機器人開發平(ping)臺關鍵的(de)兩個(ge)部分就是(shi):輪(lun)子和機架的(de)構(gou)型。
機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)開(kai)發平(ping)臺常見8種構型.(a)兩輪差(cha)速(su)驅動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren),(b)car-like robot,(c)四(si)輪驅動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren),(d)履(lv)帶式機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren),(e)麥輪全(quan)向平(ping)臺,(f)全(quan)向輪全(quan)向平(ping)臺,(g)四(si)驅四(si)轉機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren),(h)四(si)驅異構機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren).
這(zhe)四(si)類機(ji)(ji)器(qi)人屬于非(fei)全向(xiang)移動(dong)(dong)機(ji)(ji)器(qi)人,意味著在(zai)平面上運(yun)動(dong)(dong)僅有(you)2個自由度,其(qi)運(yun)動(dong)(dong)模型(xing)的相似度也較(jiao)高(可(ke)參考《常(chang)見(jian)移動(dong)(dong)機(ji)(ji)器(qi)人運(yun)動(dong)(dong)學模型(xing)》)。
這兩類相對特殊(shu),采(cai)用了麥(mai)輪/全向輪,按照一定規律控制輪子轉動(dong),則可以實(shi)現(xian)全向移動(dong),比起上述非全向移動(dong)機器(qi)人的靈(ling)活性更好(hao),能夠在狹窄的區域運(yun)動(dong)(可參考《常見(jian)移動(dong)機器(qi)人運(yun)動(dong)學模型》)。
圖(tu) 2.3(g)中的四個(ge)藍色原(yuan)點表示舵輪(lun)(lun)的位置,上述談到每個(ge)舵輪(lun)(lun)有(you)兩個(ge)電機,分別控制輪(lun)(lun)子滾動和轉向(xiang),因此這種類型的機器人也被稱為四驅四轉移動機器人。
四驅(qu)四轉機器(qi)人(ren)相當于有(you)8個(ge)電(dian)機在控制其運(yun)動(dong),因此可(ke)輕松實現機器(qi)人(ren)的全(quan)向運(yun)動(dong)。相較(jiao)于麥輪/全(quan)向輪全(quan)向平(ping)臺,舵輪是沒有(you)輥(gun)子(zi)的,因此負(fu)載能力更強,輪子(zi)耐(nai)磨(mo)性更好,且(qie)室外非結構化場景的適應能力更強。
當然,也(ye)可(ke)以將四驅四轉移動(dong)機器(qi)人的某一(yi)對(dui)角線(xian)上的一(yi)對(dui)輪子更(geng)換(huan)為被動(dong)萬向(xiang)輪,通過另一(yi)對(dui)角線(xian)上的一(yi)對(dui)舵(duo)輪驅動(dong)運(yun)動(dong),這樣(yang)就(jiu)省掉4個電機,也(ye)能達到(dao)全向(xiang)運(yun)動(dong)的效果,只是驅動(dong)功率相(xiang)對(dui)降(jiang)低了,成(cheng)本也(ye)就(jiu)降(jiang)低了。
四驅異(yi)構機(ji)器人(這是(shi)(shi)筆者擬定的名字)的兩(liang)前輪采用全向輪,兩(liang)后輪采用普通橡膠輪,這種構型是(shi)(shi)之前在(zai)文(wen)獻(xian)閱讀時候偶然看到的,比(bi)較(jiao)新穎。
在《四輪驅(qu)動(SSMR)移(yi)動機器(qi)人運動模型及應用分析》一(yi)文(wen)中,我們分析兩左(右)側(ce)輪的(de)輪速需要(yao)保(bao)持(chi)一(yi)致(zhi),這(zhe)樣才能減(jian)少橫(heng)向滑(hua)移(yi)帶(dai)來的(de)輪胎磨(mo)損,而(er)四驅(qu)異(yi)構機器(qi)人則可以消除這(zhe)種問(wen)題。
由于兩前輪(lun)是采用的全(quan)向輪(lun),當四驅異構機(ji)器人轉向時(shi),兩前輪(lun)的輥子會被動滾(gun)動,從而(er)將滑動摩擦(ca)轉化(hua)為滾(gun)動摩擦(ca),大大降低了摩擦(ca)帶來的損耗(hao)。
這(zhe)種(zhong)類型(xing)的(de)(de)機(ji)(ji)器人(ren)還(huan)有兩(liang)(liang)種(zhong)變(bian)化,其一是兩(liang)(liang)個前(qian)全向輪(lun)(lun)“去掉(diao)”電(dian)(dian)機(ji)(ji),變(bian)成被(bei)動(dong)輪(lun)(lun),產生的(de)(de)效果和(he)“兩(liang)(liang)前(qian)輪(lun)(lun)為(wei)被(bei)動(dong)萬向輪(lun)(lun)”的(de)(de)結構相似,但是有個好處(chu)是,四個輪(lun)(lun)子(zi)的(de)(de)半徑是相同的(de)(de),越障能力比(bi)“使(shi)用被(bei)動(dong)萬向輪(lun)(lun)”更好;其二是兩(liang)(liang)左(右)側的(de)(de)兩(liang)(liang)電(dian)(dian)機(ji)(ji)合(he)二為(wei)一,一側僅(jin)使(shi)用一個電(dian)(dian)機(ji)(ji),并使(shi)用同步帶將電(dian)(dian)機(ji)(ji)動(dong)力傳送到同側兩(liang)(liang)輪(lun)(lun),這(zhe)樣就(jiu)可以僅(jin)使(shi)用2個電(dian)(dian)機(ji)(ji),實現機(ji)(ji)器人(ren)的(de)(de)直線或圓(yuan)弧運動(dong)。
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