麥克納姆輪是日本麥克納姆公司在1973年發(fā)明的產(chǎn)品，由輪胎和好多豎著安裝的紡錘形輥棒組成，輥棒的軸線與輪胎軸線的傾角成45度。
4個(gè)輪胎后面都有一臺(tái)水泵，通過(guò)馬達(dá)輸出動(dòng)力就可以讓輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)上去。
我們把4個(gè)車(chē)輪分為ABCD，你們仔細(xì)看一下，A輪和C輪的輥棒都是順著輪胎軸線方向呈45度轉(zhuǎn)動(dòng)。B輪和D輪的輥棒都是順著輪胎軸線方向呈135度轉(zhuǎn)動(dòng)。也就是說(shuō)，左旋輪A輪和C輪、右旋輪B輪和D輪互為鏡像關(guān)系。同理，兩側(cè)輪AD和兩側(cè)輪BC互為對(duì)稱(chēng)關(guān)系。那有些同學(xué)就有疑惑了，為何要如此設(shè)計(jì)呢？
我們來(lái)簡(jiǎn)單剖析一下，當(dāng)麥輪往前轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輥棒會(huì)與地面形成磨擦力。這時(shí)侯輥棒勢(shì)必會(huì)遭到一個(gè)向后運(yùn)動(dòng)的力，所以輥棒磨擦力的方向?yàn)辂溳喦斑M(jìn)方向，我們把它標(biāo)明為F摩。
之后我們把這個(gè)F摩分解為兩個(gè)力，分別為垂直于輥棒軸線的分力F1和平行于輥棒軸線的分力F2。因?yàn)檩伆羰潜粍?dòng)輪，所以F1是滾動(dòng)磨擦力。滾動(dòng)磨擦力會(huì)全部用于驅(qū)動(dòng)輥棒急速轉(zhuǎn)動(dòng)，但麥輪本身并不會(huì)有絲毫的前進(jìn)或退后。
這就似乎是滾子軸承，內(nèi)圈固定，外圈瘋狂轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)閮?nèi)圈被滾子轉(zhuǎn)動(dòng)給抵消掉了，所以自身并不會(huì)運(yùn)動(dòng)。所以我們的滾動(dòng)磨擦力F1并不會(huì)驅(qū)動(dòng)麥輪前進(jìn)，而是被輥棒自轉(zhuǎn)給浪費(fèi)掉了。
我們?cè)賮?lái)剖析一下F2，F(xiàn)2也會(huì)促使輥棒運(yùn)動(dòng)，但它是主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以F2是靜磨擦力，由靜磨擦力驅(qū)動(dòng)麥輪的整體運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，麥輪的整體運(yùn)動(dòng)單獨(dú)由輥棒軸線方向的靜磨擦力來(lái)承當(dāng)。
理解這一點(diǎn)以后，接出來(lái)我們只須要把這個(gè)45度的靜磨擦力，分解為縱向和橫向兩個(gè)分力。為何要分解呢？接出來(lái)你就曉得了。
當(dāng)四個(gè)輪子都往前轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，你們可以看一下4個(gè)輪子的分解力，A輪和B輪在X方向上的分解力X1、X2，都是向外的力，所以X1和X2可以互相抵消。
C輪和D輪在X方向上的分解力為X3、X4，都是向內(nèi)的力，所以X3和X4可以互相抵消。這樣ABCD輪就只剩下Y方向的分力Y1、Y2、Y3、Y4了，這四個(gè)向后的靜磨擦分力合上去，就可以促使麥輪前進(jìn)了。
假如想讓麥輪向左縱向平移，只須要將AC輪正轉(zhuǎn)，BD輪反轉(zhuǎn)。
畫(huà)一下4個(gè)輪子的分解力可知，向前方的Y1Y3和向后方的Y2Y4分力會(huì)互相抵消。只剩下X方向4個(gè)往右的靜磨擦分力滾動(dòng)摩擦力方向判斷，這四個(gè)往右的靜磨擦分力合上去，就可以促使麥輪向左縱向平移了。假如AC輪反轉(zhuǎn)，BD輪正轉(zhuǎn)，那就是往右縱向平移了。
假如想讓麥輪360度原地旋轉(zhuǎn)，只須要將AD輪向同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，BC輪向相反方向旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)上面的方式，你們可以自己畫(huà)一下4個(gè)輪子的分解力，最終是4個(gè)輪子在X軸和Y軸方向的分力全都互相抵消了，麥輪不會(huì)聯(lián)通，只會(huì)做原地轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。只要你們把我講的輥棒分解力搞明白了，那麥輪運(yùn)作原理也能夠理解到位了。
麥輪的優(yōu)點(diǎn)甚少，既能實(shí)現(xiàn)零回轉(zhuǎn)直徑、側(cè)移、以及全?位?死?任意甩尾。又能滿(mǎn)?對(duì)狹?空間?型物件的轉(zhuǎn)運(yùn)、對(duì)接、越障等全?位移動(dòng)的需求。這么多的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)明至今已有50年了，卻仍然沒(méi)有應(yīng)用到乘用車(chē)上，這是為何呢？
聊為何之前，我以鏟車(chē)為例，先和你們聊一下縱向平移技術(shù)。好多人都誤以為，能實(shí)現(xiàn)縱向平移的鏟車(chē)，只有麥克納姆輪，但畢竟你們都忽視了俄羅斯TCM鏟車(chē)株式會(huì)社，在1999年開(kāi)發(fā)的一款產(chǎn)品，能想出這個(gè)鏟車(chē)的兄弟絕對(duì)是行內(nèi)人。
這些鏟車(chē)縱向平移的原理是借助靜壓傳動(dòng)技術(shù)，把原先鏟車(chē)上一個(gè)簡(jiǎn)單又可靠結(jié)實(shí)的差速器，弄成了極復(fù)雜的多曲軸、液壓、以及電控的一整套系統(tǒng)。
你們猜猜這個(gè)鏟車(chē)最后的命運(yùn)怎么？4個(gè)字，銷(xiāo)聲匿跡，為何？首先是產(chǎn)品壽命太緊、后橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成的故障率過(guò)高。干機(jī)械的都曉得，越簡(jiǎn)單的東西越可靠。再來(lái)就是成本昂貴，傳動(dòng)效率的增長(zhǎng)造成油耗和使用成本的上升。理論上來(lái)說(shuō)動(dòng)力每經(jīng)過(guò)一個(gè)蝸桿就會(huì)流失1%左右，為了提高30%的平面堆碼量，幾乎降低了50%的油耗，這種油錢(qián)我重新多租個(gè)幾百平米的面積不香嗎？
所以說(shuō)這個(gè)鏟車(chē)最終的出貨量只有幾百臺(tái)，連二代產(chǎn)品都沒(méi)去更新。我講這個(gè)鏟車(chē)的緣由，就是想告訴你們，技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)縱向平移，不代表就可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，可以量產(chǎn)也不不等于消費(fèi)者買(mǎi)賬，這中間還有成本、性能、故障率等多方面和維度的審視。
放在麥克納姆輪上也是一樣的道理，麥輪的整體運(yùn)動(dòng)單獨(dú)由輥棒軸線方向的靜磨擦力來(lái)承當(dāng)。假如想實(shí)現(xiàn)縱向平移，就須要把這個(gè)45度的靜磨擦力，分解為縱向和橫向兩個(gè)分力。通過(guò)前后橫向分力的互相抵消來(lái)實(shí)現(xiàn)縱向平移。
首先實(shí)現(xiàn)原理就決定了麥輪的聯(lián)通速率會(huì)比較慢。進(jìn)一步說(shuō)，假如在泥濘不平的橋面滾動(dòng)摩擦力方向判斷，可能會(huì)導(dǎo)致輥棒未能分解為縱向和橫向兩個(gè)分力，不能分解力都會(huì)導(dǎo)致行駛偏差。并且麥輪在這些險(xiǎn)峻不平的橋面存在較大的滾動(dòng)磨擦，輥棒的銹蝕比普通車(chē)胎要更嚴(yán)重，以致帶來(lái)的是使用成本的降低，所以麥輪只適用于低速場(chǎng)景和比較平滑的橋面。
即使?jié)M足橋面平滑的要求了，車(chē)輛搭乘的舒適性你也得考慮，麥輪轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)侯，這種個(gè)輥棒永遠(yuǎn)不會(huì)像車(chē)胎那樣一直與地面接觸，這樣才會(huì)導(dǎo)致顛簸振動(dòng)，雖然通過(guò)減振器可以去除一部份振動(dòng)，仍然會(huì)有振動(dòng)傳遞到車(chē)主頭上，如同車(chē)輛行駛在搓衣板橋面一樣。
所以麥輪目前大多應(yīng)用在AGV上。傳統(tǒng)AGV結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本較低，而且其運(yùn)動(dòng)靈活性差，在空間受限的場(chǎng)合?法使?，未能實(shí)現(xiàn)?件微?姿態(tài)的調(diào)整。而麥輪運(yùn)動(dòng)靈活，微調(diào)能??，運(yùn)?占?空間?。能實(shí)現(xiàn)零回轉(zhuǎn)直徑、側(cè)移、全?位?死?任意甩尾。滿(mǎn)?對(duì)狹?空間?型物件轉(zhuǎn)運(yùn)、對(duì)接、越障等全?位移動(dòng)的需求。不管是在重載機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域、鐵路交通、自動(dòng)化智慧庫(kù)房、大型手動(dòng)化鞋廠、碼頭、港口、機(jī)場(chǎng)，甚至航天等行業(yè)都可以使用。（寫(xiě)自公號(hào)：工業(yè)科技控）