輪式移動(dòng)機(jī)器人的構(gòu)成要素:車體、車輪、支撐機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

典型的輪式移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)，由車體、車輪、車輪-車體之間 將兩者結(jié)合起來(lái)的支撐機(jī)構(gòu)、車輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。

(1)車體：車體是車輪支撐機(jī)構(gòu)的安裝基座，在機(jī)械上起著決定各個(gè)車輪位置 關(guān)系的作用。另外，它在移動(dòng)面與各車輪、車輪支撐部分之間起到驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力 等的力傳遞作用。在實(shí)施移動(dòng)時(shí)，多數(shù)情況下需要將車體上的某特定位置定義為基準(zhǔn)點(diǎn)，車體有時(shí)也充當(dāng)安裝搭載機(jī)械手等的基座。

(2)車輪：車輪是輪式移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，車輪與車體實(shí)現(xiàn)機(jī)械耦合，共 同支撐車輛的質(zhì)量，同時(shí)利用它相對(duì)于移動(dòng)面的自由度，起到改變車體相對(duì)位置的 作用。車輪還能對(duì)移動(dòng)帶來(lái)的沖擊產(chǎn)生緩沖作用，或利用自身的變形降低接觸地 面的壓強(qiáng)，或借助于輪胎面的圖紋取得防滑效果。車輪的關(guān)鍵問(wèn)題是如何選定材 料、表面形狀和結(jié)構(gòu)。

按照有無(wú)推進(jìn)力功能，車輪可以分為驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪兩大類。根據(jù)單個(gè)車輪 的自由度，車輪可劃分為一般車輪、球形輪、全方位輪等幾類。車輪與移動(dòng)地面之 間的接觸區(qū)分為滑動(dòng)接觸、滾動(dòng)接觸兩種。

如圖2-1-2所示，機(jī)器人上所用的車輪可以分為四大類：D一大類是在輪式移 動(dòng)機(jī)器人中得到廣泛使用的常用車輪，如圖2-1-2(a) 所示，其結(jié)構(gòu)與我們常見(jiàn)的 車輪相同，稱為標(biāo)準(zhǔn)輪，它有兩個(gè)自由度，分別是圍繞輪軸和接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)；第二類 為小腳輪，如圖2-1-2(b) 所示，它有三個(gè)自由度，圍繞垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)、圍繞偏移的 輪軸和接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)；第三類為瑞典輪，通常稱為全方位車輪，如圖2-1-2(c) 所示， 從該類車輪側(cè)向視圖可看出，其車輪外緣布置的輥?zhàn)虞S線與車輪軸線具有一定夾 角。這種車輪也有三個(gè)自由度，圍繞輪軸、輥?zhàn)雍徒佑|點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)；第四類為球形輪， 如圖2-1-2(d) 所示，這種車輪可以沿任何方向受動(dòng)力而旋轉(zhuǎn)，但在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上比 其他輪子要困難一些。

在這四種輪子中，標(biāo)準(zhǔn)輪和小腳輪有一個(gè)旋轉(zhuǎn)主軸，因而在高度方向是有約束 的。在不同的運(yùn)動(dòng)方向，需要先沿著垂直軸操縱輪子。這兩種輪子的主要差別 在于標(biāo)準(zhǔn)輪可以完成操縱而無(wú)副作用，因?yàn)樾�轉(zhuǎn)中心經(jīng)過(guò)接觸片著地，而小腳輪繞偏心軸旋轉(zhuǎn)，在操縱期間會(huì)引起一個(gè)力，加到機(jī)器人的底盤。瑞典輪和球形輪的設(shè) 計(jì)比傳統(tǒng)輪受力方向的約束少一些。瑞典輪的功能與標(biāo)準(zhǔn)輪一樣，但它在另一方 向產(chǎn)生低的阻力，該方向有時(shí)垂直于常規(guī)方向，如瑞典輪90°;有時(shí)在中間角度，如 瑞典輪45°。裝在輪子周圍的輥?zhàn)邮潜粍?dòng)的，輪的主軸是W一的與動(dòng)力的連接。這 種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：雖然輪子旋轉(zhuǎn)僅通過(guò)主軸提供動(dòng)力，但輪子以很小的摩擦，可以 沿許多可能的軌跡按照運(yùn)動(dòng)學(xué)原理移動(dòng)，而不僅僅是向前或者向后移動(dòng)。球形輪 是一種真正的全向輪，可以設(shè)計(jì)成沿任何方向受動(dòng)力旋轉(zhuǎn)。

(3)車輪支撐機(jī)構(gòu)：車輪支撐機(jī)構(gòu)位于車輪與車體之間，決定兩者在空間上的 關(guān)系，包括自由度在內(nèi)。車輪支撐機(jī)構(gòu)承載車輪以上部分的載荷，并將它分解到各 個(gè)車輪上，懸掛裝置、緩沖裝置也應(yīng)該包含在車輪支撐機(jī)構(gòu)之內(nèi)。

(4)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：Z常見(jiàn)的車輪驅(qū)動(dòng)方式是用電機(jī)經(jīng)過(guò)減速器后直接驅(qū)動(dòng)車輪 的車軸。輪式移動(dòng)機(jī)器人在多數(shù)場(chǎng)合中都是每個(gè)車輪有各自的驅(qū)動(dòng)裝置，分別進(jìn) 行速度控制。實(shí)際上與移動(dòng)面接觸的車輪，即使它本身不直接被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，也是能 夠產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的，例如全方位車輪的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。