Ruota Mecanum
La ruota Mecanum è uno speciale tipo di ruota progettato per rendere possibile il movimento di un veicolo in ogni direzione. È chiamata anche ruota Ilon dal nome del suo inventore, Bengt Erland Ilon (1923–2008), che la progettò quando ancora lavorava come ingegnere presso l'azienda svedese Mecanum AB. Questa ruota è stata brevettata negli Stati Uniti d'America il 13 novembre 1972.[1]
Struttura e funzionamento modifica
Si tratta di una ruota convenzionale in cui il battistrada è composto da rulli per tutta la circonferenza della ruota. Questi rulli sono solitamente ruotati di 45° sia rispetto al piano della ruota sia rispetto all'asse di rotazione.[2]
Una configurazione tipica dell'utilizzo di queste ruote è quella che si ha nel robot URANUS, riportato in figura, in cui sono montate quattro ruote azionate da quattro motori indipendenti.[3] In questa configurazione le ruote su una diagonale hanno i rulli di verso opposto a quelli delle ruote sull'altra diagonale, così che ogni ruota esercita una forza circa ortogonale all'interasse diagonale su cui essa si trova. Il veicolo risulta quindi stabile e può essere fatto muovere in ogni direzione e ruotare variando la velocità e la direzione di rotazione di ogni singola ruota.[4]
Facendo ruotare le quattro ruote nella stessa direzione si ottiene un movimento in avanti o indietro, facendo girare le ruote poste su un lato in senso contrario rispetto a quelle poste sull'altro lato, si ottiene un movimento rotatorio e facendo girare le ruote poste su una diagonale in senso contrario rispetto a quelle poste sull'altra diagonale si ottiene un movimento laterale. La combinazione di questi movimenti permette di muovere il veicolo in ogni direzione effettuando simultaneamente ogni tipo di rotazione senza cambiare la direzione delle ruote.[5][6]
Vantaggi modifica
Sebbene anche i mezzi cingolati utilizzino sistemi simili per cambiare direzione, durante la rotazione questi veicoli strisciano sul terreno e possono danneggiare una superficie delicata o fragile; inoltre l'elevato attrito con il suolo causato da questo strisciamento richiede un'elevata coppia motrice affinché la rotazione abbia luogo. Se lo stesso dispositivo utilizzasse delle ruote Mecanum avrebbe, per lo stesso movimento di rotazione sul posto, un attrito minimo con il suolo e richiederebbe quindi motori con una coppia molto inferiore e conseguentemente una potenza minore.
Utilizzo modifica
Negli anni ottanta del Novecento, la marina militare statunitense (USN) acquistò il brevetto della ruota Mecanum da Ilon e, dopo aver dato ordine ai suoi reparti di ricerca di sviluppare applicazioni per questo dispositivo, iniziò a impiegarla nei carrelli utilizzati per spostare equipaggiamenti a bordo delle navi. Nel 1997 la Airtrax Incorporated e diverse altre aziende pagarono alla USN diverse migliaia di dollari per ottenere i diritti di sfruttamento di questa tecnologia, compresi i vecchi disegni di motori e controllori, al fine di poter costruire carrelli elevatori omnidirezionali, tutt'oggi in produzione, che potessero essere facilmente manovrati in spazi ristretti, come i ponti delle navi.[7]
Oltre che nel settore industriale, la ruota Mecanum ha trovato impiego anche nella vita quotidiana: esistono infatti alcune sedie a rotelle di nuova concezione che adottano questa soluzione per le ruote, facilitando il movimento in spazi angusti.[8][9][10]
Note modifica
- ^ Wheels for a course stable selfpropelling vehicle movable in any desired direction on the ground or some other base, su google.com, United States Patent and Trademark Office, 13 novembre 1972. URL consultato il 15 dicembre 2018.
- ^ Olaf Diegel, Aparna Badve, Glen Bright, Johan Potgieter e Sylvester Tlale, Improved Mecanum Wheel Design for Omni-Directional Robots (PDF), su ftp.mi.fu-berlin.de, Institute of Technology and Engineering, Massey University, 27 novembre 2002. URL consultato il 15 dicembre 2018.
- ^ URANUS omni-directional mobile robot, su cs.cmu.edu, Carnegie Mellon University, 1985. URL consultato il 15 dicembre 2018.
- ^ Bruno Siciliano, Introduzione alla robotica (PDF), su prisma.unina.it, PRISMA Lab - Università degli Studi di Napoli Federico II, p. 25. URL consultato il 20 maggio 2020 (archiviato dall'url originale il 24 aprile 2021).
- ^ Reinventing wheels – Mecanum wheels that can move a vehicle in any direction, su patentyogi.com, Patent Yogi. URL consultato il 15 dicembre 2018.
- ^
Navin Khambhala, How to Make a Robot with Mecanum wheels at Home, su YouTube.
- ^ Li Xie, Christian Scheifele, Weiliang Xu e Karl A. Stol, Heavy-Duty Omni-Directional Mecanum-Wheeled Robot for Autonomous Navigation (PDF), su isg-stuttgart.de, ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH, 2015. URL consultato il 15 dicembre 2018 (archiviato dall'url originale il 29 agosto 2017).
- ^ Design World Staff e Tom Miller, New Way to Roll, su designworldonline.com, Design World, 21 gennaio 2011. URL consultato il 15 dicembre 2018.
- ^ Benjamin Woods, Omni-Directional Wheelchair (PDF), su robotics.ee.uwa.edu.au, The University of Western Australia, 30 ottobre 2006. URL consultato il 15 dicembre 2018.
- ^ Kazuo Inoue, Mecanum Days, su YouTube.
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