Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết kế bánh xe mecanum dùng cho xe nâng

NKT
NKT

Trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh
Khoa Cơ Khí
Báo cáo Luận Văn Thạc sĩ

HVTH: Trần Đình Phúc
MSHV: 11040396
GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn


NỘI DUNG BÁO CÁO

NKT
NKT

1

Đặt vấn đề

2

Giới thiệu chung

3

Tính toán thiết kế bánh xe Mecanum

4

Kết quả thiết kế và chế tạo

5

Đánh Giá Độ Chính Xác Biên Dạng Profile Bánh Xe

6

Kết luận

2


NKT

Đặt Vấn Đề

NKT

Việc định hướng, di chuyển một chiếc xe nâng qua một không gian chật hẹp,
hạn chế là một việc khá phức tạp và khó khăn. Một giải pháp cho vấn đề này
đó là việc phát triển những loại xe có khả năng di chuyển trực tiếp sang một
bên, được biết đến với tên gọi một chiếc xe đa hướng.
Nhìn chung trên thị trường hiện nay chỉ thương mại hóa những loại bánh xe
đa hướng cỡ nhỏ, giá thành tương đối cao. Chẳng hạn như sản phẩm của
hãng AndyMark kích thướng đường kính bánh 200mm, giá thành lên tới
3000 đô la mỹ mà khả năng tải lại rất thấp. Với yêu cầu thiết kế xe nâng tải
trọng nặng lên tới 1 tấn, đường kính bánh xe lên tới 600mm, thì trên thị
trường hiện không có sẵn. Do đó, việc thiết kế chế tạo loại bánh xe đa hướng
Mecanum cỡ lớn, có khả năng tải cao rất được quan tâm hiện nay.

NKT

1: Giới thiệu chung

NKT

1.1 Khái niệm và phân loại bánh xe đa hướng
Khái niệm: Những chiếc xe đa hướng (Omni-directional Vehicals) dùng bánh xe
đa hướng có khả năng di chuyển với bất kì hướng nào trong không gian 2D và
chúng vừa có thể xoay cùng lúc. Hay nói một cách khác, chúng có 3 bậc tự do.

Video


NKT

1.1.2 Phân loại bánh xe đa hướng

NKT

a) Bánh xe dạng đặc biệt
 Bánh xe Omni
 Bánh xe Mecanum
 Bánh xe trực giao
b) Các loại bánh xe truyền thống
 Bánh xe bánh lái đơn
 Bánh xe bánh lái kép
 Bánh xe bi cầu

 Một số loại khác


NKT

1.2 Phạm vi ứng dụng của bánh xe Mecanum

NKT

Lĩnh vực
quân đội

Lĩnh vực
công
nghiệp

Lĩnh vực y
tế, công
cộng

Lĩnh vực
nghiên
cứu, giáo
dục

Lĩnh vực
dịch vụ
sinh hoạt

NKT

Chương 2: Tính toán thiết kế bánh xe Mecanum

NKT

2.1 Tổng quan các công thức tính toán bánh xe Mecanum


NKT
NKT

2.1.1 Stephen L. Dickerson, control of an onmi-direcitonal robotic vehicle with
mecanum wheels, Georgia Institute of Technology Atlanta, GA (1991)


NKT
NKT

2.1.2 D.H.Shin, Design of Mecanum Wheel for Omnidirectional Motion, Seoul City University (1997)


NKT

2.1.3 Terry Cussen, Omnidirectional Transport Platform, Cybernet
Systems Corporation 727 Airport Boulevard Ann Arbor(1999)

NKT








R: bán kính bánh xe mecanum
b: bán kính con lăn mecanum
: Góc lệch giữa trục con lăn và trục bánh xe mecanum
Chiều dài tối đa của các con lăn
Hệ tọa độ của con lăn: trong đó x=0, y = bán kính cục bộ =
,z=


NKT
NKT

2.1.4 Andrew McCandless, Faculty of Engineering and Mathematical
Sciences,University of Western Australia (2001)


NKT
NKT

2.1.5 Ioan Doroftei, Victor Grosu and Veaceslav Spinu,
Omnidirectional Mobile Robot – Design and Implementation
“Gh. Asachi” Technical University of Iasi Romania (2007)

n: số lượng con lăn Mecanum; φ: góc chia

Chiều dài con lăn:

Bề rộng bánh xe Mecanum:


NKT
NKT

2.1.6 Kyung-Lyong Han, Design and Control of Omni-Directional Mobile
Robot for Mobile Haptic Interface-International Conference on Control,
Automation and Systems 2008 Oct. 14-17, in COEX, Seoul, Korea (2008)


NKT

2.1.7 Euther- Derivation of an algorithm for computing theprofile for
a “bump-less” mecanum roller (2010)

NKT

y = r – a.x2
Biên dạng con lăn lúc này đó là parabol


NKT

2.2 So sánh và phân tích các phương pháp tính tính toán

NKT

Ưu điểm

Nhược điểm

Andrew McCandless

- Nguyên lý đơn giản
- Trình bày chi tiết lý thuyết đường
lối thiết kế bánh.

- Chưa mô tả hết thông số hình
học của bánh xe Mecanum

Terry Cussen

- Trình bày đường lối lập trình, mô
phỏng thiết kế bánh xe

- Thuật toán phức tạp, cần sự trợ
giúp của máy tính.

Euther

- Thuật toán lập trình với độ chính
xác cao.
- Biên dạng tương đối đặc biệt

-Do biên dạng là parabol nên việc
tiếp xúc không đảm bảo
- Thuật toán phức tạp.

Ioan Doroftei,

-Nguyên lý thiết kế đơn giản
- Mang tính thực tế cao

- Chưa mô tả hết thông số hình
học của bánh xe Mecanum

Kyung-Lyong Han

-Trình bày khá chi tiết các thông số
hình học của bánh xe
- Mang tính khả thi thiết kế cao

- Công thức khá phức tạp

D.H.Shin

Trình bày rất chi tiết các thông số
hình học của bánh xe

-Một số thông số hình học không
cần thiết.


NKT

2. Đường lối tính toán thiết kế

NKT

R.sinη
R

R

Các thông số đầu vào::
Số con lăn: n =6 (Góc chia)
Góc lệch giữa trục quay con lăn và trục bánh xe : η =45
Bán kính bánh Mecanum: Rwheel
Bánh kính lớn nhất của con lăn : rrol = r(X) = z(X) –h
Góc khuất giữa 2 con lăn kế tiếp: θt


NKT

2.4 Kết quả tính toán, thiết kế

NKT

Chọn số con lăn:
Đường kính bánh xe: D=2.340= 680mm
Góc lệch trục:
η = 450
a=R=340mm
b= Rsin η ≈ 480mm
Lw= 340mm
Lr= 480mm

NKT

2.5 Kết cấu bánh xe Mecanum

NKT

a, Con lăn Mecanum
d, Cánh Con lăn Mecanum

c, Đùm bánh xe
b, Trục Con lăn Mecanum


NKT

Chương 3: Kết quả

NKT

3.1 Kết quả thiết kế

3.2 Sản phẩm chế tạo và lắp ráp


NKT
NKT

Chương 4: Đánh Giá Độ Chính Xác Biên
Dạng Profile Bánh Xe Mecanum

4.1 Mục đích của quá trình làm thí nghiệm
 Thu thập dữ liệu điểm.
 Quy hoạch thực nghiệm
 Hồi quy về phương trình bậc 2
 Xác định được sai số giữa biên dạng thực và biên
dạng lý thuyết.



NKT
NKT

4.2 Nội dung trình tự làm thí nghiệm và xử lý dữ liệu

Quá trình thực hiện thí nghiệm như sau:
 Gá đặt con lăn lên đồ gá chống tâm.
 Điều chỉnh con lăn sao cho đảm bảo độ đảo hợp lý.
 Tiến hành calip, lấy điểm gốc tọa độ máy.
 Thực hiện lấy dẫn bước cho đầu dò (set điểm đầu và điểm cuối).
 Tiến hành cho máy chạy tự động dọc theo biên dạng con lăn.
 Xuất file dữ liệu tọa độ dưới dạng file .text
 Quy hoạch thực nghiệm
 Xác định và so sánh độ chính xác biên dạng so với biên dạng lý
thuyết.
 Đưa ra kết luận và tìm ra nguyên nhân của sai số biên dạng con lăn.


4.3 Tính toán sai số biên dạng

NKT

NKT

x
105.0000

y
153.0000

153.0575

153.2625

104.6040

153.1310

153.1890

153.3885

104.1325

153.2930

153.3430

153.5510

103.6555

153.4530

153.5005

153.7045

…
8.7900

…
169.8020

…
169.5950

…
169.7165

stt
1

x

Giá trị y
lý thuyết

Giá trị y
quy hoạch

s2

105.0000

152.8671

153.2517

0.147917

2

104.6040

153.0033

153.3799

0.141828

3

104.1325

153.1646

153.5319

0.134909

4

103.6555

153.3268

153.6850

0.128307

5

103.1790

153.4880

153.8371

0.121871

6

102.7060

153.6471

153.9875

0.115872

…

197

….

…

…

…

8.7900

169.8859

169.6520

0.054709


4.3 So sánh sai số biên dạng dạng parabol và dạng elip
NKT
NKT

( Theo phương trình parabol của tác giả
Euther)
y’ = 170 - 0.1648. x2

( Theo phương trình elip lý thuyết)

Giá trị biên dạng elip

Giá trị biên dạng Parabol


5.1 Những vấn đề đạt được

NKT
NKT









Tìm hiểu và xây dựng đường lối thiết kế tính toán biên
dạng con lăn Mecanum.
So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp thiết kế
biên dạng con lăn.
Thiết kế và chế tạo bánh xe Mecanum dùng cho xe
nâng.
Đo lường và đánh giá độ chính xác biên dạng con lăn
qua đó đưa ra kết luận về nguyên nhân sai số biên dạng
con lăn.


NKT

Bài báo Khoa học

NKT

Báo cáo tại hội nghị Cơ Điện Tử lần thứ 6 – VCM 2012

 Hội nghị Cơ Học Toàn quốc lần thứ 9 -2012
“ Tính toán thiết kế biên dạng con lăn bánh xe Mecanum dùng cho xe Nâng”
 Hội nghị Cơ Điện Tử lần thứ 6 VCM 2012
“ Thiết kế và chế tạo bánh xe Mecanum dùng cho xe Nâng”
 Hội Nghị Cơ Khí Toàn quốc 2013
“ Đánh giá sai số biên dạng con lăn bánh xe Mecanum”
 Tạp Chí Cơ Khí số tháng 12/2012