¿Es mejor distribuir el peso sobre las ruedas o el centro del robot?

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Al diseñar un robot estándar de 4 o 6 ruedas, ¿es mejor tener el peso distribuido principalmente en el centro del robot, o sobre las ruedas, o no hay diferencia?

Específicamente, ¿qué distribución de peso hará que el robot sea menos propenso a volcarse?

Michael0x2a
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¿Puedes elaborar un poco más? Por ejemplo, ¿qué tan duro es el medio ambiente? Después de todo, si el robot solo se mueve en una superficie plana, probablemente no haga ninguna diferencia.
Shahbaz

Respuestas:

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Suponiendo que es un robot rígido, las únicas propiedades de peso de interés son:

  • la masa total
  • el centro de masa

En términos de vuelco, el robot es más estable si el ángulo requerido antes de volcarse se maximiza. Esto se logra teniendo un centro de masa bajo y un centro de masa lo más alejado posible de los bordes del polígono de soporte .

Intuitivamente, puede ver que si el centro de masa está cerca del centro del robot, es más estable. Más formalmente, si considera que cada rueda es el vértice de un polígono (desde una vista superior), verá un polígono de soporte. Puede designar el centro como el punto más alejado de un borde.

Otra forma de aumentar la estabilidad es aumentar el tamaño del polígono de soporte, es decir, colocar las ruedas más hacia afuera para formar una base ancha. Agregar más ruedas también puede aumentar el tamaño del polígono de soporte, aunque esto afecta principalmente a los robots de tres ruedas, que tienen un polígono de soporte bastante pequeño en relación con la distancia entre las ruedas.

El ángulo requerido para que el robot se incline puede depender de la dirección de la inclinación. Si hay movimiento a lo largo de esa dirección, entonces las perturbaciones son más probables en esa dirección. Es por eso que los automóviles son más estables hacia adelante / hacia atrás, en comparación con los laterales (eje de balanceo), con las ruedas delanteras más alejadas de las ruedas traseras en comparación con la distancia entre las ruedas izquierda y derecha.

La masa total del robot también es un factor. Si el robot es más pesado, se requiere una fuerza perturbadora mayor para inclinar el robot al ángulo requerido antes de que continúe volcándose. Dicho esto, es poco probable que desee simplemente aumentar la masa del robot, por lo que:

  • trate de colocar componentes más pesados ​​más bajos (las baterías pueden ser bastante pesadas)
  • aumente el tamaño del polígono de soporte (ruedas más hacia afuera, o 4 ruedas en lugar de 3).
ronalchn
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Solo para agregar un poco a la excelente respuesta de ronalchn :

Cambiar la distribución del peso en el robot de una manera que no cambie la posición del centro de masa afectará el Momento de Inercia , lo que a su vez afectará la capacidad del robot para acelerar su velocidad de rotación.

Para la mayoría de los robots que avanzan, es poco probable que esto sea un problema. Sin embargo, podría imaginar que para un robot extremadamente dinámico, que viaja muy rápido y toma curvas cerradas, poder rotar su cuerpo rápidamente podría ser una ventaja, e incluso podría evitarse la inclinación en algunos casos extremos.

Por lo tanto, concentrar la masa cerca del centro sería lo mejor para este tipo de robot.

Rocketmagnet
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Todo lo que agregaría a esto y la respuesta de ronalchn: el único inconveniente de centrar la masa en lugar de colocarla sobre las ruedas es que si todas las ruedas son ruedas motrices, puede perder algo de tracción al colocar todo el peso en el centro. Pero para la estabilidad: sí, baja y centrada.
ViennaMike
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@ViennaMike - ¿Por qué? Cambiar la distribución de masa sin mover su centro no hará ninguna diferencia en la tracción de la rueda.
Rocketmagnet