I 10 migliori telai per robot mobili a confronto: Tipi, caratteristiche e guida alla scelta

Durante lo sviluppo dei robot, una delle considerazioni più critiche è la selezione del sistema di controllo. piattaforma roboticaIl telaio è spesso l'elemento fondamentale che determina le prestazioni complessive e gli scenari di applicazione del robot. Attualmente, i tipi di telaio più comuni sul mercato sono classificati in base alla configurazione dell'azionamento, e comprendono 2 ruote motrici, 4 ruote motrici, Telaio Ackermann, piattaforma robotica 4WD-4WS e telaio cingolato. I diversi tipi di telaio offrono vantaggi distinti in termini di prestazioni, capacità di carico, capacità di attraversare gli ostacoli, raggio di sterzata, capacità di carico di controllo e costo. La scelta del telaio robotico appropriato è fondamentale durante le fasi iniziali di un progetto di robotica, in quanto influisce direttamente sul costo complessivo del progetto e sui risultati di commercializzazione. Questo articolo presenterà i vari tipi di telaio robotici più comuni e guiderà i lettori nella scelta dell'opzione più adatta al loro progetto specifico attraverso un'analisi comparativa.

Veloce Ovista di Mobile Robot Piattaforma Classificazione Bin base a Differente Drive Ttipi

Modello di telaio	Tipo di azionamento	Casi d'uso
Differenziale a doppia ruota	Due ruote motrici	AGV per interni
Differenziale a quattro ruote	Trazione indipendente a quattro ruote	Veicolo senza pilota per terreni complessi
Modello Ackermann	Ruote anteriori sterzanti + trazione posteriore	Veicolo senza pilota all'aperto
Ruota McNaughton	Trazione omnidirezionale su quattro ruote	Robot omnidirezionale a bassa velocità e a breve distanza
Quattro ruote omnidirezionali	Trazione omnidirezionale su quattro ruote	Veicolo logistico per il magazzino, ruota di proseguimento
Tre ruote omnidirezionali	Trazione omnidirezionale a tre ruote	Veicolo logistico per il magazzino, ruota di proseguimento
Quattro ruote sterzanti	Quattro ruote motrici indipendenti + sterzo indipendente	Eccellente percorribilità e capacità off-road
Doppio volante	Trazione indipendente a due ruote + sterzo	AGV a medio carico
Volante singolo	Volante singolo	Trattore, carrello elevatore
Tracciato	Due ruote motrici	Veicolo fuoristrada

Due...Wtallone Differenziale Piattaforma robotica

Principio di funzionamento del differenziale a due ruote:

Il telaio del robot a due ruote motrici (abbreviato in 2WD) è caratterizzato da un telaio a due ruote differenziali con due ruote motrici situate su entrambi i lati del telaio. Ogni ruota è controllata in modo indipendente per quanto riguarda la velocità, il che consente di controllare la sterzata del telaio impostando velocità diverse per ciascuna ruota. In genere, il telaio è dotato di una o due ruote di supporto ausiliarie. Quando entrambe le ruote motrici si muovono alla stessa velocità, il robot si muove in linea retta. Quando le velocità delle due ruote differiscono, il robot ruota intorno a un punto centrale, ottenendo così una sterzata. In questo modo, il telaio del robot a 2 ruote motrici consente di realizzare varie curve e manovre di sterzata controllando la differenza di velocità tra le due ruote motrici.

Vantaggi e svantaggi dei robot a doppia ruota differenziale:

Vantaggi	Svantaggi
Vantaggio di costo, relativamente poco costoso rispetto ad altri telai	Capacità limitata di attraversamento degli ostacoli, non adatto a terreni esterni complessi
Bassi costi di manutenzione grazie al numero ridotto di parti e alla facilità di installazione e manutenzione	Capacità di carico limitata, adatta a robot leggeri
Tecnologia matura, soluzione di azionamento matura, bassi costi di produzione	Direzione di movimento limitata, incapacità di muoversi in tutte le direzioni
Sterzo flessibile, in grado di ruotare sul posto, adatto a terreni interni complessi	Scarsa stabilità, scarse prestazioni nelle applicazioni ad alta velocità

Applicazioni del differenziale a doppia ruota:

Scenario	Descrizione
Istruzione e ricerca scientifica	Diversi laboratori e università acquistano sistemi di trazione differenziale a due ruote come piattaforme per la ricerca e la didattica, perché i telai a due ruote sono a basso costo e facili da integrare con sensori per la ricerca sulla navigazione e la pianificazione del percorso.
Robot di pulizia	I robot aspirapolvere domestici e commerciali utilizzano anche telai a doppia trazione, che si affidano alla rotazione in loco e alla flessibilità di movimento per coprire più aree di pulizia.
Robot di servizio	I robot di guida dei centri commerciali e i robot di consegna dei ristoranti sono tutti realizzati con telai a trazione differenziale, che consentono loro di muoversi in modo flessibile tra la folla e i tavoli.
Robot per consegne in ambienti interni	Nelle scuole, negli ospedali e negli uffici, la maggior parte dei robot per la consegna dei pacchi è realizzata con telai a doppia trazione.

Quattro...Wtallone Differenziale Telaio del robot

Principio di funzionamento del differenziale a quattro ruote:

Telaio del robot a quattro ruote motrici (abbreviato in 4WD), i telai a quattro ruote motrici hanno in genere quattro motori indipendenti, con ogni ruota in grado di essere controllata in modo indipendente. La fonte di potenza dello sterzo è generata dalla differenza sinistra-destra dei motori. Dopo l'uscita della potenza dai motori, questa passa attraverso un riduttore e viene infine trasmessa agli assi anteriori e posteriori sui lati destro e sinistro prima di raggiungere le ruote. Quando tutte e quattro le ruote sono azionate in modo sincrono, tutte le ruote mantengono lo stesso angolo di sterzata e il telaio mantiene una corsa rettilinea. Quando le velocità dei lati destro e sinistro del veicolo differiscono, la sterzata si ottiene grazie alla differenza di velocità tra i due lati.

Vantaggi e svantaggi dei robot con differenziale a quattro ruote telaio:

Vantaggi	Svantaggi
Forte capacità di carico: Le quattro ruote motrici condividono il peso, sostenendo un carico maggiore rispetto alle due ruote motrici.	Alta efficienza energetica: La trazione a quattro motori richiede un'elevata durata della batteria.
Buona percorribilità: Adatto per superfici interne e relativamente piatte all'aperto, come pendii e porte basse.	Flessibilità di sterzata insufficiente: attrito elevato nelle svolte sul posto, minore flessibilità rispetto al differenziale a due ruote.
Buona stabilità: Il supporto a quattro punti riduce il ribaltamento causato da terreni irregolari ed è meno soggetto a ribaltamenti e derapate rispetto alle due ruote motrici, soprattutto in caso di pioggia.	Struttura complessa: Rispetto ai telai a doppia trazione, la struttura è relativamente complessa.
Potenza uniforme: Prestazioni affidabili in ambienti industriali e di trasporto.	Grave usura degli pneumatici: Quando si gira sul posto, l'attrito tra i pneumatici e il terreno è elevato, con conseguente grave usura dei pneumatici.

Applicazioni comuni della piattaforma robotica con trazione differenziale a quattro ruote:

Scenario	Descrizione
Robot da trasporto	Utilizzato per la movimentazione di materiali in officine o magazzini, scenari interni con requisiti di carico
Robot di ispezione industriale	Ispezioni di sottostazioni, fabbriche e magazzini
Robot di sicurezza del parco	Pattuglie di campus, pattuglie di parchi, ecc. La maggior parte utilizza la trazione integrale
Piattaforma di ricerca	Ricerca scientifica per la ricerca sugli algoritmi e sugli ambienti complessi

L'Ackman Piattaforma robotica Modello

Principio di funzionamento del telaio del robot Ackermann:

L'Apiattaforma robotica ckermann La struttura è simile a quella del telaio di un'automobile reale. La stabilità di sterzata è ottenuta sfruttando la differenza degli angoli di sterzata tra le ruote interne e quelle esterne, causata dalla disparità dei raggi di sterzata delle ruote destra e sinistra durante la sterzata delle ruote anteriori. Questo viene utilizzato per controllare la direzione del movimento del veicolo, mentre il sistema di trazione posteriore a due ruote viene utilizzato per controllare la velocità. Il telaio Ackermann prevede due modalità di combinazione: ruota anteriore sterzante + trazione posteriore o ruota anteriore sterzante + trazione integrale indipendente. La configurazione a quattro ruote indipendenti è più costosa. Il vantaggio del telaio Ackermann a quattro ruote motrici rispetto al telaio Ackermann a due ruote motrici è che offre prestazioni più stabili in condizioni di pioggia o neve, poiché ogni ruota ha la propria forza motrice, con conseguente migliore trazione e stabilità.

Vantaggi e svantaggi della piattaforma Ackermann

Vantaggi	Svantaggi
Simulazione realistica del veicolo: Ampiamente utilizzata nella ricerca sulla guida intelligente e sulla guida autonoma.	Ampio raggio di sterzata: Non adatto alla guida su strade strette.
Buona stabilità alle alte velocità: Più stabile dei differenziali alle alte velocità.	Struttura complessa: La struttura e il sistema di guida aumentano i costi di produzione e manutenzione.
Alta efficienza energetica: Riduce lo slittamento laterale del pneumatico, riducendo efficacemente il consumo di energia e l'usura delle ruote.	Mancanza di flessibilità: Rispetto alle due ruote motrici e alle quattro ruote motrici, il telaio Ackermann ha un ampio raggio di sterzata, non può girare sul posto e non può fare inversioni a U su strade strette.

Scenari di applicazione dei telai Ackermann

Scenari	Descrizione
Piattaforme per veicoli autonomi	Ampiamente utilizzato nei veicoli autonomi di prova per la pianificazione del percorso, la percezione e la verifica degli algoritmi di controllo.
Scenari agricoli	La maggior parte dei robot utilizzati per l'irrorazione delle colture nei terreni agricoli e per il trasporto dei frutti nei frutteti si basa sulla struttura del telaio Ackermann.
Robot di sicurezza e ispezione	I grandi parchi industriali, i porti e le autostrade richiedono ambienti di ispezione rapidi e a lunga distanza.

McNaughton Wtallone Piattaforma robotica

Principio di funzionamento

La ruota McNaughton è un tipo particolare di ruota composta da un mozzo e da rulli: il mozzo funge da supporto strutturale principale per l'intera ruota, mentre i rulli sono piccole ruote passive montate sul mozzo. Sul mercato, l'angolo tra l'asse del mozzo e l'asse di rotazione del rullo è generalmente classificato in tre tipi: 30 gradi, 45 gradi e 60 gradi. Il telaio richiede un allineamento parallelo o un'installazione accoppiata per essere utilizzato. Quando le quattro ruote vengono azionate a velocità e direzioni diverse, il robot può muoversi in qualsiasi direzione.

Direzione del movimento	Principio di attuazione	Diagramma di movimento
movimento laterale	Le ruote di destra e di sinistra girano in direzioni opposte, mentre le ruote anteriori e posteriori girano nella stessa direzione. Nota: "uguale davanti e dietro" non significa che la direzione di rotazione delle ruote sia esattamente la stessa a occhio nudo, ma piuttosto che il rapporto di combinazione delle due ruote anteriori sia uguale a quello delle due ruote posteriori. Per capire meglio, vedere il diagramma di sinistra: Prima fila: uno avanti + uno indietro Fila posteriore: anche uno avanti + uno indietro Lo "schema" delle file anteriori e posteriori è lo stesso, solo opposto a sinistra e a destra.
Muoversi in diagonale	Coordinando le quattro ruote con una certa differenza di velocità, è possibile ottenere un movimento diagonale in qualsiasi direzione e angolo.
Ruotare in posizione	Ruotando le ruote destra e sinistra in direzioni opposte e le ruote anteriori e posteriori in direzioni opposte, è possibile ottenere una rotazione in posizione.
Muoversi in avanti o indietro	Facendo girare le quattro ruote alla stessa velocità e nella stessa direzione, si può ottenere un movimento in avanti o indietro.

Vantaggi e svantaggi delle ruote McNaught

Vantaggi	Svantaggi
Movimento omnidirezionale: Può muoversi in avanti, indietro, lateralmente, in diagonale e girare sul posto senza cambiare la direzione del veicolo, consentendo movimenti complessi. Adatto per lavorare in spazi ristretti (come la movimentazione di materiali tra le linee di produzione nelle fabbriche).	Capacità di carico limitata: Il funzionamento prolungato con carichi elevati può accelerare l'usura della ruota, compromettendone la durata.
Elevata flessibilità: Può rispondere rapidamente ai comandi e adattarsi ad ambienti dinamici e complessi, regolando i percorsi in modo flessibile durante l'evitamento degli ostacoli.	Costo elevato: Il processo di produzione è molto complesso e coinvolge più motori e sistemi di controllo, il che aumenta i costi complessivi.
Buona stabilità: Quando si trasportano oggetti di valore o sensibili alla stabilità, riduce i movimenti del carico, garantendo la sicurezza del trasporto.	Requisiti elevati per le condizioni stradali: Il funzionamento richiede una superficie liscia con un attrito moderato; in caso contrario, potrebbe compromettere la precisione e la stabilità dei movimenti.
Nessuna struttura sterzante tradizionale: Lo sterzo è ottenuto grazie alla trazione a ruote indipendenti e alla regolazione dell'angolo, semplificando la struttura meccanica e riducendo i costi di manutenzione.	Elevata perdita di energia: L'interazione tra le ruote può comportare uno spreco di energia, con un'efficienza relativamente bassa e un'autonomia potenzialmente limitata.

Scenari applicativi della ruota McNaughton

Scenari	Descrizione
Operazioni specializzate	Ricognizione militare: Eseguire missioni di ricognizione su terreni complessi, migliorando la furtività e la mobilità grazie alle capacità di mobilità omnidirezionale.
Istruzione	Soccorso di emergenza: Accedere rapidamente a spazi ristretti in luoghi disastrati per operazioni di ricerca e salvataggio; la sua flessibilità aiuta a navigare su terreni e ostacoli complessi.
Robotica di servizio	Come piattaforma didattica, aiuta gli studenti a comprendere i principi di movimento dei robot e le tecnologie di controllo.
Logistica industriale	Robotica medica: Utilizzata negli ambienti ospedalieri per la somministrazione di farmaci, la sua mobilità omnidirezionale ne facilita l'adattamento a spazi ristretti come i corridoi degli ospedali e le stanze dei pazienti.

Sintesi: Grazie al suo movimento omnidirezionale e alla sua flessibilità, il telaio a ruote McNaughton è ampiamente utilizzato nella logistica industriale, nei robot di servizio, nelle operazioni speciali e in altri campi, soprattutto in scenari in cui lo spazio è limitato e sono richiesti movimenti di alta precisione.

Omnidirezionale Wtallone Chassis (Fnostro Wtacchi)

Vantaggi e svantaggi dei telai a ruote omnidirezionali:

Telaio a ruote omnidirezionali  vantaggi e svantaggi

Vantaggi	Svantaggi
Mobilità omnidirezionale: In grado di muoversi in qualsiasi direzione su una superficie piana, offre un'elevata flessibilità e si adatta a spazi ristretti e ambienti complessi.	Applicazione limitata: In scenari che richiedono una guida ad alta velocità o la navigazione su terreni accidentati, i telai omnidirezionali non sono la scelta ottimale.
Costo inferiore: Rispetto ad altri tipi di piattaforme mobili omnidirezionali, come le piattaforme a ruote Mecanum, le piattaforme omnidirezionali hanno una struttura relativamente semplice e in genere non richiedono complessi meccanismi di guida o motori multipli, con conseguente riduzione dei costi.	Controllo complesso: A causa dei complessi schemi di movimento, è necessario un controllo preciso dello sterzo e della direzione di ciascuna ruota per ottenere traiettorie di movimento precise.
Riduzione dell'usura dei pneumatici: Grazie all'esclusivo metodo di contatto tra i pneumatici e il terreno durante il rotolamento, l'attrito sui pneumatici è relativamente basso, prolungandone la durata.	Capacità di carico limitata: Non è adatto al trasporto di carichi pesanti; il sovraccarico può causare la deformazione del pneumatico, il danneggiamento del mozzo o l'instabilità del telaio.
Consumo energetico ridotto: Il movimento della ruota omnidirezionale è altamente efficiente, eliminando la necessità di energia aggiuntiva per superare l'attrito o la resistenza allo sterzo.	Scarsa stabilità laterale: Il movimento laterale è soggetto a slittamenti laterali dovuti a forze esterne.

Applicazioni di robot a ruote omnidirezionali:

Scenari	Descrizione
Settore della logistica industriale	Robot per la logistica di magazzino: Naviga in modo flessibile tra gli scaffali densi per ottenere un trasporto e un posizionamento precisi delle merci, migliorando l'efficienza del magazzino.
Settore dei robot umanoidi	Fornisce visite guidate e servizi interattivi in occasione di mostre ed eventi, oppure svolge funzioni di pulizia e compagnia in ambienti domestici.
Applicazioni in scenari speciali	Robot di pattugliamento per la sicurezza: Pattuglia in modo flessibile terreni complessi o passaggi stretti per migliorare l'efficienza della sicurezza.
Settore dei robot di servizio	Robot di servizio per ristoranti: Naviga tra i tavoli con capacità di evitare gli ostacoli, completando in modo efficiente le attività di consegna e raccolta dei pasti per migliorare l'esperienza di servizio.

Omnidirezionale Wtallone Chassis (Ttre Wtacchi)

La piattaforma mobile omnidirezionale a tre ruote ha un'eccellente mobilità e una struttura semplice. Le tre ruote sono distanziate di 120° l'una dall'altra e ogni ruota omnidirezionale è composta da diversi piccoli rulli, le cui generatrici formano un cerchio completo. Il robot può muoversi lungo la direzione tangente alla superficie della ruota o lungo l'asse della ruota, e la combinazione di questi due movimenti consente di muoversi in qualsiasi direzione all'interno di un piano. Rispetto a un sistema di controllo a due ruote differenziali, la soluzione a tre ruote omnidirezionali riduce il tempo necessario al robot per spostarsi tra più punti fissi. Il controllo differenziale a due ruote richiede la regolazione della postura del robot e le ruote omnidirezionali sul retro del telaio a due ruote possono influenzare la postura del robot, rendendo più difficile il controllo della stabilità del telaio. Il controllo omnidirezionale a tre ruote, invece, non richiede la considerazione di questi fattori.

Vantaggi e svantaggi delle tre ruote omnidirezionali

Vantaggi	Svantaggi
Mobilità omnidirezionale: Consente la traslazione e la rotazione in qualsiasi direzione su un piano senza la necessità di regolare la direzione prima del movimento.	Requisiti di precisione di controllo elevati: Per ottenere un movimento omnidirezionale fluido è necessario un controllo preciso della velocità e della direzione di ciascuna ruota, con requisiti elevati per i sensori e gli algoritmi di controllo.
Basso costo: Rispetto alle ruote omnidirezionali a quattro ruote o ai telai a ruote Mecanum, i telai omnidirezionali a tre ruote riducono il numero di motori e meccanismi di azionamento, abbassando così i costi dell'hardware.	Bassa efficienza energetica: La direzione di rotolamento delle ruote omnidirezionali è perpendicolare alla direzione di movimento del mozzo, il che fa sì che una parte della potenza venga deviata lateralmente, con una conseguente forza motrice relativamente bassa per gli spostamenti in linea retta.
Struttura semplice: Non sono necessari meccanismi di guida complessi e gli algoritmi sono relativamente semplici, per cui è più facile ottenere un controllo preciso del movimento.	Capacità di carico limitata: La struttura a tre ruote ha una distribuzione del carico relativamente dispersa, con conseguente capacità di carico complessiva inferiore a quella di un telaio a quattro ruote, limitando così la capacità di carico.
Minore efficienza energetica: Le ruote omnidirezionali hanno un attrito relativamente basso e l'usura dei pneumatici è relativamente uniforme, riducendo la perdita di energia.	Stabilità laterale insufficiente: Le ruote omnidirezionali sono soggette a slittare sotto l'effetto delle forze laterali, il che comporta una scarsa stabilità del telaio e le rende inadatte a operare su terreni accidentati o irregolari.

Scenari di applicazione del telaio omnidirezionale a tre ruote

Il telaio omnidirezionale a tre ruote, con la sua mobilità flessibile e la sua adattabilità, viene utilizzato in scenari che richiedono un'elevata efficienza nell'utilizzo dello spazio, precisione nei movimenti e flessibilità. Presenta vantaggi significativi in settori quali l'industria, gli interventi di emergenza, la ricerca scientifica e i servizi.

Scenari di applicazione	Descrizione
Soccorso di emergenza	Ricognizione di siti disastrati: Nei luoghi delle catastrofi, come terremoti e incendi, può navigare rapidamente in spazi ristretti, regolare in modo flessibile la propria posizione grazie alla mobilità omnidirezionale, trasmettere immagini e dati sul posto e fornire supporto alle operazioni di soccorso.
Campo della sicurezza	In terreni complessi o spazi chiusi, come parcheggi sotterranei e magazzini, è in grado di effettuare pattugliamenti a 360°, di rilevare tempestivamente le situazioni e di lanciare allarmi.
Robot di servizio sul campo	Assistenza medica: Nei reparti ospedalieri o nelle sale operatorie, può trasportare attrezzature mediche o farmaci, fornendo al personale sanitario un comodo supporto mobile.
Settore dell'automazione industriale	Movimentazione logistica e carico/scarico dei materiali: Nelle officine, il telaio omnidirezionale a tre ruote può muoversi con flessibilità in spazi ristretti, consentendo una gestione logistica precisa e un rapido carico/scarico dei materiali.

Piattaforma robotica 4WD-4WS

L'AGV è in grado di muoversi in linea retta, lateralmente, in curva e di evitare gli ostacoli grazie all'angolo e alla velocità delle quattro ruote sterzanti. La potenza del motore viene convertita direttamente in potenza motrice, mentre il meccanismo di sterzo è controllato da un motore separato, con il risultato di una struttura semplice e compatta. Gli AGV con struttura del telaio a quattro ruote sterzanti sono in grado di soddisfare contemporaneamente i requisiti di flessibilità degli spazi di lavoro ristretti e i requisiti di applicabilità delle complesse condizioni stradali delle officine.

Esistono tre tipi di ruote comunemente presenti sui telai a quattro ruote motrici presenti sul mercato. La tabella seguente fornisce un rapido confronto dei loro vantaggi e svantaggi.

Tipo	Immagine	Metodo di guida	Principio di funzionamento	Vantaggi	Svantaggi	Casi d'uso
Differenziale a quattro ruote motrici		Sterzo differenziale ruota sinistra-destra	Le ruote di destra e di sinistra hanno velocità diverse e possono essere azionate sia le ruote anteriori che quelle posteriori.	1. Struttura semplice 2. Facile manutenzione 3. Basso costo 4. Basso consumo energetico	1. Impossibile ruotare o spostarsi lateralmente sul posto 2. Dipende dagli algoritmi di controllo 3. Risposta lenta dello sterzo	Movimentazione industriale, ispezione di carichi leggeri, aree aperte
Volante orizzontale a trazione integrale		Servosterzo orizzontale	Le ruote anteriori e posteriori sono dotate di servocomandi orizzontali che consentono loro di ruotare sul posto e di spostarsi lateralmente.	1. Alta mobilità 2. Ruota in posizione, si sposta lateralmente 3. Adatto a spazi ristretti	1. Costo elevato 2. Struttura complessa 3. Elevati costi di manutenzione	Movimentazione logistica ad alta precisione, falciatrici da giardino, ispezione speciale
Volante verticale a trazione integrale		Servosterzo verticale	Le ruote anteriori e posteriori sono dotate di servi verticali, adatti a progetti piccoli e flessibili, con alcuni in grado di muoversi lateralmente.	1. Struttura compatta 2. Adatto a piccoli robot 3. Buona espandibilità	1. Algoritmi di controllo complessi 2. Capacità di carico limitata 3. Manovrabilità inferiore rispetto ai timoni orizzontali	Piccolo robot di ispezione, robot portatile per la falciatura del prato, piattaforma di lavoro leggera