanum¶
L’une des caractéristiques les plus importantes d’une roue mecanum est le mécanisme qui permet au rouleau de tourner - soit les bagues, soit les roulements à billes. Les mecanums qui utilisent des roulements à billes ont un meilleur comportement que ceux qui utilisent des bagues, car les rouleaux peuvent tourner avec moins de friction.
Note
Dans le passé, certaines équipes ont investi dans des roues mecanum de 6 pouces de diamètre. Ces roues sont généralement beaucoup plus chères et n’offrent généralement pas d’avantages significatifs en termes de performances. Nous recommandons vivement de s’en tenir à des roues d’un diamètre de 3 à 4 pouces.
Recommandé¶
Ces roues sont l’étalon-or des roues Mecanum, si vous achetez de nouvelles roues Mecanum, il y a très peu de raisons d’acheter des roues Mecanum qui ne font pas partie de cette section.
Roues mecanum goBILDA v2 ($127.49 avec réduction d’équipe) : Les roues Meccanum goBILDA v2 sont la référence pour les équipes qui veulent un design de qualité dans tous les aspects. Elles ont un diamètre de 96mm et une épaisseur de 38mm, avec des rouleaux supportés par des roulements à billes, 70A duromètre qui fournissent d’excellentes performances de déplacement latéral. Avec l’utilisation de trous encastrés de 16x16mm et 32x32mm, ces roues ont le plus grand nombre d’options de montage et peuvent s’adapter à tous les styles d’arbres couramment utilisés en FTC.
Roues mecanum REV Robotics ($127.50 avec réduction d’équipe) : Les roues Mecanum de REV Robotics ne font que 75 mm de diamètre, ce qui permet aux équipes de FTC de disposer d’une roue Mecanum plus petite, mais ce n’est pas l’option la plus fine avec une épaisseur de 40,8 mm. Elles sont dotées de rouleaux supportés par des roulements à billes qui offrent des capacités de déplacement latéral et une traction exceptionnelles. Le schéma de perçage de ces roues est compatible avec les Andymark Nubs ainsi qu’avec l’adaptateur hexagonal universel REV Robotics v2 (qui est inclus) ; cependant, pour utiliser d’autres options d’arbres, l’utilisation d’un adaptateur ou d’une modification physique sera probablement nécessaire.
Viable¶
Ces mécanismes ont des performances acceptables, mais il y a très peu de raisons de les acheter à ce stade, car ils ont été remplacés par des mécanismes plus performants. Si vous les possédez déjà, ils constituent une option viable, mais envisagez de vous tourner vers certains des mécanismes de la section Recommandé.
Roues Mecanum à roulements à billes Nexus ($134.00) : Ces roues ont un diamètre de 100 mm et une largeur de 59 mm. Elles ont une excellente trajectoire grâce à l’utilisation de roulements à billes. Cependant, elles sont plus chères, prennent plus de place, ont moins de traction et sont plus difficiles à monter que les roues recommandées.
Roues mecanum goBILDA v1 (discontinué) : Ces roues sont très similaires aux Nexus Ball Bearing Mecanum Wheels, mais avec une couleur différente et de meilleures options de montage.
`Roues mecanum Andymark Heavy Duty<https://andymark.com/products/4-in-hd-mecanum-wheels>`_ ($225) : Ce sont facilement les mecanums les plus chers de la liste. Ces roues ont un diamètre de 4 » et une largeur de 1,65 ». Ce sont des mecanums à bague, donc même s’ils ont une bonne traction, ils sont moins performants que les mecanums à roulements. Elles ont une bonne traction, plus que les roues Nexus à roulements ou à bagues.
Roues mecanum à bagues Nexus <https://www.robotshop.com/en/100mm-aluminum-mecanum-wheel-set.html>`_ ($80.00) : Il s’agit de la Roues mecanum de Nexus avec des bagues au lieu de roulements à billes. Il n’y a pas grand chose à en dire si ce n’est qu’elles offrent un déplacement latéral correct, mais moins bien que l’équivalent à base de roulements à billes.
Non recommandé¶
Il n’y a pratiquement aucune raison d’utiliser ces roues mecanum - elles sont très peu performantes et ne sont pas beaucoup moins chères que celles de la section Recommandé’_. Nous ne pouvons pas recommander l’utilisation de ces roues sur un robot FTC, si possible remplacez-les par des mecanums de la section `Recommandé.
Roues mecanum TETRIX <https://www.pitsco.com/TETRIX-MAX-Mecanum-Wheels>`_ ($149.00) : Ces mecanums sont conçus avec un rouleau en plastique dur basé sur une douille, ce qui entraîne de mauvaises performances en déplacement latéral. Le moyeu intégré est basé sur une vis sans fin avec un alésage rond, ce qui entraîne un manque de fiabilité et un encombrement supplémentaire.
Roues mecanum Andymark Standard Duty ($77.00) : Ces roues sont très fragiles et ont du mal à se déplacer.
8103 Null Robotics, Rover Ruckus, utilisant le palier Nexus mecanum¶
731 Wannabee Strange, Rover Ruckus, utilisant **Les roues mecanum AndyMark HD **.¶
X-Drive¶
X-Drive est une transmission holonomique basée sur des roues omnidirectionnelles. Ce type d’entraînement implique le montage de 4 roues omnidirectionnelles au coin du robot à un angle de 45 degrés.
L’une des différences notables entre l’X-Drive et le système mecanum est la vitesse de déplacement latéral. Alors que, comme indiqué dans la section consacrée au Mécanisme, le rapport entre la vitesse de déplacement et la vitesse d’avancement est sensiblement inférieur à 1, ce rapport est exactement de 1 sur un X-Drive en raison de la symétrie de rotation du positionnement des roues. Cela signifie que la vitesse de déplacement et la vitesse d’avancement d’un robot X-Drive sont équivalentes. Les trains de roulement sont cependant plus lents lorsqu’ils se déplacent à 45° (environ :math:``frac{sqrt{2}}{2}` de leur vitesse d’avancement).
Même si la transmission X-drive offre de bonnes capacités de rotation et d’accélération, son principal inconvénient est son conditionnement et son facteur de forme. L’emballage fait référence à la facilité et à la commodité avec lesquelles la transmission s’intègre dans la conception générale du robot.
Idéalement, le châssis devrait occuper le moins d’espace possible afin de faciliter la conception des mécanismes. Comme les roues omni sont décalées, il est plus difficile de concevoir un X-Drive que d’autres types d’entraînement holonomique comme le mecanum ou le H-Drive. De plus, en raison de ce conditionnement étrange, il est relativement difficile de transférer proprement la puissance des moteurs aux roues, ce qui signifie que la plupart des X-Drives finissent par être à entraînement direct, ce qui n’est pas bon pour la durée de vie de la boîte de vitesses du moteur.
Note
Lorsqu’il utilise X-Drive, le robot se déplace en avant/en arrière/en ligne droite d’un côté à l’autre \(\sqrt{2}\) fois plus vite qu’une transmission avec des roues dans l’orientation normale (avec le même rapport d’engrenage et la même taille de roue).
Pour une explication de la raison exacte, voir cette analyse.
Avantages¶
Bonne maniabilité et agilité
Bonne accélération
Inconvénients¶
Sujet à la défense, facilement bousculé
Utilise souvent l’entraînement direct en raison de son format peu pratique
731 Wannabee Strange, Velocity Vortex¶
5040 Boulons et écrous, récupération de reliques¶
H-Drive¶
La propulsion H (également connue sous le nom de propulsion U, selon la configuration) est une propulsion de type holonomique qui utilise toutes les roues omnidirectionnelles. La propulsion H s’appuie sur un ensemble de « roues d’entraînement » qui sont perpendiculaires aux roues avant/arrière afin d’assurer le déplacement latéral. Le H-Drive est similaire à la fusion d’un châssis de type tank tout en conservant la manœuvrabilité et le déplacement latéral des châssis holonomiques.
Le H-Drive est théoriquement très facile à coder, mais la plupart des équipes utilisent une sorte de correction gyroscopique pour se diriger en ligne droite, bien que cela ne soit pas nécessaire avec une bonne répartition du poids.
H-Drive a plusieurs configurations de moteurs possibles - 1 ou 2 moteurs peuvent être placés sur chaque pod de propulsion avant, et un ou deux moteurs peuvent être placés sur les roues de mitraillage. Dans la configuration avec un moteur sur chaque nacelle avant, le H-Drive a une accélération légèrement réduite par rapport au châssis mecanum.
Pour une fiabilité maximale, beaucoup d’équipes FRC® suspendent leurs roues de déplacement latéral sur un système de bascule pour s’assurer que toutes les roues sont en contact avec le sol lorsque le robot n’est pas en train de se déplacer latéralement.
Le plus grand avantage du H-drive est de loin sa capacité à s’adapter à de multiples distributions de moteurs. Par exemple, si vous souhaitez dédier seulement 3 moteurs à vos mécanismes et qu’il vous reste un moteur, une configuration avec 1 moteur de déplacement latéral et 4 moteurs d’entraînement est tout à fait viable. Ou si vous consacrez 5 moteurs à vos mécanismes, la configuration H-drive avec 2 moteurs d’entraînement et 1 moteur de déplacement latéral est tout à fait optimale.
Avantages¶
Combine les avantages du réservoir et de la transmission holonomique
Peut être utilisé avec 3 ou 5 moteurs
Bonne traction et bonne vitesse de pointe
Grande maniabilité et agilité
Inconvénients¶
Le déplacement latéral est légèrement moins efficace que le mecanum
Une suspension complexe est parfois nécessaire, en fonction de la conception
9804 Bomb Squad, Relic Recovery¶