Unterschiede zwischen Ackermann-Lenkung und serienmäßigen Zweirädern in Bezug auf die Kinematik?

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Ich habe folgende Hausaufgabenfrage:

Was sind die allgemeinen Unterschiede zwischen Robotern mit Ackermann-Lenkung und Standardfahrrädern oder Dreirädern in Bezug auf die Kinematik?

Ich sehe jedoch keine Unterschiede, da ein autoähnlicher Roboter (mit 2 festen Hinterrädern und 2 abhängigen einstellbaren Vorderrädern) als ein dreiradähnlicher Roboter (mit einem einzigen einstellbaren Vorderrad im Fahrzeug) angesehen werden kann Mitte).

Wenn Sie dann den Abstand zwischen den beiden Hinterrädern gegen Null gehen lassen, erhalten Sie das Fahrrad.

Ich sehe also keinen Unterschied zwischen diesen drei mobilen Robotern. Fehlt mir etwas?

mobile-robot design kinematics theory Daniel Jour
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Nicht für mich (Sie vermissen nichts). Ich würde auch denken, dass die Kinematik identisch ist. Traditionell mag Ackermann mehr (oder weniger) Nachlauf und Sturz haben, aber das ist keine Regel. Wenn Sie sich mit den Super-Details befassen, gibt es einige Unterschiede (fragen Sie einen NASCAR-Crew-Chef nach den Reifenschlupfdaten), aber ich denke nicht, dass dies eine Frage der Roboter-Hausaufgaben wäre. Ich vermute (wie ich auch vermute), dass die Frage gewesen sein sollte, die Differentiallenkung mit der von Ackermann zu vergleichen, die in der Tat eine andere Kinematik hätte.
Spiked3
@ Mark Booth, weil seine Frage fast lautete: "Habe ich eine berechtigte Frage?" Und ich stimme zu, dass er es nicht tut. Keine Frage, keine Antwort :)
Spiked3
ackerman kinematics alias das
fahrradmodell

Antworten:

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Sie machen zwei Fehler, die ich sehen kann, die beide mit der Idee zusammenhängen, den Satz von Vorder- oder Hinterrädern in ein einziges Rad zu "verkleinern".

Stellen Sie sich vor, Sie könnten das Vorderrad eines Dreirads zu zwei Rädern erweitern, anstatt Ackermann als (konzeptionell) ein einzelnes Rad zu betrachten. Zuerst wird der Reifen breiter, dann spaltet er sich in zwei Reifen auf, dann gehen sie weiter auseinander - aber die Achsen der beiden Räder bleiben auf der gleichen Linie. Mit anderen Worten, Sie haben eine "lenkbare Vorderachse" wie bei einem Spielzeugwagen - kein Ackermann-System:

Radiofliegerwagen

Man könnte sich ein Ackermann-System als zwei nebeneinander geschweißte Fahrräder vorstellen, wobei man feststellt, dass die Verbindung der Vorderräder nicht einfach dadurch gelöst werden kann, dass die Lenkwinkel gleich sind. Stattdessen könnten Sie Techniken wie Burmesters Theorie betrachten , um die richtige kinematische Verknüpfung zwischen ihnen zu entwerfen. (In der Ackermann-Lösung handelt es sich um eine 4-bar-Verknüpfung.)

Bei den Hinterrädern ignorieren Sie die Fähigkeit, sich zu lehnen. Mit anderen Worten, ein Fahrrad ist nicht einfach ein Dreirad ohne Abstand zwischen den Hinterrädern. Lehnen ist ein wesentlicher Bestandteil der Aufrechterhaltung der Stabilität mit nur zwei Kontaktpunkten.

Dreirad gelehnt Fahrrad lehnen (Gewichtsverlagerung, um stabil zu bleiben, über " Dreiradlenkung " “), (via gelehnt zu drehen, um die Stabilität des Fahrrads )

Das Ablehnen ist eher eine dynamische als eine kinematische Diskussion, aber es ist erwähnenswert, da es sich auf die Reifen auswirkt - Fahrrad- / Motorradreifen haben einen abgerundeten Querschnitt, um diese Neigung auszugleichen, während Auto- / Motorradreifen einen flacheren Querschnitt haben.

Ian
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Vielen Dank für Ihre sehr gute Antwort! Das Beispiel mit dem Spielzeugwagen hat mir sehr geholfen. Aber wenn Sie, anstatt das Vorderrad zu "vergrößern", das Vorderrad durch zwei Räder ersetzen (mit unterschiedlichen Winkeln, so dass alle drei Winkel die Ackerman-Bedingung erfüllen), wären die Dinge anders, oder? In diesem Fall hätte ich aus einem Dreirad ein "Ackerman" -Auto gemacht - soweit ich das verstehe.
Daniel Jour
Ich habe die Antwort aktualisiert, um über die Ähnlichkeit zwischen Autolenkung und zwei Fahrrädern zu sprechen.
Ian
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Sie haben insofern Recht, als es keinen kinematischen Unterschied gibt.

Kinematik berücksichtigt nicht, warum Dinge passieren - dh dynamische Stabilität.

Es gibt offensichtliche physikalische Unterschiede, aber wenn die Mathematik für die Kinematik erarbeitet wird, sollte sie gleich sein. Dies setzt natürlich eine gewisse realistische Begrenzung der Kinematik voraus. Beispielsweise wurde darauf hingewiesen, dass ein Fahrrad zum Lenken geneigt ist, dies jedoch erst dann geschieht, wenn eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht ist. Bis dahin ist die Kinematik anders. Und sobald diese Geschwindigkeit erreicht ist, wird auch die gyroskopische Präzession beteiligt. Man muss sich entscheiden, wo Vernünftigkeit befriedigt wird. Wenn Sie glauben, dass die gesamte Physik modelliert werden kann, habe ich einige Kontakte zu Yamaha-Motorrädern, die ich Ihnen gerne vorstellen möchte.

Ich habe ein PDF gefunden , das die Mathematik ausführlich beschreibt. Die kinematische Mathematik für Ackerman ist als Fahrradmodell bekannt. Wenn das kein Scherz ist, würde ich sagen, dass dies die richtige Antwort auf Ihre Frage impliziert.

Spiked3
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Ich könnte also sagen, dass ich ein Auto (mit zwei Rädern) "vereinfachen" könnte, um sein Verhalten wie das eines Tri / Fahrrads (in Bezug auf die Kinematik) zu beschreiben. Verwenden Sie also nur einen Winkel, um die beiden (unterschiedlichen und abhängigen) Winkel darzustellen?
Daniel Jour
Soweit ich weiß ja. Das Fahrradmodell basiert auf zwei Rädern unterhalb der Geschwindigkeit, bei der das Neigen zum Faktor wird, und wird von etwas Unbekanntem ausgeglichen (wird nicht von der Kinematik modelliert). Im Rennsport wirken sich verschiedene Mengen von Ackerman darauf aus, so dass sich ein Rad mehr als das andere dreht. Aber auch hier spielen die Daten zum Reifenschlupf und viele andere weiterentwickelte Faktoren eine Rolle, als ich es von einer Robotik-Frage erwarten würde.
Spiked3