Geometry, kinematics and dynamics of the Mecanum wheel. Unstable motion of the Mecanum vehicle

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: The Mecanum wheels enable the vehicle to move in any desired direction and increase its mobility when moving along a flat surface. When designing a vehicle, the design loads determine the required driving moments and, as a result, the characteristics of the drivetrain. Thus, determining the loads acting on the Mecanum wheels in stationery and transition events is the most relevant task related to the Mecanum wheel.

AIM: Determination of the traction characteristics of the Mecanum wheel drives, ensuring the given mobility of the vehicle.

METHODS: Simulation of motion of a vehicle with the Mecanum wheels is carried out in the multibody dynamics’ software package. The contact interaction of the Mecanum wheel and rollers with the surface is described on the basis of the rolling theory.

RESULTS: A simple descriptive method for building a roller profile is proposed. The velocities of the vehicle, wheels and rollers for various directions and modes of motion, are calculated. The driving torque required for motion at these velocities is presented.

CONCLUSION: The Mecanum vehicle model makes it possible to determine the kinematic and dynamic characteristics of motion along a flat support in any mode of motion.

About the authors

Alexey S. Dyakov

Bauman Moscow State Technical University

Email: Diakov_as@bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0005-7787-2354
SPIN-code: 9437-8400

Dr. Sci. (Engineering), Professor of the Wheeled Vehicles Department

Russian Federation, Moscow

Dmitry S. Fedorov

Bauman Moscow State Technical University

Author for correspondence.
Email: fedor0v_dmitrii@mail.ru
ORCID iD: 0009-0006-6141-7864
SPIN-code: 9122-5314

Student of the Multipurpose Tracked Vehicles and Mobile Robots Department

Russian Federation, Moscow

References

  1. Patent Sweden B60B 19/12 (20060101); B60b 019/00, REF/3876255 (Nov 13, 1972). Ilon BE. Wheels for a Course Stable Selfpropelling Vehicle Movable in Any Desired Direction on the Ground or Some Other Base.
  2. Hendzel Z., Rykała Ł. Description of Kinematics of a Wheeled Mobile Robot with Mecanum Wheels. Modelowanie Inżynierskie. 2015;26(57):5–12.
  3. Adamov B.I., Kobrin A.I. Parametric Identification of the Mathematical Model of the Omnidirectional Mobile Robot KUKA youBot. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2018;19(4):251–258 (In Russ).
  4. Adamov BI. Influence of Mecanum Wheels Construction on Accuracy of the Omnidirectional Platform Navigation (on Example of KUKA youBot Robot). In: Proc. of the 25th Ann. Saint Petersburg Internat. Conf. on Integrated Navigation Systems. 2018:251–254. doi: 10.23919/ICINS.2018.8405889
  5. Adamov BI, Saipulaev GR. Research on the Dynamics of an Omnidirectional Platform Taking into Account Real Design of Mecanum Wheels (As Exemplified by KUKA youBot). Russian Journal of Nonlinear Dynamics. 2020;16(2):291–307. EDN: SJBJQO
  6. Larin VV. Teoriya dvizheniya polnoprivodnyh kolesnyh mashin. Moscow: MGTU im NE Baumana; 2010. EDN: QNWYGX
  7. Gfrerrer A. Geometry and Kinematics of the Mecanum Wheel. Comput. Aided Geom. Des. 2008;25(9):784–791. doi: 10.1016/j.cagd.2008.07.008
  8. Universal mechanism 9. User manual [internet] cited: 25.02.2024. Available from: https://www.umlab.ru.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig.1. A mecanum wheel: а, b — plane projections of the Mecanum wheel; c — scheme for building a roller.

Download (333KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The multibody dynamics model of the Mecanum-wheeled vehicle: a — the main view of the vehicle; b — the Mecanum wheel and the circumferences simulating the roller’s motion.

Download (179KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the coefficient φ on slipping velocity in the contact.

Download (32KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Wheel speeds required for the omnidirectional motion at maximal velocity.

Download (139KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Actual and average normal forces acting at the individual roller, the wheel and the vehicle.

Download (344KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Traction characteristics of the Mecanum vehicle with a maximal rotation velocity limited to 6 rad/s: а — the achievable velocity at the multidirectional motion; b — the torque required to achieve this velocity.

Download (96KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The vehicle motion controlled with a virtual joystick, rear left wheel trajectory.

Download (113KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Kinematic characteristics of the unstable motion.

Download (156KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Driving torques required for the unstable motion.

Download (190KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».