2020年04月20日 | 全方位移动的轮子，机器人移动底盘的精妙设计

2020-04-20 来源：网络整理

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对于地面移动机器人来说，底盘是非常重要的执行机构，通常位于机器人靠近地面的部分。机器人又一核心部分——执行器，你了解有多少？底盘的定义：移动机器人用于移动的部分通常称为底盘。底盘的作用：负责机器人的运动和转向，是机器人的执行机构。

不同的应用场景对机器人底盘的要求不一样。以扫地机器人为例，扫地机器人的工作目标是清理地面上的细小垃圾。我们主要会关注它能否灵活移动到房间的各个死角并打扫干净。所以，在扫地机器人运动的过程中，底盘除了要能够朝各个方向移动之外，还要能够跨越高低不同的、门槛等。因此，扫地机器人的底盘通常会离地面有一定高度，便于底部滚轮移动，同时方便清理垃圾。

机器人的底盘结构类型多种多样，以下是四种比较常见的类型。机器人脚足式底盘利用了仿生学技术，自由度高、适应性强，但通常结构复杂，控制起来也比较困难。

轮式底盘包含两轮差速底盘、三轮全向轮底盘、四轮全向轮底盘、四轮汽车底盘（又称四轮阿克曼底盘）、四轮滑移底盘等，通常根据地形来选择不同的轮子大小、材质。生活中常见的汽车底盘是前轮转向，后轮驱动。S1机器人则是四轮全向轮底盘，构造独特的麦克纳姆轮使其具备了全方位移动的能力。

履带式机器人底盘对路况的适应性较好，可以轻松越过障碍，但移动速度较慢，不够灵活。坦克就是履带式装甲战斗车，轮子在履带里滚动，遇到沙地、雪地、泥地等复杂地形时，宽宽的履带可以分散坦克的重量，车也就不容易陷进去。

球形机器人具有良好的动态和静态平衡性，封闭性底盘使其可以行驶在无人、沙尘、潮湿或腐蚀性的恶劣环境中，并通常具有水陆两栖功能，在行星探测、环境监测、国防装备、娱乐等领域应用广泛。

底盘悬挂是连接轮子与车身的结构，可以对车身起到支撑和缓冲减震的作用。分为：非独立悬挂和独立悬挂。非独立悬挂：是两侧车轮由一根整体式车架相连，一般配有弹性悬架，系统悬架在车架或车身的下面。优点是结构简单，制造成本低，容易维修，缺点是稳定性和避震效果差。

独立悬挂：是指每个车轮单独通过一套悬挂安装于车身或者车桥上，车桥采用断开式，中间一段固定于车架或者车身上。优点是两侧车轮可以单独运动互不影响，缓冲与减震能力很强。

麦克纳姆轮简称麦轮，由瑞典科学家Bengt Erland IIon于上世纪70年代发明，目前被广泛应用于物流仓储自动化、残障人士出行和机器人竞技比赛等领域。麦轮主要由轮毂、辊子和辊子轴构成，轮毂是支撑架，辊子沿与轮毂夹角45°的方向平行排列。一般机器人有两个左旋轮，两个右旋轮。左旋轮和右旋轮必须按照X形安装，才能让机器人具有全向移动的能力。

这种全方位移动方式是基于一个有许多位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理上，这些成角度的周边轮轴把一部分的机轮转向力转化到一个机轮法向力上面。依靠各自机轮的方向和速度，这些力的最终在任何要求的方向上产生一个合力矢量。从而保证了这个平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变机轮自身的方向。

在它的轮缘上斜向分布着许多小滚子，故轮子可以横向滑移。小滚子的母线很特殊，当轮子绕着固定的轮心轴转动时，各个小滚子的包络线为圆柱面，所以该轮能够连续地向前滚动。麦克纳姆轮结构紧凑，运动灵活，是很成功的一种全方位轮。有4个这种新型轮子进行组合，可以更灵活方便的实现全方位移动功能。

装配了麦轮的仓储物流车灵活性大幅提高，即便活动空间有限，在使用了灵活运动的麦轮后，货物装卸难的问题也能得到有效解决。装配了麦轮的轮椅，也会让残障人士的出行更加便捷。
（责任编辑：fqj）

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