Сравнение колеса Мекана с обычным колесом

Преимущества транспортного средства с колесами Мекана по сравнению с автомобилем с обычными колесами были представлены в [1]. Обычно роботизированные транспортные средства предназначены для выполнения плоских движений. В двумерном пространстве тело имеет три степени свободы, способное перемещаться в обоих направлениях и вращаться вокруг своего центра тяжести. Однако большинство обычных транспортных средств не способны независимо контролировать каждую степень свободы, поскольку обычные колеса не могут двигаться в направлении, параллельном их оси.

Эти так называемые неголономные ограничения колеса не позволяют транспортным средствам, использующим систему скольжения, двигаться перпендикулярно его направлению движения. Чтобы достичь любого местоположения и ориентации в двухмерном пространстве, это может потребовать сложных маневров и сложного планирования пути. Неголономные транспортные средства могут двигаться в некоторых направлениях (вперед и назад) и могут описывать некоторые изогнутые траектории, но не могут двигаться вбок. Например, чтобы реализовать параллельную парковку, автомобиль с дифференциальным приводом должен совершить ряд маневров (рисунок 3) .

Рисунок 3: Боковая парковка дифференциального привода мобильных роботов [3]

Транспортное средство без неголономных ограничений может двигаться в любом направлении и в любой ориентации. Эта возможность широко известна как всенаправленная мобильность. Всенаправленные транспортные средства имеют большие преимущества по сравнению с обычными платформами, с автомобильным рулевым управлением Аккермана или системой дифференциального привода с точки зрения движения в труднодоступных местах [2]. Они могут двигаться в стороны, поворачиваться на месте и следовать сложным траекториям. Эти транспортные средства способны легко выполнять задачи в условиях со статическими и динамическими препятствиями и в узких пространствах. Как правило, автомобили на основе колеса Мекана имеют квадратную или прямоугольную конфигурацию с двумя колесами на каждой стороне шасси. Использование четырех колес обеспечивает всенаправленное движение для транспортного средства без необходимости использования обычной системы рулевого управления. Когда приводятся в движение колеса Мекана, наклонные периферийные ролики преобразуют часть силы в направлении вращения колеса в силу, перпендикулярную к направлению колеса.

В зависимости от направления и скорости каждого отдельного колеса результирующая комбинация всех этих сил создает вектор полной силы в любом желаемом направлении, что позволяет платформе свободно перемещаться в направлении вектора результирующей силы без изменения направления самих колес. Робот может двигаться в любом направлении, вперед / назад, а также влево / вправо и поворачиваться на месте благодаря специальным колесам (Рисунок 4). Это особенно полезно при маневрировании в стесненных условиях [3].

Рисунок 4: Движение транспортного средства с колесами Мекана [3]

Есть вариант сделать платформу на основе колеса Мекана для удаленного управления. Пользовательский интерфейс может быть разработан как мобильное приложение, использующее протокол MQTT [5, 7], или как сайт, использующий API сайта для получения данных [6].

Эта технология также может быть использована для организации сложных систем безопасности [4], что позволит осуществлять мониторинг объекта при его перемещении. Так же можно установить систему видео наблюдения с системой распознавания и идентификацией объектов [8, 9, 10, 11]. Можно использовать для таких целей разреженное представление изображений в задачах распознавания с использованием идеи метода Монте-Карло [12, 13, 14].

Роботы с данными колесами могут быть использованы для достижения различных целей, таких как: поиск и спасательные миссии, военные действия, разведка и добыча полезных ископаемых, транспортировка больших грузов. А также могут быть применены и внутри помещений, например, перевозка грузов, роботизированные инвалидные коляски с электроприводом или тележки.