若將部分四輪機構中的兩個聯動的舵輪用一個舵輪去替代,則在一定程度上 可以減少四輪機構的缺點,從而形成對應構型的三輪形式。圖2- 1-5為常見的差 速驅動轉向方式,后兩輪d立驅動,前輪使用腳輪作為輔助輪,這種機構的特點是機構組成簡單、WMR 旋轉半徑可從零到無限大任意設定。采用這三輪結構的機 器人轉彎過程中形成的速度瞬心位于后兩輪軸心連線上,所以即使機器人旋轉半 徑為零,旋轉中心也與車體的中心(三個車輪形成的三角區域內)不一致。但三輪 機構具有一個明顯的優點是不需要專門的懸掛系統去保持各輪與地面的可靠接 觸,設計中只需要注意車體中心的位置合理即可。
輪配置中也有一些很少見的配置方式,如圖2-1-6所示,圖2-1-6(a) 中 三 個 輪互成120°。車輪不僅可d立驅動而且可以d立轉向;圖2-1-6(b) 三個車輪采用 同步驅動系統控制,三個車輪同時用來驅動與轉向,這種機器人一個突出的特點是機器人本體相對于地面的姿態保持不變;圖2-1-6(c) 互成120°布置的三個車輪采用瑞典輪,通過d立驅動各輪可實現機器人全方位移動。
圖2-1-7是采用圖2-1-6(b) 所示的同步驅動的三輪移動機器人實例。三輪 同步驅動雖然有3個驅動和操縱輪,可是總共用了2個電機。 一個平移電機使3 個輪的速度一致,一個操縱電機使輪子繞著它們各自的垂直操縱軸一起旋轉。但 是需指出的是,輪子是相對于機器人的底盤受操縱的,因此沒有機器人底盤重新定 向的直接方法。在追求全向性的情況 下,同步驅動特別有好處,只要各垂直 的操縱軸與各輪胎的接觸路徑排列一 致,機器人就可以經常對其輪子重新定 向,并沿著新軌跡運動。當然,同步驅 動也有一定的缺點:先,平移電機一 般用單根傳輸鏈驅動3個輪子,因為驅 動鏈中的泥漿和反沖存在,所以不論何時,當驅動電機起動時,Z近的輪子在 Z遠的輪子之前旋轉,從而底盤方向有 小小的改變。連同附加的電機速度的 改變,這些小角度偏移會逐漸積累,使 圖2-1-7 同步驅動三輪移動機器人 得在航位測定期間產生大的方向誤差。
其次,移動機器人底盤的移動方向無直接控制,輪子不對稱的情況會產生各種類型 的誤差。 瑞士聯邦理工大學設計的 Tribolo 是采用3個球形輪的全向驅動的實例,如圖2-1-8(a) 所示,3個球形輪各由一個電機激勵,3個接觸點將球形輪懸掛起來, 其中2個點由球形軸承給定,另一個由連接到電機軸的輪子給定。這種設計的機 器人機動性比較好,而且設計簡單,但是它只適用于平坦的路面和小路,要制造摩擦系數大的圓形輪子是十分困難的。
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