機器人開(kai)發平臺關鍵的(de)兩個部分(fen)就是:輪子和(he)機架的(de)構型。
機(ji)器人(ren)(ren)(ren)開發平臺常見8種(zhong)構型.(a)兩輪差速驅動機(ji)器人(ren)(ren)(ren),(b)car-like robot,(c)四(si)(si)輪驅動機(ji)器人(ren)(ren)(ren),(d)履(lv)帶式機(ji)器人(ren)(ren)(ren),(e)麥輪全向(xiang)平臺,(f)全向(xiang)輪全向(xiang)平臺,(g)四(si)(si)驅四(si)(si)轉機(ji)器人(ren)(ren)(ren),(h)四(si)(si)驅異構機(ji)器人(ren)(ren)(ren).
這四(si)類機器人(ren)屬(shu)于非全向移動機器人(ren),意味著在平面上運動僅有2個自由度,其運動模型的相(xiang)似度也較高(可參考《常(chang)見移動機器人(ren)運動學模型》)。
這兩(liang)類(lei)相對特殊(shu),采(cai)用了麥輪/全(quan)向(xiang)(xiang)輪,按照一定規律(lv)控(kong)制輪子轉動(dong)(dong),則可以實現全(quan)向(xiang)(xiang)移動(dong)(dong),比(bi)起上述非全(quan)向(xiang)(xiang)移動(dong)(dong)機器人(ren)(ren)的(de)靈活(huo)性更好,能夠在狹窄的(de)區域運(yun)動(dong)(dong)(可參考《常(chang)見(jian)移動(dong)(dong)機器人(ren)(ren)運(yun)動(dong)(dong)學模(mo)型(xing)》)。
圖 2.3(g)中的四(si)個(ge)(ge)藍色原(yuan)點表示舵輪的位(wei)置,上述(shu)談到每個(ge)(ge)舵輪有(you)兩個(ge)(ge)電(dian)機,分別控制輪子滾動和轉(zhuan)向(xiang),因此(ci)這(zhe)種類型的機器(qi)人(ren)也被稱為四(si)驅四(si)轉(zhuan)移動機器(qi)人(ren)。
四驅四轉機器人相當(dang)于(yu)有8個電(dian)機在控制(zhi)其運(yun)動,因(yin)此可(ke)輕松實現機器人的(de)(de)全(quan)向運(yun)動。相較于(yu)麥輪/全(quan)向輪全(quan)向平臺,舵(duo)輪是沒有輥子(zi)的(de)(de),因(yin)此負載(zai)能力更(geng)強,輪子(zi)耐磨性更(geng)好,且室外非(fei)結構化(hua)場景的(de)(de)適(shi)應(ying)能力更(geng)強。
當然,也(ye)可以將四(si)(si)驅(qu)四(si)(si)轉(zhuan)移動(dong)(dong)機器人的某一(yi)(yi)對(dui)(dui)(dui)(dui)角線上(shang)的一(yi)(yi)對(dui)(dui)(dui)(dui)輪(lun)子更換為被動(dong)(dong)萬向(xiang)輪(lun),通過另一(yi)(yi)對(dui)(dui)(dui)(dui)角線上(shang)的一(yi)(yi)對(dui)(dui)(dui)(dui)舵輪(lun)驅(qu)動(dong)(dong)運動(dong)(dong),這樣就省掉4個電(dian)機,也(ye)能達到全向(xiang)運動(dong)(dong)的效果,只是驅(qu)動(dong)(dong)功率相對(dui)(dui)(dui)(dui)降(jiang)低了,成本(ben)也(ye)就降(jiang)低了。
四(si)驅異(yi)構機器人(這是筆者擬定的名字)的兩前輪(lun)采(cai)用全向輪(lun),兩后輪(lun)采(cai)用普通橡膠(jiao)輪(lun),這種構型是之前在文獻閱讀時候偶然(ran)看到的,比較新穎(ying)。
在《四(si)輪(lun)驅(qu)動(dong)(SSMR)移動(dong)機器人運動(dong)模型及應用分(fen)析》一文中,我們分(fen)析兩左(zuo)(右)側輪(lun)的輪(lun)速需要保持一致,這(zhe)樣才能減少橫(heng)向滑(hua)移帶來的輪(lun)胎磨損,而(er)四(si)驅(qu)異構機器人則可以消除這(zhe)種問(wen)題。
由(you)于兩前輪是采用的(de)全向輪,當四(si)驅異(yi)構機(ji)器人(ren)轉向時,兩前輪的(de)輥子(zi)會被動滾動,從而將滑動摩(mo)擦(ca)轉化(hua)為滾動摩(mo)擦(ca),大大降低了摩(mo)擦(ca)帶(dai)來的(de)損耗。
這(zhe)種類型的(de)機(ji)器人(ren)還有兩(liang)(liang)種變(bian)化,其一(yi)是(shi)兩(liang)(liang)個(ge)前全向(xiang)輪(lun)“去掉”電(dian)(dian)機(ji),變(bian)成被動輪(lun),產生的(de)效果和“兩(liang)(liang)前輪(lun)為被動萬向(xiang)輪(lun)”的(de)結構相似,但是(shi)有個(ge)好處是(shi),四個(ge)輪(lun)子的(de)半徑是(shi)相同(tong)的(de),越障(zhang)能力(li)比“使(shi)用(yong)被動萬向(xiang)輪(lun)”更好;其二(er)(er)是(shi)兩(liang)(liang)左(右)側(ce)的(de)兩(liang)(liang)電(dian)(dian)機(ji)合二(er)(er)為一(yi),一(yi)側(ce)僅使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)電(dian)(dian)機(ji),并(bing)使(shi)用(yong)同(tong)步帶將電(dian)(dian)機(ji)動力(li)傳送(song)到同(tong)側(ce)兩(liang)(liang)輪(lun),這(zhe)樣就可以僅使(shi)用(yong)2個(ge)電(dian)(dian)機(ji),實現機(ji)器人(ren)的(de)直線或圓(yuan)弧(hu)運動。
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