全方位移動的輪子，機(jī)器人移動底盤的精妙設(shè)計

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對于地面移動機(jī)器人來說，底盤是非常重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常位于機(jī)器人靠近地面的部分。機(jī)器人又一核心部分——執(zhí)行器，你了解有多少？底盤的定義：移動機(jī)器人用于移動的部分通常稱為底盤。底盤的作用：負(fù)責(zé)機(jī)器人的運動和轉(zhuǎn)向，是機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

不同的應(yīng)用場景對機(jī)器人底盤的要求不一樣。以掃地機(jī)器人為例，掃地機(jī)器人的工作目標(biāo)是清理地面上的細(xì)小垃圾。我們主要會關(guān)注它能否靈活移動到房間的各個死角并打掃干凈。所以，在掃地機(jī)器人運動的過程中，底盤除了要能夠朝各個方向移動之外，還要能夠跨越高低不同的電線、門檻等。因此，掃地機(jī)器人的底盤通常會離地面有一定高度，便于底部滾輪移動，同時方便清理垃圾。

機(jī)器人的底盤結(jié)構(gòu)類型多種多樣，以下是四種比較常見的類型。機(jī)器人腳足式底盤利用了仿生學(xué)技術(shù)，自由度高、適應(yīng)性強，但通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制起來也比較困難。

輪式底盤包含兩輪差速底盤、三輪全向輪底盤、四輪全向輪底盤、四輪汽車底盤（又稱四輪阿克曼底盤）、四輪滑移底盤等，通常根據(jù)地形來選擇不同的輪子大小、材質(zhì)。生活中常見的汽車底盤是前輪轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動。S1機(jī)器人則是四輪全向輪底盤，構(gòu)造獨特的麥克納姆輪使其具備了全方位移動的能力。

履帶式機(jī)器人底盤對路況的適應(yīng)性較好，可以輕松越過障礙，但移動速度較慢，不夠靈活。坦克就是履帶式裝甲戰(zhàn)斗車，輪子在履帶里滾動，遇到沙地、雪地、泥地等復(fù)雜地形時，寬寬的履帶可以分散坦克的重量，車也就不容易陷進(jìn)去。

球形機(jī)器人具有良好的動態(tài)和靜態(tài)平衡性，封閉性底盤使其可以行駛在無人、沙塵、潮濕或腐蝕性的惡劣環(huán)境中，并通常具有水陸兩棲功能，在行星探測、環(huán)境監(jiān)測、國防裝備、娛樂等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

底盤懸掛是連接輪子與車身的結(jié)構(gòu)，可以對車身起到支撐和緩沖減震的作用。分為：非獨立懸掛和獨立懸掛。非獨立懸掛：是兩側(cè)車輪由一根整體式車架相連，一般配有彈性懸架，系統(tǒng)懸架在車架或車身的下面。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，容易維修，缺點是穩(wěn)定性和避震效果差。

獨立懸掛：是指每個車輪單獨通過一套懸掛安裝于車身或者車橋上，車橋采用斷開式，中間一段固定于車架或者車身上。優(yōu)點是兩側(cè)車輪可以單獨運動互不影響，緩沖與減震能力很強。

麥克納姆輪簡稱麥輪，由瑞典科學(xué)家Bengt Erland IIon于上世紀(jì)70年代發(fā)明，目前被廣泛應(yīng)用于物流倉儲自動化、殘障人士出行和機(jī)器人競技比賽等領(lǐng)域。麥輪主要由輪轂、輥子和輥子軸構(gòu)成，輪轂是支撐架，輥子沿與輪轂夾角45°的方向平行排列。一般機(jī)器人有兩個左旋輪，兩個右旋輪。左旋輪和右旋輪必須按照X形安裝，才能讓機(jī)器人具有全向移動的能力。

這種全方位移動方式是基于一個有許多位于機(jī)輪周邊的輪軸的中心輪的原理上，這些成角度的周邊輪軸把一部分的機(jī)輪轉(zhuǎn)向力轉(zhuǎn)化到一個機(jī)輪法向力上面。依靠各自機(jī)輪的方向和速度，這些力的最終合成在任何要求的方向上產(chǎn)生一個合力矢量。從而保證了這個平臺在最終的合力矢量的方向上能自由地移動，而不改變機(jī)輪自身的方向。

在它的輪緣上斜向分布著許多小滾子，故輪子可以橫向滑移。小滾子的母線很特殊，當(dāng)輪子繞著固定的輪心軸轉(zhuǎn)動時，各個小滾子的包絡(luò)線為圓柱面，所以該輪能夠連續(xù)地向前滾動。麥克納姆輪結(jié)構(gòu)緊湊，運動靈活，是很成功的一種全方位輪。有4個這種新型輪子進(jìn)行組合，可以更靈活方便的實現(xiàn)全方位移動功能。

裝配了麥輪的倉儲物流車靈活性大幅提高，即便活動空間有限，在使用了靈活運動的麥輪后，貨物裝卸難的問題也能得到有效解決。裝配了麥輪的輪椅，也會讓殘障人士的出行更加便捷。
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