Лучше ли распределять вес по колесам или по центру робота?

При проектировании стандартного 4 или 6-колесного робота, лучше ли распределять вес в основном по центру робота или по колесам, или нет никакой разницы?

В частности, какое распределение веса сделает робота менее склонным к опрокидыванию?

Если предположить, что это жесткий робот, то единственные весовые свойства, представляющие интерес:

• общая масса
• центр масс

С точки зрения опрокидывания, робот более устойчив, если угол, необходимый для опрокидывания, максимален. Это достигается за счет имеющего низкий центр масс, и центр масс , как далеко от краев опорного многоугольника , насколько это возможно.

Интуитивно понятно, что если центр масс находится рядом с центром робота, он более стабилен. Более формально, если вы считаете, что каждое колесо является вершиной многоугольника (вид сверху), то вы увидите опорный многоугольник. Вы можете назначить центр как точку дальше от края.

Другим способом повышения стабильности является увеличение размера опорного многоугольника - то есть, поместите колес еще больше, чтобы сформировать широкое основание. Добавление большего количества колес также может увеличить размер многоугольника поддержки, хотя это в основном влияет на трехколесных роботов, которые имеют довольно маленький многоугольник поддержки относительно расстояния между колесами.

Угол, необходимый для опрокидывания робота, может зависеть от направления опрокидывания. Если в этом направлении есть движение, то в этом направлении более вероятны возмущения. Вот почему автомобили более устойчивы вперед / назад по сравнению с боковыми (ось крена), когда передние колеса находятся дальше от задних колес по сравнению с расстоянием между левым и правым колесами.

Общая масса робота также является фактором. Если робот тяжелее, то требуется большее усилие возмущения, чтобы наклонить робота под требуемым углом, прежде чем он продолжит опрокидываться. Сказав это, вы вряд ли захотите просто увеличить массу робота, поэтому вы будете:

• старайтесь размещать более тяжелые компоненты ниже (батареи могут быть довольно тяжелыми)
• увеличьте размер поддерживающего многоугольника (колеса дальше или 4 колеса вместо 3).

Просто добавлю немного к отличному ответу Роналха :

Изменение распределения веса в роботе таким образом, чтобы не изменять положение центра масс, повлияет на момент инерции , что, в свою очередь, повлияет на способность робота ускорять скорость вращения.

Для большинства роботов, которые перемещаются вместе, это вряд ли будет проблемой. Тем не менее, я мог бы представить, что для чрезвычайно динамичного робота, который движется очень быстро и совершает крутые повороты, может быстро вращать свое тело, это может быть преимуществом, а в некоторых крайних случаях может даже спасти себя от опрокидывания.

Поэтому сосредоточение массы возле центра было бы лучшим для этого типа робота.