Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 83 VCM2012
Thiết Kế và Chế Tạo Bánh Xe Mecanum cho Xe Nâng
Design and Fabrication of Mecanum Wheel for ForkLift
KS Trần Đình Phúc
1
, PGS.TS Đặng Văn Nghìn
2
,
KS Nguyễn T. Hải
2
, Ths Phạm X. Lộc
21Khoa Cơ Khí, Đại Học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia TP. HCM. Việt Nam
Email: [email protected]
2
Viện Cơ Học Và Tin Học Ứng Dụng TP.HCM, Việt Nam
Website: http://www.iami.ac.vn

Tóm Tắt
Bài báo này giới thiệu các đặc điểm, lịch sử phát triển, tính ưu việt và phạm vi ứng dụng của bánh xe
Mecanum. Bên cạnh đó, nội dung chính của bài báo là trình bày phương pháp tính toán thiết kế biên dạng con
lăn bánh xe Mecanum và kết cấu bánh Mecanum dùng cho xe nâng. Đồng thời bài báo còn trình bày kết quả
thiết kế chế tạo và phương pháp tính toán kiểm nghiệm điều kiện, giới hạn hình học của con lăn Mecanum
nhằm đạt yêu cầu về tải trọng và không gian làm việc.
Abstract
In this paper, a literature review concerning some aspects of the Mecanum wheeled Vehicles such as the

chuyên dụng khác từ nhiều năm nay. Với ý tưởng
bánh xe đa hướng, nhóm nghiên cứu thuộc trung
tâm hàng không quân đội NAWC đã ứng dụng
thuật toán xây dựng biên dạng con lăn Mecanum
và đã chế tạo thành công mô hình robot [4].
Những loại bánh xe đa hướng linh hoạt này khá
phổ biến trong lĩnh vực robot. Robot đa hướng
này có thể di chuyển thẳng đến mục tiêu đồng
thời thực hiện động tác quay vòng một cách chính
xác. Các loại bánh xe đa hướng này còn được
dùng trong các loại xe lăn, các loại dịch xe tải
hàng trong sân bay hay nhiều ứng dụng khác.
Một nghiên cứu khác của nhóm sinh viên thuộc
trường đại học Postech, Hàn Quốc thực hiện và
ứng dụng loại bánh xe Mecanum này cho xe lăn
hỗ trợ người tàn tật Han [6]. Với đặc điểm linh
hoạt đa hướng, chiếc xe này giúp cho người tàn
tật có khả năng sử dụng và điều khiển chiếc xe
một cách đơn giản và hiệu quả.
Nhìn chung trên thị trường hiện nay chỉ thương
mại hóa những loại bánh xe đa hướng cỡ nhỏ, giá
thành tương đối cao. Chẳng hạn như sản phẩm
của hãng AndyMark kích thước đường kính bánh
84 Trần Đình Phúc, Đặng Văn Nghìn, Nguyễn T. Hải, Ths Phạm X. Lộc Mã bài: 24
200mm, giá thành lên tới 3000 đô la mỹ mà khả
năng tải lại rất thấp. Với yêu cầu thiết kế xe nâng
tải trọng nặng lên tới 1 tấn, đường kính bánh xe

chúng có điểm chung đó chính là có các con lăn
sắp xếp theo một góc lệch 45
0
so với đường biên
ngoại vi của đùm trục, có dạng tange trống và bố
trí trên ngoại vi theo biên dạng kết hợp tròn đều
như bánh xe thông thường. H. 2 biểu diễn các con
lăn được bố trí dạng 2 đầu là các dùm trục đặc
được gia công bằng máy CNC. Ngoài ra các con
lăn còn được thiết kế theo dạng công xôn 2 đầu
(H. 3). Và một dạng đặc biệt khác đó chính là các
dùm trục được gia công bằng phương pháp gia
công áp lực, tức là các đùm được dập hàng loạt và
loại bánh này đã được thương mại hóa H. 4

H. 2: Các con lăn được bố trí dạng 2 đầu là các
đùm trục

H. 3: Các con lăn được bố trí dạng conson

H. 4: Sản phẩm dạng dập đã được thương mại
hóa
2.2 Tính toán thiết kế
Với yêu cầu về tải trọng, đặc điểm đa hướng linh
hoạt, ưu việt và phạm vi ứng dụng của xe nâng
đa hướng trên (H. 5). Trong phần này chúng tôi
xin trình bày phương pháp thiết kế biên dạng con
lăn Mecanum và kết cấu bánh xe.

H. 5: Bản vẽ 3D xe nâng đa hướng.

Biên dạng con lăn thỏa: + = 1 (1)

H. 9: Thông số hình học của bánh xe Mecanum
Đặt L: Chiều dài mỗi con lăn
R
wheel
: bán kính bánh xe
R
Rim
: Bán kính tính từ tâm bánh đến con lăn.
r
rol
: Bán kính lớn nhất của con lăn.
η: Góc lệch con lăn văn trục chính bánh xe
θ: Góc chia của mỗi con lăn trên bánh xe.
θ
t
: Góc khuất giữa 2 con lăn kế tiếp
Gọi n là số con lăn ta có:
n(θ – θ
t
) =2π θ = + θ
t
(2)
Các thông số bánh xe Mecanum có mối liên hệ
như sau: R
wheel
= R
Rim
+ 2r

- r
rol
= ;
F = R
wheel
– r
rol
= R
Rim
+ r
rol

G = 2R
Rim
+ 3r
rol
Rút ra:
Điều kiện giá trị L trong khoảng:

Với dữ liệu đầu vào:
- Bán kính từ tâm bánh xe đến con lăn R
Rim
=
200mm
- Góc lệch của con lăn với trục bánh xe: η =
45
0

- Số cặp con lăn cho trước là n =6 cặp
- Góc khuất giữa 2 con lăn kế tiếp: θ

pháp gia công đặc biệt, dùng máy tính lập trình
đường chạy dao theo quỹ đạo của một cung elip,
với thông số hình học theo (1) và gia công trên
86 Trần Đình Phúc, Đặng Văn Nghìn, Nguyễn T. Hải, Ths Phạm X. Lộc Mã bài: 24
máy tiện CNC nhằm đảm bảo độ chính xác gia
công cao. Vật liệu của con lăn Mecanum là nhựa
POM, bề mặt con lăn được phủ một lớp vật liệu
đặc biệt nhằm đảm bảo khả năng chịu tải của xe
nâng. Trong phần bài báo này, kết cấu bánh sẽ
gồm 6 cặp con lăn H. 11 được lắp trên 6 trục con
lăn.

H. 11: Con lăn Mecanum
Trục con lăn Mecanum được chế tạo từ vật liệu
thép C45 trên máy tiện. Trục chứa nhiều bậc, yêu
cầu về độ đảo, độ đối xứng cao, do đó để đạt
được độ chính xác, trục này được chế tạo trên
máy tiện CNC. Bên cạnh đó, nhằm đảo bảo độ bề
khi hoạt động, trục được gia công nhiệt luyện bề
mặt. Trục này sẽ được lắp 4 ổ bi đỡ cùng với 1
cặp con lăn Mecanum H.12.

H.12: Trục con lăn Mecanum
Mâm bánh cũng được chế tạo trên máy phay
CNC nhằm đạt độ chính xác cao. Mâm bánh được
phay 6 mặt vát, trên mỗi mặt vát được gia công 4
lỗ vít và 2 chốt định vị. Mâm được gia công lỗ

= 340mm
- Chiều dài con lăn:
- Đường kính con lăn: d
rol
= 90mm- Góc chia:
- Số con lăn:

H. 16: Kết quả thiết kế H.17: Kết quả chế tạo
4. Kết Luận và Hướng Phát Triển
Trên đây chúng tôi đã trình bày tổng quan về
bánh xe Mecanum, đồng thời trình bày đường lối
thiết kế, kết cấu và kết quả thiết kế chế tạo bánh
xe Mecanum. Qua đó cho thấy được hướng phát
triển đó chính là việc tính toán thiết kế, cải tiến
biên dạng, tối ưu hóa kết cấu và mô phỏng hoạt
động rất được quan tâm do độ phức tạp về hình
học cũng như kết cấu của loại bánh xe này. Với
khả năng đa hướng linh hoạt của loại xe nâng
này, chúng có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh
vực như sắp xếp lưu kho bãi trong các nhà máy
hiện đại, ứng dụng trong quốc phòng an ninh, dân
dụng…
Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 87 VCM2012
5. Tài Liệu Tham Khảo

a Systematic Survey, Technical University of
Iasi, 61-63, 700050, Iasi, Romania, 2011