メカナムホイール

メカナムホイールは、陸上車両があらゆる方向に移動できるように設計された全方向ホイールです。発明者のベングト・エルランド・イロン（1923年 - 2008年）^{[1]にちなんで、}スウェーデンホイールまたはイロンホイールと呼ばれることもあります。イロンは、スウェーデンの会社メカナムABでエンジニアとして働いていたときにこのコンセプトを考案し、1972年11月13日に米国で特許を取得しました。 ^[2]

これは、車輪に対して 45 度の角度で設置された一連のゴム製の外部ローラーで構成されています。各車輪は独立して駆動され、移動方向は各車輪が他の車輪に対して駆動される方向の相互作用によって決まります。

用途としては、非常に狭い範囲での操縦を必要とするフォークリフト、自律型ロボット、車椅子などが挙げられます。

メカナムホイールはタイヤのない車輪の一種で、リムの全周に斜めに取り付けられた一連のゴム製の外部ローラーを備えています。これらのローラーは通常、ホイール面に対して45°、車軸線に対して45°の回転軸を持っています。^[3]各メカナムホイールは独自のパワートレインを備えた独立した非操舵駆動輪であり、回転するとローラー車軸に対して垂直な推進力を生み出し、車両に対して縦方向と横方向の成分に 方向付けることができます。

典型的なメカナム設計は、左巻きと右巻きのローラーが交互に配置された 4 輪構成で、ホイール上部の車軸は車両フレームの対角線と平行です(したがって、ホイールの下部が地面に接触する場所では対角線に対して垂直になります)。このようにして、各ホイールは対応するフレームの対角線とほぼ平行な推力を生成します。各ホイールの回転速度と方向を変えることで、各ホイールからの力のベクトルの合計によって車両の直線運動と回転の両方が生成され、最小限のスペースで車両を操縦できるようになります。例:

• 4 つの車輪すべてを同じ方向に同じ速度で動かすと、縦方向の力のベクトルは加算されますが、横方向のベクトルは互いに打ち消し合うため、前進/後進の動きが生じます。
• 片側の両車輪を一方向に、もう片側の車輪を反対方向に（すべて同じ速度で）走行させると、横方向のベクトルは打ち消し合いますが、縦方向のベクトルが結合して、車両の中心垂直軸の周りにトルクが生成されるため、車両は静止回転します。
• 対角の車輪を一方向に（すべて同じ速度で）動かし、もう一方の対角の車輪を反対方向に動かすと、横方向のベクトルは加算されますが、縦方向のベクトルは打ち消されるため、横方向の動きが生じます。

差動ホイールの動きを組み合わせることで、ほぼあらゆる方向、あらゆる回転での車両の動きが可能になります。

米海軍は1980年代にアイロンから特許を購入し、フロリダ州パナマシティで研究者に研究を依頼した。米海軍はこれを船の周りで荷物を運ぶのに利用した。1997年、エアトラックス社と他の数社が、航空母艦の甲板のような狭い場所でも操縦できる全方向フォークリフトを製造するために、モーターとコントローラーの動作を示す古い図面を含む技術の権利に対して米海軍にそれぞれ2,500ドルを支払った。これらの車両は現在生産されている。^[要出典]

無限軌道車両とスキッドステア車両は、旋回に同様の方法を使用します。ただし、これらの車両は旋回中に地面を引きずることが多く、柔らかい表面や脆い表面にかなりの損傷を与える可能性があります。また、旋回中に地面との摩擦が大きいため、摩擦を克服するために高トルクのエンジンが必要です。これと比較して、メカナムホイールの設計では、地面との摩擦を最小限に抑え、低トルクでその場で回転できます。^{[引用が必要]}

FIRST Tech ChallengeやVEX Roboticsなどの青少年ロボット競技会では、参加チームがメカナムホイールを使用することが多い。メカナム設計による全方向移動により、競技場の構成が設計に適している場合、ロボットは競技の目標に取り組んだり地形を移動したりするための機動性と柔軟性をさらに高めることができる。多くのチームがNexusやGoBildaなどのサプライヤーからメカナムホイールを採用したり、独自に製造したりしている。^[4]

CMU URANUS移動ロボット^[5]は、1985年に製造されたメカナムホイールを備えた最初の移動ロボットであり、20年間にわたって自律航行研究に使用されました。^[6] CMUの「テッセレータ」ロボット^[7]は、 1992年にスペースシャトルタイルの整備用に設計され、メカナムホイールも使用しました。^[8]

メカナムホイールを使用した車椅子は2006年のEVERモナコで発表されました。[ 9 ^]

• ボールトランスファーユニット – 全方向ベアリング
• オムニホイール – 複数の軸に沿って動くことができるホイール

ウィキメディア・コモンズには、メカナムホイールに関連するメディアがあります。

• エアトラックスビデオ
• オーランド ビジネス ジャーナルの記事「Omnics の運命の輪が生産開始」、著者: Chad Eric Watt、2002 年 5 月 31 日。
• ウォール・ストリート・ジャーナル・オンライン、Make It、著者：ポレット・トーマス、2005 年 5 月 9 日。
• セグウェイ RMP メカナムホイールを備えた 2008 年型セグウェイ ロボットの写真。
• メカナムホイール付き車椅子のビデオ（WMV）