En el campo de la robótica, el chasis es la piedra angular que determina su movilidad y adaptabilidad al entorno. Un chasis bien-no solo se adapta a terrenos complejos, sino que también es un requisito previo para un control preciso y aplicaciones avanzadas.
Tomando como ejemplo los chasis con orugas, un excelente diseño de chasis con orugas debe cumplir con tres principios básicos: adaptabilidad al terreno, estabilidad del movimiento y gran capacidad de expansión. Estos tres están interconectados y juntos constituyen el rendimiento general del chasis.
Varios chasis de orugas con sistemas de suspensión lanzados por Huaner han sido bien-recibidos por estudiantes, ingenieros y entusiastas de la robótica debido a su excelente rendimiento. Hoy, tomaremos el chasis con orugas Raptor de Huaner como ejemplo para analizar en profundidad los puntos clave de diseño de un excelente chasis con orugas desde la perspectiva tanto académica como de práctica de ingeniería.
Sistema de suspensión con resorte de torsión de alta-elasticidad Cuando un chasis se enfrenta a una suspensión de las ruedas o a una presión desigual del suelo, perderá tracción y estabilidad. La innovación de Raptor radica en su diseño patentado-el sistema de suspensión de resortes de torsión de alta-elasticidad. El núcleo de este sistema es un mecanismo de brazo oscilante con resorte de torsión-basado en acero al carbono de alta-elasticidad. Cuando una rueda encuentra un obstáculo y se levanta, el brazo oscilante fuerza al resorte de torsión a deformarse elásticamente. Este proceso trae tres ventajas principales:
Adaptación Pasiva: El sistema asegura pasivamente que todas las ruedas de la carretera estén en contacto con el suelo lo más simultáneamente posible, aumentando el área de contacto y mejorando la estabilidad, sin necesidad de sensores o controladores.
Almacenamiento y liberación de energía: el resorte de torsión absorbe la energía del impacto cuando se comprime y rebota suavemente cuando se suelta, absorbiendo y amortiguando eficazmente los impactos del suelo y protegiendo los sensores de precisión montados en la parte superior, como LiDAR, cámaras de profundidad y el controlador principal.
Mantenimiento de la tracción: en terrenos accidentados, mantener varias ruedas en contacto con el suelo en todo momento significa que la potencia puede actuar de forma continua y efectiva sobre el suelo, evitando deslizamientos y pérdidas de potencia debido a la suspensión.
Este diseño transforma el chasis Raptor de una estructura rígida a un sistema flexible que puede "detectar" y "adaptarse" al terreno, ampliando enormemente su transitabilidad en entornos de carreteras difíciles.
Operación diferencial y control preciso: El Raptor utiliza una estructura de transmisión diferencial clásica. Las dos pistas son impulsadas por motores codificadores independientes de alta-precisión, formando un sistema de control de bucle cerrado-. El controlador puede conocer la velocidad y el ángulo exactos del motor en tiempo real, compensando así situaciones anormales como el deslizamiento. El movimiento hacia adelante, hacia atrás y los giros en cualquier radio se logran controlando la diferencia de velocidad entre las dos pistas.
Para evitar resbalones, Raptor utiliza orugas de nailon antideslizantes con un diseño dentado que se agarra eficazmente al suelo, proporcionando mayor tracción. El diseño de malla de las ruedas motrices y las orugas del chasis garantiza una transmisión de potencia eficiente y evita el descarrilamiento. Las ruedas de carretera con cojinetes reducen en gran medida la resistencia a la marcha, lo que garantiza una transmisión suave de la potencia al suelo.
Potenciando aplicaciones avanzadas
Un chasis excelente no es sólo una plataforma móvil sino también una plataforma para sensores e inteligencia. El diseño del Raptor tiene esto en cuenta plenamente.
Puede llevar accesorios de extensión como LiDAR, cámaras de profundidad y brazos robóticos. Sus características estables y-resistentes a los golpes proporcionan una base de adquisición de datos de alta-calidad para cámaras LiDAR y de profundidad, lo cual es un requisito previo para el mapeo de alta-precisión y la evitación dinámica de obstáculos. La información precisa del odómetro proporcionada por codificadores de alta-precisión y un chasis robusto permiten que el vehículo reduzca los errores acumulados y logre una detección de bucle cerrado-en el mapeo y la navegación SLAM.
Debido a que Raptor logra un buen equilibrio entre estabilidad, precisión y adaptabilidad, se usa ampliamente en los robots de Huaner, como el robot rastreado MentorPi-T1 y el robot híbrido LanderPi-T1, lo que proporciona una plataforma móvil confiable y potente para el aprendizaje de ROS2, el desarrollo de aplicaciones de IA y la investigación de inteligencia incorporada de alto-nivel.
En resumen, diseñar un buen chasis con orugas es un proyecto de ingeniería de sistemas, mucho más que simplemente ensamblar piezas. Requiere no solo un control diferencial preciso y componentes de transmisión antideslizantes y de alta-rigidez, sino también un sistema de suspensión para hacer frente a terrenos complejos y una profunda integración con sensores de nivel superior-y algoritmos inteligentes para liberar todo su potencial.
