Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Construction and control system of vehicle with omnidirectional wheels

Kamil Piotr Kowalski

Abstract

The aim of this engineering work was to design a control system and construction of a prototype of omnidirectional vehicle capable of moving on flat surfaces. The vehicle can be used for research and educational purposes and project included in this work was intended to allow its construction. At the beginning of this work, focus was on presenting already existing wheel solutions enabling omnidirectional movement for ground vehicles, i.e. movement in any direction on a plane without turning the whole vehicle and presenting the current literature background of wheels and existing commercial and non-commercial solutions. The construction on which this work focused are Mecanum wheels, also known in Polish literature as Swedish wheels from the country of origin of the company whose employee patented them. In the further part of the work, the design assumptions were presented along with 3D models of Mecanum wheels in two variants. The main difference between them was in material and method of machining the rims that each of the wheel consists of. The first wheel construction has been prepared so that it can be machined on a numerically controlled milling machine from aluminium workpiece. This is the most commonly used solution in the industry which allows the vehicle to carry heavy components and withstand greater pressures compared to the next design proposal. The second type in which wheels were made from bent steel sheet simplifies the production process and reduces the costs of making such wheels, but also reduces the maximum values of wheel loads. In the following chapters, all the electronic and electrical components needed to build a complete vehicle control system have been selected, including wireless communication module, powertrain, power cells with the appropriate components of the power supply system and a microcontroller meeting several requirements for proper operation of the control system. In addition, chapter 5.3. which describes the wireless communication module, presents a proposed way of exchanging data with the vehicle and devices that can act as a transmitter/receiver. Chapter 5 presented an electrical diagram of the control system with all passive electronic components and appropriate connectors to connect all components such as the power supply, communication module and powertrain. In this chapter the design of a double-sided PCB and block diagram of the power supply system was also presented. The last chapter presented the complete vehicle structure as a 3D model prepared in such way that all connections of individual elements of the structure are visible, as well as their arrangement, thanks to which the centre of gravity of the vehicle is at the centre of the structure, which enables an even distribution of mass on all wheels of the vehicle. The structure has also been adapted to attach an additional load to it so that the vehicle can be adapted to perform measurements and tests on it.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Kamil Piotr Kowalski (FMIE) Kamil Piotr Kowalski,, FACULTY OF MECHANICAL AND INDUSTRIAL ENGINEERING (FMIE)
Title in Polish
Konstrukcja i układ sterowania pojazdu mobilnego z kołami omnikierunkowymi
Supervisor
Dominika Śniegulska-Grądzka (FMIE/IoMP) Dominika Śniegulska-Grądzka,, The Institute of Manufacturing Processes (FMIE/IoMP)FACULTY OF MECHANICAL AND INDUSTRIAL ENGINEERING (FMIE)
Certifying unit
Faculty of Production Engineering (FMIE)
Affiliation unit
The Institute of Manufacturing Processes (FMIE/IoMP)
Study subject / specialization
, Automatyzacja i Robotyzacja Procesów Produkcyjnych
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
31-01-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Dominika Śniegulska-Grądzka (FMIE/IoMP) Dominika Śniegulska-Grądzka,, The Institute of Manufacturing Processes (FMIE/IoMP)FACULTY OF MECHANICAL AND INDUSTRIAL ENGINEERING (FMIE) Grzegorz Lis (FMIE/IoMP) Grzegorz Lis,, The Institute of Manufacturing Processes (FMIE/IoMP)FACULTY OF MECHANICAL AND INDUSTRIAL ENGINEERING (FMIE)
Keywords in Polish
pojazd mobilny, pojazd naziemny, koła Mecanum, koła szwedzkie, koła omnikierunkowe
Keywords in English
ground vehicle, Mecanum wheels, omnidirectional wheels
Abstract in Polish
Celem niniejszej pracy inżynierskiej było zaprojektowanie układu sterowania oraz konstrukcji prototypu pojazdu omnikierunkowego potrafiącego przemieszczać się po powierzchniach płaskich. Pojazd może mieć zastosowanie badawcze oraz edukacyjne, a projekt zawarty w tej pracy miał umożliwić jego zbudowanie. Na początku w pracy skupiono się na przedstawieniu istniejących już rozwiązań kół umożliwiających pojazdom naziemnym ruch omnikierunkowy, czyli ruch w każdym kierunku na płaszczyźnie bez wykonywania zwrotów całego pojazdu oraz na przedstawieniu obecnego tła literaturowego na temat kół i istniejących już rozwiązań komercyjnych i niekomercyjnych. Konstrukcją, na której skupiono się w tej pracy są koła typu Mecanum nazywane w polskiej literaturze również kołami szwedzkimi od kraju pochodzenia firmy, której pracownik je opatentował. W dalszej części pracy opracowano założenia projektowe oraz przystąpiono do przedstawienia modeli 3D narysowanych kół Mecanum w dwóch wariantach. Różnica polegała na materiale i sposobie obróbki obręczy, z których składa się każde z kół. Pierwsza konstrukcja została przygotowana tak, aby można było ją wykonać na frezarce sterowanej numerycznie z aluminiowej przygotówki. Jest to rozwiązanie stosowane najczęściej w przemyśle i pozwala na to, aby pojazd mógł przenosić ciężkie elementy i wytrzymywać większe naciski w porównaniu do następnej propozycji konstrukcji. Drugim typem były koła wykonane z giętej blachy stalowej co upraszcza proces produkcyjny oraz obniża koszty wykonania takich kół, ale również zmniejsza maksymalne wartości obciążeń kół. W kolejnych rozdziałach zostały dobrane wszystkie elementy elektroniczne i elektryczne potrzebne do zbudowania pełnego układu sterowania pojazdu uwzględniając takie jak moduł komunikacji bezprzewodowej, układ napędowy, ogniwa zasilające wraz z odpowiednimi elementami układu zasilania oraz mikrokontroler spełniający szereg wymagań dotyczących prawidłowej pracy układu sterowania. Dodatkowo w rozdziale 5.3., opisującym moduł komunikacji bezprzewodowej, został przedstawiony proponowany sposób wymiany danych z pojazdem oraz urządzenia, które mogą pełnić rolę nadajnika/odbiornika. W rozdziale 5. został przedstawiony schemat elektryczny układu sterowania wraz ze wszystkimi elektronicznymi elementami pasywnymi oraz odpowiednimi złączami pozwalającymi podłączyć wszystkie elementy takie jak źródło zasilania, moduł komunikacyjny oraz układ napędowy. We wspomnianym rozdziale został również przedstawiony projekt dwustronnej płytki drukowanej PCB i schemat blokowy układu zasilania. Ostatni rozdział przedstawia kompletną konstrukcję pojazdu jako model 3D przygotowany tak, aby widoczne były wszystkie połączenia poszczególnych elementów konstrukcji oraz ich rozmieszczenie dzięki, któremu środek ciężkości pojazdu znajduje się na środku konstrukcji, co umożliwia równomierny rozkład masy na wszystkich kołach pojazdu. Konstrukcja została również przystosowana do mocowania na niej dodatkowego obciążenia, aby pojazd był przystosowany do wykonywania na nim pomiarów i badań.
File
  • File: 1
    Kamil_Kowalski_275885_Inzynierska.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 31148

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTd4a231ca2d774d6ca4ce63d1f337a100/
URN
urn:pw-repo:WUTd4a231ca2d774d6ca4ce63d1f337a100

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page