行业科普 移动机器人的常见车轮与构型

当前位置:首页 > 产品中心 > 履带扒渣机

行业科普 移动机器人的常见车轮与构型

发布时间:2022-09-02 09:22:44 来源:华体会最新全站手机版app 作者:华体会android版

  移动机器人的机械构型相对较为简单,就是一个机架上安装移动机构(轮系或履带),移动机构按照设定速度运动,整个机器人就动起来了。可以看出,移动机器人关键的两个部分就是:移动机构和机架。  为适应不同场景需求,不同类型的轮子被设计出来(如上图所示),共罗列了7种轮子,这里依次介绍:  直行轮只能沿着轮
厂家咨询电话:

13871757199

产品详情

  移动机器人的机械构型相对较为简单,就是一个机架上安装移动机构(轮系或履带),移动机构按照设定速度运动,整个机器人就动起来了。可以看出,移动机器人关键的两个部分就是:移动机构和机架。

  为适应不同场景需求,不同类型的轮子被设计出来(如上图所示),共罗列了7种轮子,这里依次介绍:

  直行轮只能沿着轮子外圆切线方向直行运动,不具有转向功能,也不能横移。直行轮既可作为主动轮使用,也可作为被动轮使用。 作为主动轮时,直行轮的轮轴与减速器输出轴相连接;作为被动轮时,直行轮的轮轴是与轮架连接,没有电机驱动。

  近年来,轮毂电机在移动机器人上获得了较为广泛的应用。轮毂电机是一种机电一体部件,它将驱动电机、传动装置、制动装置、检测装置都整合到直行轮轮毂内,使车轮的机械部分得以极大简化,有利于移动机器人实现简单化和轻量化。

  麦克纳姆轮外形炫酷,是由轮毂和外围系列辊子组成,实际运动是由轮毂转动和辊子转动两部分运动合成的。

  麦克纳姆轮的外围辊子之间存在间隙,因此麦轮运动过程中会存在轻微的震荡,且对运动连续性也有影响。麦轮的负载能力也较弱,是因为整个机器人重量会“压”在辊子轴上,而辊子轴直径很小,所以能够承受的重量也是较小的。

  麦轮的构型和工艺较其他轮子更复杂,且辊子易磨损,因此成本也更高。麦轮的运动是依赖于辊子的运动的,假如麦轮在室外非结构化场景(泥土、杂草)中运动,辊子容易被杂物卡住而无法被动转动,因此麦轮主要被应用于结构化地面,如水泥地面等。

  将多个麦轮按照一定规律排列组合,并按照一定规律运动,就可以达到全向移动的效果,适用于室内狭窄场景。

  全向轮与麦克纳姆轮是一对“同分异构体”,全向轮的辊子轴线度,因此麦轮存在的问题,全向轮也有,从而导致两者的应用场景也是比较接近的。

  球轮的运动依赖于嵌入在轮壳内的滚球,滚球是标准球体,可朝向任意方向滚动,实现“万向”的效果。TurtleBot3机器人的前面两个轮子就是采用了球轮。采用球轮可以尽可能压低机器人底盘,但缺点是球轮接地面积小,易导致滚球磨损,所以承载能力有限。

  万向轮生活中比较常见,常被用于超市购物车、婴儿车的两个后轮。万向轮的两条轴线之间存在一定距离,可实现万向轮转向时需要先完成转向,再继续滚动的动作,且对滚轮的运动方向具有一定的导向调整作用,削弱了两个自由度的冲突程度。制造万向轮的材料有多种,最普遍的材料是:尼龙,聚氨酯,橡胶,铸铁等材料。

  舵轮有两个自由度,且可以主动控制,既可直线运动,又可转向。 舵轮也常被应用于室内机器人,通过多个舵轮组合运动,可实现全向运动。

  将不同种类和不同数量的车轮(或履带)进行排列组合,就形成了各种构型的移动机器人。下图共列出了7种常见的移动机器人类型:

  图 (a)双轮差速式机器人、(b)阿克曼式机器人、(c)四轮驱动机器人、(d)双履带式机器人

  图 (e)麦克纳姆轮全向机器人、(f)全向轮全向机器人、(g)四轮驱动四轮转向机器人

  双轮差速式机器人的两个动力轮设置在底盘左右两侧,两轮速度可独立控制,通过给定不同速度实现底盘的直线和转向控制。为保持平衡,底盘一般会配有一到两个辅助支撑的万向轮,从而形成三轮或四轮的轮系结构。

  阿克曼式机器人为四轮式,它的原理与汽车相似,由两后轮作为驱动轮提供动力,由两前轮作为转向轮控制方向,且两前轮的转角通过阿克曼转向机构关联。由于采用了与汽车相似的构造,阿克曼式机器人操纵性与汽车类似。

  四轮驱动机器人的四个直行轮大小相同、独立驱动且前后、左右对称布置,依靠左右侧直行轮的速度差实现转向。在转弯过程中,四轮驱动机器人是靠滑动摩擦实现的,因此会对直行轮及地面造成一定的磨损。因为存在严重的滑移情况,所以四轮驱动机器人难以精确控制。

  双履带式机器人底盘左右两侧各配置一套履带移动机构。每套履带移动机构由轮系、悬挂系统和履带组成。轮系包含若干驱动轮、支重轮、导向轮、托带轮;悬挂系统一般采用克里斯蒂悬挂,以保障越障性能良好;履带一般由强度高、重量轻、模量高、无收缩的复合材料制成。双履带式机器人的越障性能优良,在室外复杂环境中有较多应用。

  这四类机器人属于非全向移动机器人,意味着在平面上运动仅有2个自由度,其运动模型的相似度也较高。

  这类机器人相对比较特殊,车轮采用了麦克纳姆轮或全向轮,按照一定的规律控制车轮转动,则可以实现前、后、左、右四个方向的全向移动,比起非全向移动机器人,其灵活性更好,能够在狭窄的区域运动。但由于受到麦克纳姆轮或全向轮的限制,该类机器人的承载能力不大。另外,全向移动机器人的各个车轮产生的力会相互抵消一部分,因此同样转矩产生的净推力效率较低,综合效率不如差速式机器人。

  四轮驱动四轮转向机器人(4WD-4WS)相当于有8个电机在控制其运动,可轻松实现机器人的全向运动,具有机构简单、行动灵活、效率高等特点,在室外非结构化场景下具有较强的自适应能力。然而,随着电机数量的增加,对控制的精确性、同步性提出了更高的要求,在一定程度上加大了控制难度。

  除了以上常见构型外,还有许多非常见构型,例如:两前轮采用全向轮,两后轮采用直行轮的构型。

  移动机器人的不同构型,会带来性能上的差异,而性能上的差异又决定了其适用的场景。为了满足某一特定场景的现实需求,在移动机器人构型的优选上,需要从它的稳定性、承载性、机动性、操纵性、越障性、通过性、耐久性等多个维度加以综合考虑。


上一篇:全球最大4000吨履带式起重机首吊成功!中国力量跃上世界巅峰

下一篇:安全生产月 落实规章制度 严格操作规程

在线咨询

点击这里给我发消息 咨询设备价格

点击这里给我发消息 咨询设备服务

在线咨询

免费通话

24小时免费咨询

请输入您的联系电话,座机请加区号

免费通话

微信扫一扫

微信联系
返回顶部