Mecanum-Radsatz

Was es ist

Ein Mecanum-Rad ist ein gewöhnliches Rad mit einem Kranz frei laufender Rollen um seine Felge geschraubt – jede Rollenachse 45° zum Rad selbst gestellt. Bengt Ilon patentierte es 1972 bei der schwedischen Firma Mecanum AB – woher der Name kommt –, und Lagerroboter nutzen es seitdem leise vor sich hin.

Die Folge dieser 45° ist die ganze Geschichte. Ein normales Rad kann nur entlang seiner Rollrichtung schieben. Ein Mecanum-Rad kann nur entlang seiner Rollenachse schieben – weil die Rolle in jede andere Richtung frei dreht und sich schlicht weigert, dort Kraft zu übertragen. Die Bodenkraft eines Mecanum-Rads liegt also permanent 45° zum Chassis – egal was der Motor tut.

Ein solches Rad allein ist nutzlos. Vier davon, in zwei linkshändigen und zwei rechtshändigen Paaren, liefern vier Kraftvektoren unter abwechselnden 45°-Winkeln – und die Summe vierer Vektoren kann überallhin auf den Boden zeigen und einen Drall tragen. Das ist eine holonome Basis: drei steuerbare Freiheitsgrade – vorwärts, seitwärts, Drehung – aus vier gewöhnlichen, ungelenkten Motoren.

Händigkeit, und warum sie nicht optional ist

Mecanum-Räder gibt es in zwei spiegelbildlichen Formen, meist verkauft als links (A) und rechts (B), oder schlicht mit L und R auf der Nabe markiert. Ein Roboter braucht zwei von jeder, diagonal gepaart:

Diagonale Ecken teilen eine Hand. Vier gleiche Räder zu kaufen ist ein echter und häufiger Fehler – ein „Viererset Mecanum-Räder“ eines seriösen Händlers enthält zwei von jeder, aber zwei einzeln bestellte Einzelräder sehr oft nicht.

Die X-Probe

Die verlässliche Prüfung braucht gar keine Markierungen.

1. Den Roboter auf die Werkbank stellen, Räder nach unten.
2. Sich darüberstellen und gerade nach unten schauen.
3. An jedem Rad der sichtbaren Rollenlinie auf der Oberseite folgen.
4. Diese vier Linien sollten auf die Robotermitte zielen und ein X zeichnen.

Zeichnen sie eine Raute – die O- oder Rhombus-Anordnung –, zwei Räder diagonal tauschen und erneut prüfen.

Eine Feinheit, die Leute stolpern lässt, wenn sie sie überlegen statt schauen: Die oben sichtbaren Rollen sind gegenüber den bodenberührenden gespiegelt – denn eine Rolle oben am Rad ist dieselbe Rolle, eine halbe Umdrehung weitergetragen. Die schiebenden Rollen zeigen andersherum. Es spielt keine Rolle – das sichtbare X bleibt die richtige Prüfung, und es ist die, die alle verwenden, genau weil man es sehen kann.

Vier davon an einen Arduino verdrahten

Mecanum ist ein Viermotorantrieb – ein einzelner L298N reicht also nicht. Zwei Doppel-H-Brücken oder eine vierkanalige Platine:

Zwei Details, die beißen:

• Vier PWM-Kanäle, die sich einen Timer teilen, funktionieren nicht alle. Am Uno gibt es sechs PWM-Pins auf drei Timern, und die Servo-Bibliothek oder tone() stiehlt einen. Ein Mega oder ESP32 macht das zum Nichtproblem; am Uno vor dem Löten die Timerkarte prüfen.
• Vier Encoder wollen vier Interrupts. Ein Uno hat zwei. Das ist der häufigste einzelne Grund, warum ein Mecanumbau auf einem Mega 2560 oder ESP32 landet.

Minimal funktionierender Code

Die inverse Kinematik umfasst vier Zeilen. Alles andere ist Installation.

// Mecanum inverse kinematics: a chassis command in, four wheel speeds out.
// x is forward, y is to the robot's LEFT, omega is counter-clockwise.
const float LX = 0.075;   // half the wheelbase, m
const float LY = 0.085;   // half the track, m
const float K  = LX + LY; // the only place geometry enters

void driveMecanum(float vx, float vy, float omega) {
  float fl = vx - vy - K * omega;
  float fr = vx + vy + K * omega;
  float rl = vx + vy - K * omega;
  float rr = vx - vy + K * omega;

  // Scale, do not clip. Clipping each wheel on its own keeps the speed and
  // throws the direction away, which is a bug you will chase for a week.
  float peak = max(max(fabs(fl), fabs(fr)), max(fabs(rl), fabs(rr)));
  if (peak > V_MAX) {
    float s = V_MAX / peak;
    fl *= s; fr *= s; rl *= s; rr *= s;
  }

  setWheel(FL, fl); setWheel(FR, fr);
  setWheel(RL, rl); setWheel(RR, rr);
}

setWheel() ist der Ort, wo die Drehzahlschleife lebt – falls man eine hat. Ungeregelt ist es nur ein PWM-Schreiben, und ungeregeltes Mecanum driftet – siehe Drehzahl im geschlossenen Kreis.

Die Zahlen, auf die es ankommt

Drei davon, und alle drei sind Geometrie statt etwas, das man wegkaufen könnte.

Die letzte Zeile ist das, wofür du zahlst. Die ersten drei sind die Rechnung.

Fehlersuche

Mecanum oder die Alternativen?

Die ehrliche Zusammenfassung: Eine Mecanumbasis ist die richtige Antwort, wenn der Boden eben und sauber ist, der Raum eng und der Roboter einen Kurs halten und sich dabei bewegen muss – Lagergasse, Wettbewerbsfeld, Kameraplattform. Sie ist die falsche Antwort, wenn der Roboter schieben, klettern oder seine Position allein aus Rädern wissen muss.

Wo sie verwendet wird

Diese unter ein Chassis schrauben, und du baust den omnidirektionalen Mecanum-Roboter. Bevor Metall geschnitten wird, zwanzig Minuten im Mecanum-Antriebssimulator verbringen – ein verkehrt montiertes Rad kostet dort nichts, und es ist der Fehler, den du am ehesten bauen wirst.