Durante o desenvolvimento de robôs, uma das considerações mais críticas é a seleção do plataforma robotizadaO chassis é frequentemente o elemento fundamental que determina o desempenho global e os cenários de aplicação do robô. Atualmente, os tipos de chassis comuns no mercado são classificados por configuração de acionamento, incluindo 2 rodas motrizes, Tração às 4 rodas, Chassis AckermannO chassis é composto por um chassis de tração, uma plataforma robótica 4WD-4WS e um chassis de lagartas. Os diferentes tipos de chassis oferecem vantagens distintas em termos de desempenho, capacidade de carga, capacidade de transposição de obstáculos, raio de viragem, capacidade de carga de controlo e custo. A seleção do chassis de robô adequado é crucial durante as fases iniciais de um projeto de robótica, uma vez que tem um impacto direto no custo global do projeto e nos resultados da comercialização. Este artigo apresenta vários tipos de chassis de robôs comuns e orienta os leitores na seleção da opção mais adequada para o seu projeto específico através de uma análise comparativa.
Rápido Ovisão geral de Mmóvel Robot Plataforma Classificação Bcom base em Ddiferente Drebitar Ttipos
| Modelo de chassis | Tipo de acionamento | Casos de utilização |
| Diferencial de duas rodas | Tração a duas rodas | AGV de interior |
| Diferencial de quatro rodas | Tração independente às quatro rodas | Veículo não tripulado para terrenos complexos |
| Modelo de Ackermann | Direção dianteira + tração traseira | Veículo não tripulado de exterior |
| Roda McNaughton | Tração omnidirecional às quatro rodas | Robô omnidirecional de baixa velocidade e curta distância |
| Quatro rodas omnidireccionais | Tração omnidirecional às quatro rodas | Veículo de logística de armazém, roda de acompanhamento |
| Três rodas omnidireccionais | Tração omnidirecional de três rodas | Veículo de logística de armazém, roda de acompanhamento |
| Quatro volantes | Tração independente às quatro rodas + direção independente | Excelente transitabilidade e capacidade off-road |
| Volantes duplos | Tração independente a duas rodas + direção | AGV de carga média |
| Volante único | Volante único | Trator, empilhador |
| Seguido | Tração a duas rodas | Veículo todo-o-terreno |
Dois...Wcalcanhar Differencial Plataforma do robô
Princípio de funcionamento do diferencial de duas rodas:
O chassis de robô com tração às duas rodas (abreviado como 2WD) apresenta um chassis com diferencial de duas rodas com duas rodas motrizes localizadas em cada lado do chassis. A velocidade de cada roda é controlada de forma independente, permitindo o controlo da direção do chassis através da definição de velocidades diferentes para cada roda. Normalmente, o chassis está equipado com um ou dois rodízios de apoio auxiliares. Quando ambas as rodas motrizes se movem à mesma velocidade, o robô move-se em linha reta. Quando as velocidades das duas rodas diferem, o robô roda em torno de um ponto central, conseguindo assim a direção. Assim, o chassis do robô 2WD realiza várias curvas e manobras de direção, controlando a diferença de velocidade entre as duas rodas motrizes.
Vantagens e desvantagens dos robots diferenciais de duas rodas:
| Vantagens | Desvantagens |
| Vantagem em termos de custos, relativamente barato em comparação com outros chassis | Capacidade limitada de transposição de obstáculos, não adequada para terrenos exteriores complexos |
| Baixos custos de manutenção devido ao menor número de peças e à facilidade de instalação e manutenção | Capacidade de carga limitada, adequada para robôs ligeiros |
| Tecnologia madura, solução de acionamento madura, baixos custos de fabrico | Direção de movimento limitada, incapaz de se mover em todas as direcções |
| Direção flexível, capaz de rodar no local, adequada para terrenos interiores complexos | Fraca estabilidade, fraco desempenho em aplicações de alta velocidade |
Aplicações do diferencial de duas rodas:
| Cenário | Descrição |
| Educação e investigação científica | Vários laboratórios e universidades adquirem sistemas de tração diferencial de duas rodas como plataformas de investigação e ensino porque os chassis de duas rodas são de baixo custo e fáceis de integrar com sensores para investigação de navegação e planeamento de trajectórias. |
| Robôs de limpeza | Os robôs aspiradores domésticos e comerciais também utilizam chassis com tração dupla, baseando-se em viragens no local e movimentos flexíveis para cobrir mais áreas de limpeza. |
| Robôs de serviço | Os robots de orientação em centros comerciais e os robots de entrega em restaurantes são todos fabricados com chassis de tração diferencial, o que lhes permite moverem-se de forma flexível entre multidões e mesas. |
| Robôs de entrega em interiores | Nas escolas, hospitais e escritórios, a maioria dos robôs de entrega de encomendas é fabricada com chassis de duas rodas motrizes. |
Quatro-Wcalcanhar Differencial Chassis do robô
Princípio de funcionamento do diferencial de quatro rodas:
Chassis de robô com tração às quatro rodas (abreviado como 4WD), os chassis com tração às quatro rodas têm normalmente quatro motores independentes, sendo que cada roda pode ser controlada de forma independente. A fonte de potência de direção é gerada pela diferença esquerda-direita dos motores. Após a saída da potência dos motores, esta passa por um redutor e é finalmente transmitida aos eixos dianteiro e traseiro do lado esquerdo e direito antes de chegar às rodas. Quando as quatro rodas são acionadas em sincronia, todas as rodas mantêm o mesmo ângulo de viragem e o chassis mantém a trajetória em linha reta. Quando as velocidades dos lados esquerdo e direito do veículo são diferentes, a direção é obtida através da diferença de velocidade entre os dois lados.
Vantagens e desvantagens dos robots com diferencial de quatro rodas chassis:
| Vantagens | Desvantagens |
| Grande capacidade de carga: As quatro rodas motrizes partilham o peso, suportando uma maior carga em comparação com a tração às duas rodas. | Elevada eficiência energética: O acionamento por quatro motores requer uma elevada duração da bateria. |
| Boa transitabilidade: Adequado para superfícies interiores e exteriores relativamente planas, tais como declives e portas baixas. | Flexibilidade de direção insuficiente: fricção elevada ao virar no local, menos flexível do que o diferencial de duas rodas. |
| Boa estabilidade: O apoio de quatro pontos reduz a inclinação causada por terrenos irregulares e é menos propenso a capotamentos e derrapagens em comparação com a tração às duas rodas, especialmente em tempo de chuva. | Estrutura complexa: Em comparação com o chassis de tração dupla, a estrutura é relativamente complexa. |
| Potência uniforme: Desempenho fiável em ambientes industriais e de transporte. | Desgaste acentuado dos pneus: Ao virar no local, o atrito entre os pneus e o solo é elevado, resultando num desgaste grave dos pneus. |
Aplicações comuns da plataforma de robots com tração diferencial às quatro rodas:
| Cenário | Descrição |
| Robô de transporte | Utilizado para a movimentação de materiais em oficinas ou armazéns, cenários interiores com requisitos de carga |
| Robô de inspeção industrial | Inspecções de subestações, fábricas e armazéns |
| Robô de segurança do parque | Patrulhas de campus, patrulhas de parques, etc. A maioria utiliza tração às quatro rodas |
| Plataforma de investigação | Investigação científica para a investigação de algoritmos e investigação de ambientes complexos |
O Ackman Plataforma do robô Modelo
Princípio de funcionamento do chassis do robô Ackermann:
O Aplataforma robotizada ckermann A estrutura do chassis é semelhante à de um chassis de automóvel real. Consegue uma viragem estável utilizando a diferença nos ângulos de viragem entre as rodas interior e exterior causada pela disparidade nos raios de viragem das rodas esquerda e direita durante a direção das rodas dianteiras. Esta é utilizada para controlar a direção do movimento do veículo, enquanto o sistema de tração traseira de duas rodas é utilizado para controlar a velocidade. O chassis Ackermann tem dois modos de combinação: direção dianteira + tração traseira ou direção dianteira + tração independente às quatro rodas. A configuração com tração independente às quatro rodas é mais cara. A vantagem do chassis Ackermann com tração às quatro rodas em relação ao chassis Ackermann com tração às duas rodas é que proporciona um desempenho mais estável em condições de chuva ou neve, uma vez que cada roda tem a sua própria força motriz, o que resulta numa melhor tração e estabilidade.
Vantagens e desvantagens da plataforma Ackermann
| Vantagens | Desvantagens |
| Simulação realista de veículos: Amplamente utilizado na investigação sobre condução inteligente e condução autónoma. | Grande raio de viragem: Não é adequado para conduzir em estradas estreitas. |
| Boa estabilidade a alta velocidade: Mais estável do que as engrenagens diferenciais a altas velocidades. | Estrutura complexa: A estrutura e o sistema de direção aumentam os custos de fabrico e manutenção. |
| Elevada eficiência energética: Reduz o deslizamento lateral dos pneus, diminuindo efetivamente o consumo de energia e o desgaste das rodas. | Falta de flexibilidade: Em comparação com a tração às duas rodas e a tração às quatro rodas, o chassis Ackermann tem um grande raio de viragem, não pode virar no local e não pode fazer inversões de marcha em estradas estreitas. |
Cenários de aplicação do chassis Ackermann
| Cenários | Descrição |
| Plataformas de veículos autónomos | Amplamente utilizado em veículos de teste autónomos para planeamento de trajectórias, perceção e verificação de algoritmos de controlo |
| Cenários agrícolas | A maioria dos robôs utilizados para a pulverização de culturas em terrenos agrícolas e para o transporte de frutos em pomares baseia-se na estrutura de chassis Ackermann |
| Robôs de segurança e inspeção | Os grandes parques industriais, portos e auto-estradas exigem ambientes de inspeção rápida a longa distância |
McNaughton Wcalcanhar Plataforma do robô
Princípio de funcionamento
A roda McNaughton é um tipo especial de roda constituído por um cubo e rolos: o cubo serve de suporte estrutural principal para toda a roda, enquanto os rolos são pequenas rodas passivas montadas no cubo. No mercado, o ângulo entre o eixo do cubo e o eixo de rotação do rolo é geralmente classificado em três tipos: 30 graus, 45 graus e 60 graus. O chassis requer um alinhamento paralelo ou uma instalação emparelhada para ser utilizado. Quando as quatro rodas são acionadas a velocidades e direcções diferentes, o robô pode movimentar-se em qualquer direção.
| Direção do movimento | Princípio de aplicação | Diagrama de movimento |
| movimento lateral | As rodas do lado esquerdo e do lado direito rodam em direcções opostas, enquanto as rodas da frente e de trás rodam na mesma direção. Nota: "Igual à frente e atrás" não significa que o sentido de rotação das rodas seja exatamente o mesmo a olho nu, mas sim que a relação de combinação das duas rodas da frente é a mesma que a relação de combinação das duas rodas de trás. Ver o diagrama à esquerda para compreender: Fila da frente: um para a frente + um para trás Fila de trás: também uma para a frente + uma para trás O "padrão" das filas da frente e de trás é o mesmo, apenas oposto à esquerda e à direita. |  |
| Mover na diagonal | Ao coordenar as quatro rodas com uma certa diferença de velocidade, é possível obter um movimento diagonal em qualquer direção e ângulo. | |
| Rodar no local | Ao rodar as rodas esquerda e direita em direcções opostas e as rodas dianteira e traseira em direcções opostas, é possível obter uma rotação no local. | |
| Avançar ou recuar | Ao rodar as quatro rodas à mesma velocidade e na mesma direção, é possível avançar ou recuar. |
Vantagens e desvantagens das rodas McNaught
| Vantagens | Desvantagens |
| Movimento omnidirecional: Pode mover-se para a frente, para trás, para os lados, na diagonal e rodar no local sem mudar a direção do veículo, permitindo movimentos complexos. Adequado para trabalhar em espaços estreitos (como o manuseamento de materiais entre linhas de produção em fábricas). | Capacidade de carga limitada: O funcionamento prolongado sob cargas elevadas pode acelerar o desgaste da roda, afectando assim a sua vida útil |
| Elevada flexibilidade: É capaz de responder rapidamente a comandos e de se adaptar a ambientes dinâmicos e complexos, ajustando as trajectórias de forma flexível durante o desvio de obstáculos. | Custo elevado: O processo de fabrico é altamente complexo, envolvendo vários motores e sistemas de controlo, o que aumenta os custos globais |
| Boa estabilidade: Ao transportar artigos valiosos ou sensíveis à estabilidade, reduz o movimento da carga, garantindo a segurança do transporte. | Elevados requisitos em termos de condições da estrada: O funcionamento requer uma superfície lisa com fricção moderada; caso contrário, pode afetar a precisão e a estabilidade do movimento |
| Sem estrutura de direção tradicional: A direção é conseguida através da condução independente das rodas e do ajuste do ângulo, simplificando a estrutura mecânica e reduzindo os custos de manutenção. | Elevada perda de energia: A interação entre as rodas pode resultar em desperdício de energia, conduzindo a uma eficiência relativamente baixa e a uma autonomia potencialmente limitada |
Cenários de aplicação da roda McNaughton
| Cenários | Descrição |
| Operações especializadas | Reconhecimento militar: Realizar missões de reconhecimento em terrenos complexos, melhorando a invisibilidade e a mobilidade através de capacidades de mobilidade omnidirecional |
| Educação | Salvamento de emergência: Entrar rapidamente em espaços estreitos em locais de catástrofe para operações de busca e salvamento; a sua flexibilidade ajuda a navegar em terrenos e obstáculos complexos |
| Robótica de serviço | Enquanto plataforma educativa, ajuda os estudantes a compreender os princípios de movimento dos robôs e as tecnologias de controlo |
| Logística industrial | Robótica médica: Utilizada em ambientes hospitalares para a distribuição de medicamentos, a sua mobilidade omnidirecional facilita a adaptação a espaços estreitos, como corredores de hospitais e quartos de doentes |
Resumo: Graças ao seu movimento omnidirecional e à sua flexibilidade, o chassis de rodas McNaughton é amplamente utilizado na logística industrial, nos robôs de serviço, nas operações especiais e noutros domínios, especialmente em cenários em que o espaço é limitado e é necessário um movimento de alta precisão.
Omnidirecional Wcalcanhar Chassis (Fnosso Wsaltos)
Vantagens e desvantagens do chassis de rodas omnidirecional:
Chassis de roda omnidirecional vantagens e desvantagens
| Vantagens | Desvantagens |
| Mobilidade omnidirecional: Capaz de se mover em qualquer direção numa superfície plana, oferecendo elevada flexibilidade e adequação a espaços estreitos e ambientes complexos | Aplicabilidade limitada: Em cenários que exigem condução a alta velocidade ou navegação em terrenos acidentados, os chassis omnidireccionais não são a escolha ideal. |
| Custo mais baixo: Em comparação com outros tipos de plataformas móveis omnidireccionais, como as plataformas de rodas Mecanum, as plataformas omnidireccionais têm uma estrutura relativamente simples e, normalmente, não requerem mecanismos de direção complexos ou motores múltiplos, o que resulta em custos mais baixos | Controlo complexo: Devido aos seus padrões de movimento complexos, é necessário um controlo preciso da direção de cada roda para obter trajectórias de movimento precisas. |
| Redução do desgaste dos pneus: Devido ao método de contacto único entre os pneus e o solo durante o rolamento, a fricção nos pneus é relativamente baixa, prolongando a sua vida útil. | Capacidade de carga limitada: Não é adequado para suportar cargas pesadas; a sobrecarga pode provocar a deformação dos pneus, danos nos cubos ou instabilidade do chassis. |
| Consumo de energia reduzido: O movimento da roda omnidirecional é altamente eficiente, eliminando a necessidade de energia adicional para superar o atrito significativo ou a resistência da direção. | Fraca estabilidade lateral: O movimento lateral é suscetível de deslizamento lateral devido a forças externas. |
Aplicações de robôs com rodas omnidireccionais:
| Cenários | Descrição |
| Setor da logística industrial | Robô de logística de armazém: Navega de forma flexível entre prateleiras densas para conseguir um transporte e posicionamento precisos das mercadorias, melhorando a eficiência do armazém. |
| Setor dos robôs humanóides | Oferece visitas guiadas e serviços interactivos em exposições e eventos, ou desempenha funções de limpeza e de companhia em casa. |
| Aplicações em cenários especiais | Robô de patrulha de segurança: Patrulha de forma flexível terrenos complexos ou passagens estreitas para melhorar a eficiência da segurança. |
| Setor dos robôs de serviço | Robô de serviço de restaurante: Navega entre mesas com capacidade de evitar obstáculos, completando eficazmente as tarefas de entrega e recolha de refeições para melhorar a experiência de serviço |
Omnidirecional Wcalcanhar Chassis (Ttrês Wsaltos)
A plataforma móvel omnidirecional de três rodas tem uma excelente mobilidade e uma estrutura simples. As suas três rodas estão espaçadas a 120° e cada roda omnidirecional é constituída por vários pequenos rolos, com as geratrizes de cada rolo a formar um círculo completo. O robô pode mover-se ao longo da direção tangente da superfície da roda ou ao longo do eixo da roda, e a combinação destes dois movimentos permite o movimento em qualquer direção dentro de um plano. Em comparação com um sistema de controlo de tração diferencial de duas rodas, a solução de tração omnidirecional de três rodas reduz o tempo necessário para o robô se deslocar entre vários pontos fixos. O controlo diferencial de duas rodas requer o ajuste prévio da postura do robô, e as rodas omnidireccionais na traseira do chassis de duas rodas podem afetar a postura do robô, tornando o controlo da estabilidade do chassis mais difícil. Em contrapartida, o controlo omnidirecional de três rodas não requer a consideração destes factores.
Vantagens e desvantagens das rodas omnidireccionais de três rodas
| Vantagens | Desvantagens |
| Mobilidade omnidirecional: Permite a translação e rotação em qualquer direção num plano sem necessidade de ajustar a direção antes de se mover | Elevados requisitos de precisão de controlo: É necessário um controlo preciso da velocidade e da direção de cada roda para conseguir um movimento omnidirecional suave, o que exige muito dos sensores e dos algoritmos de controlo |
| Baixo custo: Em comparação com as rodas omnidireccionais de quatro rodas ou com o chassis de rodas Mecanum, o chassis omnidirecional de três rodas reduz o número de motores e mecanismos de acionamento, diminuindo assim os custos de hardware | Baixa eficiência energética: A direção de rolamento das rodas omnidireccionais é perpendicular à direção do movimento do cubo, o que faz com que alguma potência seja desviada lateralmente, resultando numa força motriz relativamente baixa para deslocações em linha reta |
| Estrutura simples: Não são necessários mecanismos de direção complexos e os algoritmos são relativamente simples, o que facilita o controlo preciso dos movimentos | Capacidade de carga limitada: A estrutura de três rodas tem uma distribuição de carga relativamente dispersa, resultando numa capacidade de carga global inferior à de um chassis de quatro rodas, limitando assim a capacidade de carga. |
| Menor eficiência energética: As rodas omnidireccionais têm um atrito relativamente baixo e o desgaste dos pneus é relativamente uniforme, reduzindo a perda de energia | Estabilidade lateral insuficiente: As rodas omnidireccionais são propensas a escorregar sob forças laterais, o que leva a uma fraca estabilidade do chassis e as torna inadequadas para funcionamento em terrenos acidentados ou irregulares. |
Cenários de aplicação do chassis omnidirecional de três rodas
O chassis omnidirecional de três rodas, com a sua mobilidade flexível e adaptabilidade, é utilizado em cenários que exigem uma elevada eficiência de utilização do espaço, precisão de movimentos e flexibilidade. Apresenta vantagens significativas em sectores como a indústria, a resposta a emergências, a investigação científica e os serviços.
| Cenários de aplicação | Descrição |
| Salvamento de emergência | Reconhecimento de locais de catástrofe: Em locais de catástrofe, como terramotos e incêndios, pode navegar rapidamente em espaços estreitos, ajustar a sua postura de forma flexível através da mobilidade omnidirecional, transmitir imagens e dados no local e prestar apoio a operações de salvamento. |
| Domínio da segurança | Em terrenos complexos ou espaços fechados, como parques de estacionamento subterrâneos e armazéns, pode efetuar patrulhas de 360°, detetar prontamente situações e emitir alarmes. |
| Campo do robô de serviço | Assistência médica: Em enfermarias de hospitais ou salas de operações, pode transportar equipamento médico ou medicamentos, proporcionando ao pessoal de saúde um apoio móvel conveniente. |
| Domínio da automatização industrial | Manuseamento logístico e carga/descarga de material: Nas oficinas das fábricas, o chassis omnidirecional de três rodas pode manobrar de forma flexível em espaços estreitos, permitindo um manuseamento logístico preciso e uma rápida carga/descarga de material do equipamento. |
Plataforma do robô 4WD-4WS
O AGV consegue deslocar-se em linha reta, deslocar-se lateralmente, virar e evitar obstáculos através do ângulo e da velocidade das quatro rodas de direção. A potência do motor é convertida diretamente em potência de condução, enquanto o mecanismo de direção é controlado por um motor separado, resultando numa estrutura simples e compacta. Os AGVs com uma estrutura de chassis de quatro rodas direcionais podem satisfazer simultaneamente os requisitos de flexibilidade de espaços de trabalho estreitos e os requisitos de aplicabilidade de condições de estrada complexas em oficinas.
Existem três tipos de rodas habitualmente encontrados nos chassis com tração às quatro rodas no mercado. O quadro seguinte apresenta uma comparação rápida das suas vantagens e desvantagens.
| Tipo | Imagem | Método de direção | Princípio de funcionamento | Vantagens | Desvantagens | Casos de utilização |
| Diferencial de tração às quatro rodas |  | Direção diferencial da roda esquerda-direita | As rodas esquerda e direita têm velocidades diferentes e tanto as rodas dianteiras como as traseiras podem ser acionadas. | 1. Estrutura simples 2. Manutenção fácil 3. Baixo custo 4. Baixo consumo de energia | 1. Incapacidade de rodar ou de se deslocar lateralmente no local 2. Dependente dos algoritmos de controlo 3. Resposta lenta da direção | Manuseamento industrial, inspeção de cargas ligeiras, áreas abertas |
| Volante horizontal com tração às quatro rodas |  | Direção servo horizontal | As rodas dianteiras e traseiras estão equipadas com servos horizontais, o que lhes permite rodar no lugar e deslocar-se lateralmente. | 1. Mobilidade elevada 2. Roda no lugar, move-se lateralmente 3. Adequado para espaços estreitos | 1. Custo elevado 2. Estrutura complexa 3. Custo de manutenção elevado | Manuseamento logístico de alta precisão, cortadores de relva, inspeção especial |
| Volante vertical com tração às quatro rodas |  | Direção servo vertical | As rodas dianteiras e traseiras estão equipadas com servos verticais, adequados para projectos pequenos e flexíveis, com alguns capazes de movimento lateral. | 1. Estrutura compacta 2. Adequado para pequenos robots 3. Boa capacidade de expansão | 1. Algoritmos de controlo complexos 2. Capacidade de carga limitada 3. Menor capacidade de manobra do que os lemes horizontais | Pequeno robô de inspeção, robô de corte de relva portátil, plataforma de trabalho ligeira |
DVolantes uais Plataforma do robô
O chassis é composto por duas rodas motrizes e uma ou mais rodas de arrasto, e é normalmente utilizado em AGVs de carga média. O design da estrutura do chassis com duas rodas direcionais permite uma rotação de 360° e um movimento lateral omnidirecional, oferecendo uma elevada flexibilidade e precisão de funcionamento.
Single Rúbere Wcalcanhar Chassis do robô
A estrutura de tração de volante único é constituída por 1 volante e 2 rodas direcionais e é muito utilizada nos empilhadores. Esta estrutura pode adaptar-se diretamente a várias condições do solo, assegurando que o volante de acionamento permanece sempre em contacto com o solo. Dependendo da distribuição do centro de gravidade do veículo, o volante suporta normalmente cerca de 50% do peso próprio do veículo, o que resulta numa forte tração. A estrutura do volante único é simples e económica. Uma vez que se trata de um sistema de tração de uma só roda, não é necessário considerar questões de compatibilidade do motor, tornando-o adequado para uma vasta gama de ambientes e aplicações.
Tempilhado Chassis
Os chassis de lagartas dividem-se em duas grandes categorias de produtos: chassis de lagartas de aço e chassis de lagartas de borracha. Os chassis de aço têm uma capacidade de carga que varia entre 2 toneladas e 120 toneladas, enquanto os chassis de borracha têm uma capacidade de carga que varia entre 0,5 toneladas e 12 toneladas.
