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ロボカップ姉妹の日常

ステッピー&ロック・オンの姉がロボットとか作りつつ制御の勉強してみたり、部品作ってあそんでみたり…

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【ロボット設計】ロボットのタイヤについて【父執筆】

前回に引き続き、父執筆の記事です。
以下、父の文章↓

サッカーチャレンジなど、相手ロボットと押し合う時に必要なタイヤの摩擦力は”摩擦係数×垂直抗力”で決まります。
この式に地面を捉える面積が含まれていないのでタイヤの太さは摩擦力に関係ありません。
この関係は物体が変形しない”剛体”として扱う事を前提としており、摩擦係数は垂直効力の大きさに関わらず一定です。
ゴムの様に変形する物体は”弾性体”として扱い、摩擦係数は垂直効力の大きさによって変化します。

タイヤで動くロボットの場合、”垂直効力”はそのロボットの”荷重”となります。
ゴムでできたタイヤは荷重によって変形します。
ゴムタイヤが回転すれば接地部分に変形が生じ、元の形に復元する事を繰り返します。
実はこの変形・復元によって損失が起こっており、ゴムタイヤの大きな摩擦力を発生させています。

また、ゴムの摩擦力は荷重によって摩擦係数が変化します。
これを荷重依存性と言って、こちらのグラフの様になります。

荷重依存性

スポーツカーやレーシングカーが太いタイヤを履くのは、単位面積当たりの荷重を小さくして、高い摩擦係数を得る為です。



例えば、フリローラーがゴムタイプのオムニホイールと中空タイプのゴムタイヤの接地面積を同一荷重にて比較すると次の写真の様になります。

タイヤ比較2

赤の囲いの部分がタイヤと床が接地している部分になります。
この面積を比較するとゴムタイヤはオムニホイールの約8倍になります。
この様に単位面積当たりの荷重が8倍になると摩擦係数は半分になり、押し合いをすればオムニホイールに勝ち目は無い事になります。


では、TJ3B入門キットはゴムタイヤなのでオムニホイール型ロボットに押し勝てるのでしょうか?
入門キットの駆動輪は2個です。また、3輪目は鉄球をフリーホイールにしています。
入門キットのロボットが押し合うと、この3輪目の鉄球に荷重が移動して押し合う力を失ってしまいます。
オムニホイール型ロボットは全てが駆動輪(3or4軸)ですので、比較になりません。

そこで、TJ3Bを“簡単4輪駆動化”してみました。
TJ3Bは前輪駆動と後輪駆動を組み替える為にモーター用コネクタが4個ついています。
キットに付属する“ギヤモータTT ギヤ比48:1 540円”を2個追加するだけで4輪駆動にすることができます。
ただし、モーターマウントは別途製作する必要があるので、各自工夫してください。
(前後輪でモーターの極性が逆になるので注意!)
421gの4輪駆動TJ3Bがライトウエイト1085gの4輪オムニ機を押している動画です。

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