Drehbare Rollen als Lauffläche

Das Mecanum-Rad wurde 1973 vom schwedischen Ingenieur Bengt Ilon Erland für die Firma Mecanum AB entwickelt. Es wird deshalb auch Ilon-Rad genannt. Seine Erfindung ermöglicht Fahrzeugen, die damit ausgestattet sind, omnidirektionale Fahrmanöver. Anders als bei konventionellen Rädern, gibt es beim Mecanum-Rad keine geschlossene Lauffläche. Stattdessen sind auf der Radfelge mehrere drehbar gelagerte tonnenförmige Rollen angebracht. Diese sind meist im Winkel von 45 Grad zur Achse des Rades befestigt und können sich frei um ihre eigene schräge Lagerachse drehen. Die genaue Form, Größe und Abstände der Rollen sind dabei so gewählt, dass das Rad eine durchgehende Abrollfläche erhält. Nur über diese Rollen hat das Mecanum-Rad Kontakt zum Boden.

Fahrerlose Transportsysteme
Fahrerlose Transportsysteme

Fahrerlose Transportsysteme (Bild: Imetron)

Kraftübertragung des Mecanum-Rades

Wenn sich ein Mecanum Rad dreht, entstehen zwei Kraftkomponenten: eine in die Drehrichtung des gesamten Rades, die zweite (bei der üblichen 45-Grad-Anordnung der Rollen) im rechten Winkel dazu. Daraus ergibt sich eine Bewegungsrichtung, die zwischen der Richtung der beiden Kraftkomponenten liegt – das Mecanum-Rad "möchte" also diagonal in einem 45-Grad-Winkel zur Achsrichtung fahren. Wegen der Beweglichkeit der Rollen besitzt es aber keine "Spurtreue" wie ein gewöhnliches Rad. Wenn weitere Kräfte hinzukommen, kann seine eigene Bewegungsrichtung ohne weiteres in jede beliebige Richtung abgelenkt werden.

Wenn ein Fahrzeug mit vier Mecanum-Rädern – wie zum Beispiel das "Mecanum" von Imetron – ausgestattet ist, sind die 45-Grad-Winkel der Rollenachsen jeweils um 90 Grad zueinander versetzt angeordnet. Jedes Rad würde von sich aus diagonal in eine bestimmte Ecke eines gedachten Rechtecks fahren. Wenn sich die Drehrichtung des Rades ändert, driftet es in die entgegengesetzte Richtung, also zur diagonal gegenüberliegenden Ecke.

Steuerung des Mecanum-Rades

Mit der Drehgeschwindigkeit wird die Stärke der "Zugkraft" des einzelnen Mecanum-Rades bestimmt. Nun kommt es darauf an, die Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit der einzelnen Räder so zu kombinieren, dass aus der Summe der Kräfte eine Bewegung des Fahrzeugs in die gewünschte Richtung entsteht. Gesteuert wird ganz einfach mit einem Joystick. Ein Computer im Fahrzeug berechnet, wie sich die einzelnen Mecanum-Räder drehen müssen, um diese Richtung mit der vorgegebenen Geschwindigkeit einzuschlagen.

Soll das Fahrzeug geradeaus fahren, dann müssen die Kraftvektoren der vorderen Räder nach vorne und nach innen wirken und die der hinteren nach vorne und nach außen. Tatsächlich drehen sich dabei alle Räder, wie bei einem konventionellen Fahrzeug, mit gleicher Geschwindigkeit nach vorn. Um seitlich nach rechts zu fahren, drehen die Mecanum-Räder vorne links und hinten rechts nach vorn, die beiden anderen Räder nach hinten, und alle mit der gleichen Geschwindigkeit. Für eine Fahrt im Kreis drehen alle Räder in dieselbe Richtung, die äußeren – vom Kreismittelpunkt aus gesehen – aber schneller als die inneren.

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