Mecanum wheel

1.定义

麦克纳姆轮外形结构下图，瑞典麦克那姆公司发明的一种全方位移动轮式结构，由基于主体轮辋和一组均匀排布在轮毂周围的回转辊（gǔn）子组成，且辊子轴线与轮毂轴线呈一定角度(一般为 45°)，小辊子的母线是等速螺旋线或椭圆弧近似而成，当轮子绕着轮毂轴线转动时，周边各小辊子的外包络线为圆柱面，因此该轮可以连续地向前滚动。

由轮毂，辊子构成，部分含有减震环（或减震装置），轮毂轴线与辊子轴线成45度夹角。内部结构图如下

2.受力分析

麦克纳姆轮根据夹角45°，可以分为互为镜像关系的A轮和B轮。由速度的正向分解，A轮可以分解为轴向向左和向前的力。A轮辊子轴与轮毂轴夹角＋45°，B轮辊子轴与轮毂轴夹角-45°

3.轮子布局

实现万向轮需要满足（逆时针）‘ABAB’（X型布局）或‘BABA’（O型布局）的排列，即对角线相同


麦克纳姆轮的布局主要分为：
X-正方形（X-square）、X-长方形（X-rectangle）、O-正方形（O-square）、O-长方形（O-rectangle）
其中 X 和 O 表示的是与四个轮子地面接触的辊子所形成的图形；正方形与长方形指的是四个轮子与地面接触点所围成的形状

布局特点分析

X-正方形：当主轮在电机转矩的驱动下，主轮转动产生的力矩经摩擦力分解后，辊子分解力一部分垂直于辊子，一部分沿辊子轴线，这两部分摩擦力垂直方向的另辊子空转，浪费力，而沿着辊子轴线的力则可以起到驱动小车运动，因此在X-正方形中，红色箭头表示有效摩擦力，因此在水平方向的摩擦力会被抵消，而向前的摩擦力则驱动整个底盘向前运动。

当进行旋转运动时，发现无论摩擦力朝向怎么排布，摩擦力始终都会经过会经过同一个点，所以无法保证底盘可以绕中心旋转一定的角度，这很大程度限制了麦轮的活动特性，因此很少使用这种排布方式

X-长方形：轮子转动可以产生 yaw 轴转动力矩，但转动力矩的力臂一般会比较短。这种安装方式也不多见。

O-正方形：四个轮子位于正方形的四个顶点，平移和旋转都没有任何问题。受限于机器人底盘的形状、尺寸等因素，这种安装方式虽然理想，但可遇而不可求。

O-长方形：轮子转动可以产生 yaw 轴转动力矩，而且转动力矩的力臂也比较长。是最常见的安装方式

4.底盘设计

1.麦克纳姆轮尺寸

QMA系列全向轮是轻负载的45°全向轮。轮毂使用钢板冲压成型，坚固而轻便，每个小轮子内嵌两个轴承，滚动平稳顺滑。参数及链接如下

2.电机连接参考（较通用）

轮组与电机之间直接连接，连接法兰2固定在底盘上，电机通过端部的螺栓孔与连接法固定。电机输出轴与连接法兰之间通过轴承连接，末端与麦轮法兰连接，麦轮法兰与麦克纳姆轮固定。电机输出轴端部带有螺纹孔，在麦轮的另一端通过加挡片，用螺栓连接挡片和电机轴，以充当电机轴的轴向定位。

1-电机 2-连接法兰 3-连接螺钉 4-滚动轴承 5-麦轮法兰 6-挡片 7-固定螺钉 8-紧定螺钉

3.底盘设计参考（悬挂、避震器）

为保证在地面不平整或装配误差存在情况下，四个轮子能够同时着地，底盘整体结构为底盘前架为悬挂摇摆式，后架与底盘整体固定，从而前轮可以绕中心轴左右摆动，在任何情况下总可以保证四个轮子同时着地。

底盘由四组麦克纳姆轮、四个驱动电机、悬挂前车架、底盘固定支架、2525铝型材及部件固定件和连接件组成。悬挂前车架通过轴承座和中心轴连接到底盘底板上，并在前轮组两侧各放置两对弹簧阻尼器充当避震，以保持底盘搭载部件的稳定性。

为保护系统结构免受振动的损伤和提高越障能力，在底盘上安装弹簧避震器。弹簧避震器的作用是减少外界的震动或冲击对设备、控制元件等的影响，并凭借其材料、结构的特点，如弹簧器件，吸收外界的振动或冲击的能量，然后缓慢地释放，从而起到减震缓冲的作用。

为避免避震器局部受力而导致断裂，避震器与安装座之间均应留有缝隙

底盘支架采用碳纤板作为材料
碳纤板是一种由碳纤维、金属、陶瓷、树脂、等基体复合制成的结构材料
根据与碳纤维复合的材料种类不同，可以将碳纤维复合材料分为四类：金属基、陶瓷基、树脂基、混凝土基碳纤维复合材料，具有抗冲击性、拉伸强度高、抗震性、耐腐蚀性等良好性能

5.缺点

1.爬坡能力差，触地面积小
2.应用到汽车上，出现颠簸现象；轮毂停止但辊子没有立刻停止，溜车现象；油耗大，用于克服不必要的摩擦力

Reference

Mecanum wheel/Wikipedia

详谈麦克纳姆轮（一）/文古月居@挽风

详谈麦克纳姆轮（二）/文古月居@挽风

详谈麦克纳姆轮（三）/文古月居@挽风

【大疆机甲大师】麦克纳姆轮工作原理/文知乎@大疆机甲大师

[嵌入式] 有没有电机与麦克纳姆轮之间连接的详细的图解/文Robomaster

最后

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