Ist es besser, das Gewicht auf die Räder oder die Mitte des Roboters zu verteilen?

Wenn Sie einen Standardroboter mit 4 oder 6 Rädern entwerfen, ist es besser, das Gewicht hauptsächlich in der Mitte des Roboters oder auf die Räder zu verteilen, oder gibt es keinen Unterschied?

Welche Gewichtsverteilung verringert die Wahrscheinlichkeit, dass der Roboter umkippt?

Unter der Annahme, dass es sich um einen starren Roboter handelt, sind folgende Gewichtseigenschaften von Interesse:

• die Gesamtmasse
• das Zentrum der Masse

In Bezug auf das Umkippen ist der Roboter stabiler, wenn der Winkel, der vor dem Umkippen erforderlich ist, maximiert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Massenschwerpunkt niedrig und der Massenschwerpunkt so weit wie möglich von den Rändern des Stützpolygons entfernt ist .

Sie sehen intuitiv, dass der Schwerpunkt stabiler ist, wenn er sich in der Nähe des Robotermittens befindet. Genauer gesagt, wenn Sie jedes Rad als Scheitelpunkt eines Polygons betrachten (in der Draufsicht), sehen Sie ein Stützpolygon. Sie können das Zentrum als den von einer Kante am weitesten entfernten Punkt festlegen.

Eine andere Möglichkeit, die Stabilität zu erhöhen, besteht darin, das Stützpolygon zu vergrößern, dh die Räder weiter außen zu platzieren, um eine breite Basis zu bilden. Das Hinzufügen von mehr Rädern kann auch die Größe des Stützpolygons erhöhen, obwohl dies hauptsächlich Dreiradroboter betrifft, die im Verhältnis zum Abstand zwischen den Rädern ein recht kleines Stützpolygon aufweisen.

Der Winkel, den der Roboter zum Kippen benötigt, kann von der Kipprichtung abhängen. Wenn sich in dieser Richtung etwas bewegt, sind Störungen in dieser Richtung wahrscheinlicher. Deshalb sind Autos vorwärts / rückwärts stabiler als seitwärts (Rollachse), wobei die Vorderräder weiter von den Hinterrädern entfernt sind als der Abstand zwischen den linken und rechten Rädern.

Die Gesamtmasse des Roboters ist ebenfalls ein Faktor. Wenn der Roboter schwerer ist, ist eine größere Störkraft erforderlich, um den Roboter in den erforderlichen Winkel zu kippen, bevor er weiter umkippt. Allerdings ist es unwahrscheinlich, dass Sie einfach die Robotermasse erhöhen möchten.

• Versuchen Sie, schwerere Komponenten tiefer zu platzieren (Batterien können ziemlich schwer sein).
• Erhöhen Sie die Größe des Stützpolygons (Räder weiter außen oder 4 statt 3 Räder).

Nur um die ausgezeichnete Antwort von ronalchn ein wenig zu ergänzen :

Das Ändern der Gewichtsverteilung im Roboter auf eine Weise, die die Position des Schwerpunkts nicht verändert, wirkt sich auf das Trägheitsmoment aus , was wiederum die Fähigkeit des Roboters beeinflusst, seine Rotationsgeschwindigkeit zu beschleunigen.

Für die meisten Roboter, die mitlaufen, ist dies wahrscheinlich kein Problem. Ich könnte mir jedoch vorstellen, dass es für einen extrem dynamischen Roboter, der sich sehr schnell bewegt und enge Kurven fährt, von Vorteil sein könnte, seinen Körper schnell drehen zu können, und in einigen extremen Fällen sogar in der Lage ist, sich selbst vor dem Umkippen zu retten.

Daher ist es für diesen Robotertyp am besten, die Masse in der Nähe des Zentrums zu konzentrieren.