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2019年08月20日 | 解读关于移动机器人的运动模型
2019-08-20 来源：fqj
实现移动机器人安全高效的运行，离不开导航系统和转向驱动系统的通力合作。移动机器人在运动行驶过程中需要用转向驱动装置来控制它的运动方式。不同的车型的车轮结构和布局不一样，转向和控制方式也不一样，其承重范围、灵活性等也不尽相同，甚至对使用的地面环境要求也不相同。那么，移动机器人驱动方式有哪些？各自有什么优缺点，又分别适用于哪些应用场景？下面小编给大家介绍一下～
按照运动模型划分，移动机器人主要分为双轮差动、单舵轮、四驱麦克纳姆轮、双舵轮四种车型。
双轮差动的移动机器人车体结构是在车体左右两侧安装差速轮作为驱动轮，其它车轮均为随动轮。差速轮不需要配置转向，它本身不能旋转，转向时的半径，速度，角速度都是靠内外驱动轮之间的速度差来实现转向。这种运动模型的优点在于灵活性高，可以实现原地打转等动作；并且对电机和控制精度要求不高，成本相对低廉。但是对地面要求要高，负重一般在1吨以下。
单舵轮车型多为前驱单舵轮，主要依靠移动机器人前部的一个铰轴转向车轮作为驱动轮控制转向。随动轮可以可根据实际承重进行添加。单舵轮转向驱动的优点在于结构简单、成本低，由于是单轮驱动，无需考虑驱动电机的配合问题；对地面要求相对较低，适用于广泛的环境和场合。与其它车型相比，单舵轮车型由单舵轮牵引行进，灵活性相对较差，能实现的动作相对简单。
麦克纳姆轮设计新颖，是一种特殊结构的全向轮。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反向力上面。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。简单来说，就是在轮毂上安装斜向辊子，通过协同运动以实现移动或旋转。
麦克纳姆轮的优点是承重能力强，具有10吨及以上的载重能力；可以实现360°回转功能和万向横移，灵活性高，运行占用空间小，更适合在复杂地形上的运动。缺点是成本相对较高，结构形式复杂，对控制、制造、地面的要求较高。一般应用于大型物件的精密对接装配、转运、高精尖机器设备的检修等，如航空航天的检修、汽车整车加工等。
双舵轮型AGV为万向型AGV，车体前后各安装一个舵轮，搭配左右两侧的随动轮，由前后舵轮控制转向。双舵轮型转向驱动的优点是可以实现360°回转功能，也可以实现万向横移，灵活性高且具有精确的运行精度。缺点是两套舵轮成本较高，而且AGV运行中经常需要两个舵轮差动，这对电机和控制精度要求较高，而且因为四轮或以上的车轮结构，容易导致一轮悬空而影响运行，所以对地面平整度要求严格。但是由于底部轮子更多，受力更均衡，所以这种驱动方式的稳定性比单舵轮型AGV更高。一般使用在重载潜伏式AGV或停车机器人，适用于大吨位的搬运、汽车制造工厂、停车场等场景。
不同的转向驱动类型对应不同场景的使用需求，具体选择时需根据实际使用环境和负载需求等因素进行综合考量。不过，尽管各类移动机器人驱动方式各不相同，但它们的运动控制方式却都是通过算法实现的。
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