Jaká kola dát na větší podvozek jako je třeba MOB-02 nebo MOB-03 ? Rozhodovat se podle vzhledu není to pravé. Podívejme se na dvě výrazně rozdílné možnosti a na to, jaké technické důsledky z toho vyplynou.
Oba zmíněné podvozky mají doporučený průměr kol 115 mm, menší změnu průměru však zvládnou bez problémů. Standardní dodávaná kola jsou určena pro modely závodních terénních aut, která běžně jezdí rychlostí 30 – 80 km/h. Jsou gumová s plastovým diskem, uvnitř je vyměnitelná molitanová výstelka, která určuje tvrdost kola a jeho „tvarovou paměť“. V disku jsou z vnitřní strany obvykle dva otvory, jimiž může dovnitř a ven proudit vzduch (a bohužel také voda nebo bahno). Tato kola plní do značné míry úlohu odpružení drobnějších nerovností, až při větších nerovnostech zareagují pružinová péra a olejové tlumiče. Pro bezchybnou funkci se tato kola vyvažují. Unašeč disku je obvykle šestihranný.
Unašeč se šestihranem pro hřídel 6 mm
Při použití v robotice jsou podobná kola vystavena úplně jiným podmínkám. Není třeba lepení gumy k disku (akcelerací ani brzděním se určitě guma na disku neprotočí, v zatáčkách jsou zanedbatelné boční síly), není třeba vyvažování (nesrovnatelně menší rychlost respektive otáčky), měkká guma s jemným vzorkem má vynikající adhezi prakticky na jakémkoli používaném povrchu a vydrží téměř neomezeně (při závodech aut se vzorek doslova serve někdy během jedné, nejdéle několika jízd). Podmínky pro provoz jsou velmi „měkké“, nicméně v některých ohledech to má i nežádoucí důsledky.
Kolo z terénní buggy na robotickém podvozku
Měřit průměr těchto kol je hodně ošemetné. Standardně se to dělá s kolem položeným vodorovně, tedy bez zatížení a v klidu, to je rozměr, který najdeme v technických údajích. Jakmile ale kolo namontujeme a zatížíme, vyfoukne se dole molitan a guma se deformuje. Budeme-li teď měřit výšku středu kola od tvrdého rovného povrchu, naměříme poloměr o 5, někdy i 10 mm menší. Prostě se počítá s tím, že v autě se i při pomalé jízdě molitan nestačí vyfouknout a průměr ani „kulatost“ se téměř nezmění.
Ještě větší rozdíly nastanou se zvýšením otáček do pracovních. Kolo na autě se zúží (někdy i na polovinu) a zvětší průměr (někdy o 40 – 50%), tvrdost kola už není určena molitanem, ale téměř výhradně odstředivou silou a otáčkami. Tento režim, na který je kolo navrženo, pravděpodobně na podvozku robota nikdy nezažije. Prohlédněte si dobře dva následující obrázky ze zimního rekreačního provozu odpovídajícího modelu, na nich je jasně vidět, co s kolem mohou a mají udělat provozní otáčky (v obou případech je pravá strana auta odlehčená a díky diferenciálům se kola točí mnohem rychleji než levá).
Co z toho plyne? Je-li takové kolo na velmi pomalu jedoucím podvozku (<4 km/h), zajistí výbornou adhezi a malý tlak na podložku, vyrovná drobné nerovnosti a do značné míry nahradí odpružení. Podvozek jede tiše a „nedrncá“, což je důležité pro životnost elektroniky (zejména provizorní při zkouškách) a všech spojů. Na druhé straně se pohon chová tak, jako bychom neustále „jeli do kopce“, průběžně totiž „najíždíme“ na deformaci gum, a to udělá značné ztráty energie. Měření na hladkém a rovném povrchu (podlahové PVC) při pomalé jízdě ukázalo nárůst spotřeby proudu kolem 50% proti tvrdým kolům! Takže – něco za něco.
Molitanové vložky do kol
Tvrdost kol a snížení ztrát můžeme ovlivnit výměnou molitanových vložek za co nejtvrdší. Vložky se prodávají buď jako pás, který se navine a nalepí na disk, nebo jako hotové prstence pro konkrétní rozměr disku a gumy. Příklady si můžete prohlédnout například v sortimentu firmy Pelikandaniel . Vložky se dají s trochou cviku vystříhat i doma ze zbytku molitanu nebo mikroporézních pěn a výhodou je, že můžeme použít materiál podstatně tvrdší, než se používá i na tvrdé hotové vložky pro modely aut.
Tuhé kolo z koloběžky na robotickém podvozku
Druhou (víceméně krajní) možnost představují kolečka určená pro minikoloběžky. Jsou velmi robustní a tuhá. To, co vypadá na fotografii jako gumová pneumatika, je plný běhoun z houževnatého plastu (v některých případech se používají i průhledné nebo pastelově zbarvené materiály), vnější strana má téměř kruhový průřez. Úzká kola jsou navržena na provoz na rovném, tvrdém a hrubém povrchu, typicky živici s asfaltem. Ani při zatížení 50 – 100 kg na jedno kolo se nedeformují, nepruží. Musí být schopna smyku („driftování“), proto profil nebrání uklouznutí do stany.
Unašeč Pololu #2674 pro (hřídel 6 mm)
Disk je připraven na vlisování svou kuličkových ložisek o standardním vnějším průměru 22 mm. Použijeme-li tato kola na robotickém pozvozku, můžeme pochopitelně u vlečených kol také vsadit ložiska, ale u hnaných kol potřebujeme unašeč, který disk pevně sevře ze stran. Takové unašeče pro různé průměry osy z produkce Pololu najdete v nabídce Snailshopu.
Z výrobní formy zůstávají na běhounu kola drobné otřepky, které se na asfaltu po první jízdě ubrousí, na podlaze v interiéru ale vydrží hodně dlouho. Proto je potřeba nové kolo optimálně i s unašečem a osou upnout do soustruhu a otřepky odstranit, pokud možno i lehce srovnat „kulatost“ kola, která nebývá zrovna ukázková, u koloběžek to není tak kritické.
Nůž soustruhu vytvoří po obvodu plošku o šířce 3 – 4 mm. Takto upravené kolo se na rovném hladkém povrchu perfektně valí a má velmi malý odpor (spotřeba je proti předchozímu kolu nižší o víc než třetinu), nelze ale počítat s tím, že by toto kolo cokoli odpružilo. Na sebemenší nerovnosti „drncá“ a čtyřkolové podvozky často nechají jedno z kol ve vzduchu těsně nad povrchem. Kromě toho upravené kolo má podstatně lepší adhezi než kolo původní, které se tvrdého pokladu dotýká obvykle v menší šířce než 1 mm.
Porovnání šířky a „vzorku“ obou kol, nahoře je vidět šířka soustruhem vytvořené plošky
Není-li k dispozici soustruh, lze kolo upnout za osu do stojanové nebo ruční vrtačky a otřepky odstranit brusným papírem nebo pilníkem. Není to zdaleka tak dobré (nevytvoří se širší ploška, nesrovná se kulatost), ale výsledek bude podstatně lepší, než když otřepky necháme.