Geleneksel tekerlek, tasarım açısından oldukça basit, yüksek yük kapasitesine sahip ve çalışma yüzeyindeki düzensizliklere karşı toleranslıdır. Bunlara rağmen, noholomik doğaları çok yönlü çalışmalarına tam olarak izin vermemektedir.

Çok yönlü mobiliteyi sağlamak amacıyla birçok tasarım gerçekleştirilmiştir. Bahsedilen bu tasarımlarda genel olarak steered (manevralabilir) tekerlekler kullanılmıştır. Bu prensibe dayalı tasarlanan araçlarda sürüş ve manevra eyleyicilerine sahip iki adet aktif tekerlek bulunmaktadır. Herhangi bir konfigürasyonda herhangi bir yönde hareket edebilen bu araçların gerçek anlamda çok yönlü hareket edebilen mobil robot olduğu söylenmez. Bunun nedeni ise; sürekli olmayan eğriliğe sahip yörüngede hareket ederken durup tekerleklerine yeniden yön vermesi gerekmesidir.

Şekil 1: Manevralanabilir (Steered) Tekerlek
 

En özel tekerlek tasarımı bir yönde çekiş gücünün başarılması ve bir diğer yönde pasif harekete izin verilmesi konseptine dayanmaktadır. Böylece, kalabalık ortamlarda daha fazla esnekliğe izin verilebilmektedir.

 

►İlginizi Çekebilir: Çizgi İzleyen Robot Yapımı 1. Bölüm
 

En yaygın çok yönlü tekerlek, Mecanum AB adlı İsveç firmasında çalışan Bengt Ilon tarafından icat edilmiştir. Günümüzde mobil robotlar, genellikle Ilon’un ortaya koyduğu konsepte bağlı olarak tasarlanmaktadır.

Şekil 2: Ilon’u konseptine dayalı Mecanum Tekerlek

 

Ilon’un Mecanum tekerleği, merkez tekerlek ile tekerlek çevresinde bir açı ile konumlanmış belli sayıda silindirden oluşmaktadır. Tekerlek yönünde normal bir kuvvet için, açılı periferik silindirler kuvvetin bir kısmını tekerleğin dönme yönünde çevirmektedir. Her bağımsız tekerleğin yönü ve hızına bağlı olarak, sonuçta elde edilen tüm kuvvetlerin kombinasyonu istenilen yönde bir total kuvvet oluşturmaktadır. Böylece, tekerleklerin kendi yönlerini değiştirmelerine gerek kalmadan robotun istenilen yönde serbestçe hareket etmesi sağlanmaktadır.

Periferik silindirlere sahip mecanum tekerlek belli bir konumda tutulabilmektedir. Bu tasarımın avantajı, iyi bir yük taşıma kapasitesi sağlamasıdır. Dezavantajı ise, eğimli ya da pürüzlü bir çalışma yüzeyi ile karşılaşıldığında tekerlek jantının silindirler yerine yüzey ile temas edebileceği gerçeğidir (ki bu da tekerleklerin düzgünce çalışmasını engellemektedir).
 

Şekil 3: Engel ile Karşılaşan Mecanum Tekerlek

 

Yine Ilon tarafından sunulan bir alternatif ise geleneksel tasarımda görülen problemleri azaltmaktadır. Bu tasarımda tekerleğin sahip olduğu silindirler ikiye ayrılmıştır ve merkezi olarak monte edilmiştir.
 

Şekil 4: Ilon’un Alternatif Mecanum Tekerlek Tasarımı

Bu alternatif silindirlerin çalışma yüzeyi ile daima temas halinde olması sağlamaktadır ve bu sayede pürüzlü yüzeylerde dahi iyi performansa izin verilmektedir.

Mecanum tekerlek bulunduran bir aracın çok yönlü hareket etmesini sağlamak için, tekerlekler platform üzerinde Şekil 5'de ki konfigürasyonda bulunmalıdır
 

Şekil 5: Çok Yönü Hareket Eden Aracın Mecanum Tekerlek Konfigürasyonu
 

Motorların yönüne bağlı olarak, tekerlek daima –iç ve dış kuvvetler üretebildikleri gibi- ileri ve geri yönde kuvvetler üretebilmektedir. Bu kuvvetler açılı periferik silindirlerden kaynaklanmaktadır. Bu kuvvetlerin kombinasyonuna göre sistem farklı yönlerde hareket edebilmektedir. Aşağıdaki görselde tekerleklerin hareket yönüne göre mobil robotun hareket yönü gösterilmektedir.
 

 

Şekil 6: Aracın Mecanum Tekerleklerin Yönlerine Göre Mobil Robotun Hareket Yönü
 

İnanılmaz derecede çok yönlü olmasına rağmen, standart mecanum tekerlek etkinliğini çok önemli ölçüde azaltan bir yan etkiye sahiptir. Silindirler tarafından, öteleme sırasında belli bir yöndeki kuvvetin büyük kısmı kaybedilmektedir.

Bu durumun en ekstrem örneği paltformun diyagonal hareketi sırasında karşılıklı olan ön ve arka tekerlekler diğer iki tekerlekteki silindirleri döndürürler. Bu da motorun mücadele etmesi gereken direkt sürüklenmeye sebep olmaktadır.

Mecanum tekerleklerin etkinliği arttırmak için iki gelişmiş tasarım öne sürülmüştür. Bu tasarımlardan ilki mekanik açıdan basittir ve AGV (Automated Guided Vehicle) platformu düz bir hat üzerinde hareket ederken enerji kaybının azaltılmasını sağlamaktadır. Bu tasarım aşağıdaki gibidir.
 

Şekil 7: Kilitlenebilir Silindirlere Sahip Mecanum Tekerlek
 

İkincisi tasarım mekanik açıdan daha komplekstir ve periferik silindirleri açılarını dinamik olarak değiştirebilmektedir. Bunun amacı ise platform seyahat edebileceği en uygun uygun yönü ayarlayabilmektedir. Bu tasarım aşağıdaki gibidir.

Şekil 8: Dönebilir Silindirlere Sahip Mecanum Tekerlek
 

Massey Üniversitesi tarafından gerçekleştirilen bir mobil robot projesi olan M.E.G.A.N. (Massey University’s Mapped Environment Guided Autonomous Navigator) gelişmiş mecanum tekerlekler kullanılarak yapılmıştır.
 

Şekil 9: M.E.G.A.N.