轮式移动底盘发展现状分析

2018-08-15郎旬旬

现代制造技术与装备 2018年7期

徐冰郎旬旬

（1.沈阳新松机器人自动化股份有限公司，沈阳 110168；2.沈阳塑力电缆有限公司，沈阳 110121）

当前，人工智能发展速度惊人，智能移动设备以飞快的速度进入人们的视野，走进人们的生活。从2010年开始，智能移动设备以服务类机器人为标志，由萌芽阶段进入急速发展阶段。家居的智能移动机器人、物流的搬运移动机器人、工业的搬运运输agv和户外的环境探查移动车等，大部分采用的是轮式的移动结构[1]。轮式结构种类多样，对于地面的适应性好，下面来解析下几种主流的轮式结构的应用。

1 双轮差动驱动轮式结构

双轮差动驱动轮式结构，是机器人普遍应用的移动结构，现在大部分服务类机器人都采用的这种结构，而生活中最常见应用这种结构的就是扫地机器人[2]。这种结构布置简单，且经济实用，在生活环境下的平整地面上应用是最理想的选择，一般双差动驱动轮会配合一到四个万向从动轮组成一个移动底盘。按照驱动轮和万向从动轮的布置位置不同，又可分为中央双轮差动驱动结构、后置双轮差动驱动结构以及前置双轮差动驱动结构。

1.1 中央双轮差动驱动结构

移动的服务类机器人基本都是中央双轮差动驱动结构，即双差动驱动轮布置在中央，前后对称布置两对万向轮，如图1所示，这样能保证机器人各个方向的平稳。整个主体靠四个从动轮支撑，驱动轮靠弹簧机构压向地面，增大驱动轮与地面的摩擦力，使地面能提供给驱动轮足够的驱动力。运动方面，中央双轮差动可以实现0转弯半径即原地回转，使其具有极高的行走灵活性，目前产品化应用这种结构最多的，当是物流的搬运移动平台，物流公司的仓储设备已经非常常见这种结构。

1.2 后置双轮差动驱动结构

生活中的扫地机器人基本应用的是后置双轮差动驱动结构，如图2所示，两个驱动轮偏后布置，前面有一个万向轮从动，整个机器人靠三个轮支撑，转向靠双轮差动实现。这种结构比较适合体积小、重量轻的移动设备应用，因为主动轮偏后，转向时，旋转中心后置，如果体积大、重量大的设备用这种布置，转弯时需要更多的动力。

1.3 前置双轮差动驱动结构

前置双轮差动驱动结构主要应用在一些偏户外的移动设备或者移动机器人上，一般在后面配合两个万向从动轮构成整个移动的底盘，由于驱动轮在前面，这种结构是三种双轮差动结构中通过能力最好的。

图1 中央双轮差动驱动结构

图2 后置双轮差动驱动结构

2 四转向驱动轮结构

四转向驱动轮结构，目前应用的不是很多。典型的产品为adept旗下的seekur全能型户外移动机器人平台。它有四个可360°转向的轮系，并且每个轮系都配备了独立的减震系统，它可以在地面上全方向平移，灵活性非常高。四驱为它在户外行走提供了非常足的驱动力，同时配备减震系统，使其在相对复杂的地面环境下通过能力以及平稳性都高于一般的户外移动平台。但由于四转向结构相对复杂，成本较高，并且一般的环境下并不需要这么高的行动能力，因此这种结构的应用目前还不是很广泛。

目前使用结构最多的是刚性连接的四轮驱动移动平台，即四个驱动轮纯刚性地连接在本体上，这种结构整体比较简单，易实现，能够满足多数情况下的需求[3]。目前市面上大多数的产品都应用了这种结构。然而，对于户外的环境来讲，这种结构还不能极大地满足，不过可以进行一些简单的设计，使移动平台对户外环境的适应性提高一个层次。

人们可以在移动平台后轮部分使用摆动悬架结构，如图3所示。摆动悬架结构即移动平台的两个后驱动轮固定在摆动悬架上，而摆动悬架中部与本体通过铰链连接，悬架可以围绕铰链进行摆动，在悬架两侧加入减震，可以极大地减少两车轮的震动，减少外界震动传入本体。前驱动轮刚性连接，后驱动轮采用摆动悬架结构，这种设计可以使整个移动平台对地面情况的适应性提高一个层级，非极端条件下基本不会出现车轮空转的状况。由于摆动悬架可以摆动，所以后驱动轮能始终通过摆动来实现与地面的贴合，后悬架实际上可以看作是接触地面的一个点，而三点成一面，所以理论上两个前轮与后悬架形成与地面接触的三个点，保证了整个平台与地面的完全接触，体现了对复杂地形的适应性。