轮动奇迹会“跳舞”的麦克纳姆轮车

作者: 郝本利

你有没有见过一种神奇的汽车,它不用转弯就能横着走,还能斜着“飘移”?它就像一只灵活的螃蟹,拥有不可思议的移动方式。这可不是变魔术,而是因为它们安装了一种超级厉害的轮子——麦克纳姆轮。现在,就让我们一起走进淄博市博山中学的课堂,揭开它可以全向运动的秘密,亲手组装并操控一辆会“跳舞”的麦克纳姆轮车!

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同学们在观察麦克纳姆轮车的秘密

认识一下“全能选手”——麦克纳姆轮

麦克纳姆轮由一个轮毂(gǔ)和环绕轮毂的辊(gǔn)子组成。这些辊子被斜安装在轮毂边缘,通常与轮毂的轴线呈45度夹角。

相比于普通车轮只能向前或向后滚动,麦克纳姆轮的轮毂旋转时,辊子不仅能够沿着轮毂轴线滚动,还能在地面上产生侧向滑动力,使麦克纳姆轮进行横向滑动。通过精准控制4个麦克纳姆轮的旋转速度和方向,我们可以让搭载它们的车辆在不改变车体方向的前提下向任意方向移动。麦克纳姆轮通常分为互为镜像的两种类型,被称为A型轮和B型轮,将A型轮和B型轮对角安装,是让小车能灵活运动的关键。

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麦克纳姆轮车的8种运动方向

麦克纳姆轮的“梦幻舞步”

有了麦克纳姆轮,小车好像学会了一种神奇的“梦幻舞步”,可以轻松实现前进如风、后退自如、左右横移、斜向“飘移”。

那么,这些“梦幻舞步”是怎么实现的?其实,秘密就在于如何控制不同轮子的转动方向和转动速度!

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前进如风:4个麦克纳姆轮以相同的速度正转时,它们产生的合力使得小车向前移动
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后退自如:4个麦克纳姆轮以相同的速度翻转时,它们产生的合力使得小车向后移动
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左右横移:使小车同一侧的两个麦克纳姆轮以相反方向旋转,这样前后方的力就会抵消,而横向的力恰好是同一方向
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斜向“飘移”:使小车一组对角线上的两个麦克纳姆轮以相同的方向旋转,另外一组对角线上的两个麦克纳姆轮停止不转,实现斜向移动

麦克纳姆轮车

在哪些领域“发光”

在巨大的仓库里,麦克纳姆轮车让机器人能够在狭窄的货架之间灵活穿梭,高效地帮助工人搬运各种货物;摄像机平台可以利用麦克纳姆轮车实现灵活的移动和精准的定位,捕捉舞台上每一个精彩瞬间。科学家也在不断研究和开发利用搭载麦克纳姆轮的更先进的机器人,让它们在更多领域发挥作用。

刚刚,我们一起探索了神奇的麦克纳姆轮,揭开了它能够全方位移动的秘密。希望这次有趣的探索之旅,能在你的心中种下热爱科学、勇于创新的种子!

知识链接

用代码指挥小车“跳舞”

要使麦克纳姆轮车动起来,我们要用到编程这个强大的工具。麦克纳姆轮车上有4个轮子,每个轮子都由1个独立的电机驱动。我们可以通过编写代码来控制每个电机的转速和转动方向,从而控制轮子的运动。

在编程平台上,我们可以找到控制电机的积木块,设置电机的编号和转动的速度。速度为正数代表电机正向转动,负数代表反向转动,数值越大,电机转得越快。

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例如,若想要让小车前进,我们需要把4个电机的速度都设置为数值相同的正数,我们可以这样编写代码:

为了更方便地控制小车,我们可以把常用的动作,例如前进、后退,定义成一个个命令积木,就像给小车编排舞蹈动作一样,告诉它“前进舞步”还是“后退舞步”。

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新建:“前进”命令积木,添加“速度”参数

(责任编辑 / 王佳璇 美术编辑 / 周游)

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