大疆机甲S1的神秘”功夫“:“横”着走

大疆机甲S1的神秘”功夫“:“横”着走

大疆,消费级无人机领域的翘楚,是全球最大的消费无人机制造商,占据了全球无人机市场份额的70%以上。在华为事件爆发后,大疆也收到了美国的威胁。不过,大疆不会被美国吓倒的。这不,大疆凭借其先进的计算技术,应用最新的人工智能,造出了一辆机甲战车:ROBOMATER S1。除了有炫酷的外形,多样的功能,可视化可编程系统以及丰富的玩法外,它身怀一种很厉害的”功夫“,那就是“横”着走。这台机甲虽然也和常规的机器战车一样拥有四个车轮,但是却能够实现原地左右平行移动,就像螃蟹走路一样”横行霸道“,它有这本事就厉害了,在机甲战斗中,能够灵活的移动是争取有利位置,迅速避开对手攻击的重要条件。

ROBOMASTER S1

大疆机甲的车轮远看也是圆形 ,但是近看,它没有橡胶或者海绵的胎,而是在轮毂外侧安装有一圈辊轮。这就是大疆机甲“横"着走的秘密所在:麦克纳姆轮。它是瑞典麦克纳姆公司的专利,这种结构的车轮能实现前行、横移、斜行、旋转以及上述组合等运动方式,比之传统车轮,要灵活得多。

麦克纳姆轮在结构上比普通车轮要复杂得多。它的轮毂是整个轮子的主体支架,辊轮则是安装在轮毂上,神奇的地方在于轮毂轴与辊轮轴是 45度角。大疆机甲的车轮就是这种结构,下面可以看到大疆机甲的麦克纳姆轮的组装图和完成图。

辊轮轴与轮毂45度角安装

完成后的麦克纳姆轮

下面就来看看玛克纳姆轮是怎样工作的,又是怎样实现“横”着走的。先把中学物理课本拿出来,做简单的力学分析。力有大小也有方向,物理运动由力的大小和方向决定。对于麦克纳姆轮来说,轮毂的运动是前后方向,而辊轮的运动方向是和轮毂呈45度角的,也就是说辊轮相对于轮毂是斜着运动的,这两个方向的力就形成某一个方向的合力。通过轮毂的不同速度和方向的变化,辊轮运动的速度和方向也会发生相应变化,直线与斜线方向的力合成不同角度和大小的合力,从而带动车轮在不同的方向移动。这样,四个车路的不同速度和方向的运动就能组合成多种运动方式,从而实现“全向”功能,当然也就能“横”着走了。一般来说,麦克纳姆轮是四个一组使用,两个是左旋轮,两个是右旋轮,左旋轮和右旋轮对称布置,但是这个对称不是前左前右和后左后右对称,而是前左后右和前右后左对称。

麦克纳姆轮的排列和安装位置

这只特殊的车轮结构和安装方式,造就了麦克纳姆轮的神奇:运动非常灵活,可以在很小的范围内实现各种方向的移动。虽然也是车轮,但却完全摆脱了传统车轮在转弯上的限制。

灵活的麦克纳姆轮小车

麦克纳姆轮的运动特点使得其在狭小空间实现了灵活运动的可能,除了大疆机甲这种娱乐和教育机器人上应用外,对于现实生活中的很多场景,一样能够用得上,比如狭窄的船舶内空间,车间,仓库等对移动工作平台的全向性有要求的场所。因此,在许多行业领域,麦克纳姆轮都得到了广泛应用。

采用麦克纳姆轮的叉车

万物皆有两面性。麦克纳姆轮固然很“厉害”,但也有它不足的地方。一方面,轮毂外侧安装的辊轮和中间的固定轴在运动时会产生滑动摩擦。同样,辊轮与地面之间直接接触,而且也是滑动摩擦,所以麦克纳姆轮和普通车轮相比较,磨损会更快一些,如不及时更换辊轮,车子的性能就会受到明显的影响。另一方面,麦克纳姆轮的移动非常灵活,机动性很强,但是它的越野性能却非常差,通过性还不如普通车轮。尤其是在坡度较大的时候,往往会产生溜坡现象。所以玛克纳姆轮适合在硬质铺装路面上使用,在那些有着特殊要求的场合它的确是“万能”的。

轮子是人类的伟大发明,而人类科技的不断进步也推动着轮子的“进步”,麦克纳姆轮称得上是轮子的重大“进步”之一。大疆机甲S1一上市就引起了轰动,它的可玩性和可扩展性简直太无敌了,而麦克纳姆轮的使用也正是它最大的亮点之一。通过大疆机甲S1,越来越多的人会认识和熟悉麦克纳姆轮,越来越多的孩子在机器人教育和比赛中也会对麦克纳姆轮产生兴趣,兴趣就是最好的导师。未来,比麦克纳姆轮更“神奇" 车轮也一定会出现。