輪式移動底盤發展現狀分析

徐 冰 郎旬旬

（1.沈陽新松機器人自動化股份有限公司，沈陽 110168；2.沈陽塑力電纜有限公司，沈陽 110121）

當前，人工智能發展速度驚人，智能移動設備以飛快的速度進入人們的視野，走進人們的生活。從2010年開始，智能移動設備以服務類機器人為標志，由萌芽階段進入急速發展階段。家居的智能移動機器人、物流的搬運移動機器人、工業的搬運運輸agv和戶外的環境探查移動車等，大部分采用的是輪式的移動結構[1]。輪式結構種類多樣，對于地面的適應性好，下面來解析下幾種主流的輪式結構的應用。

1 雙輪差動驅動輪式結構

雙輪差動驅動輪式結構，是機器人普遍應用的移動結構，現在大部分服務類機器人都采用的這種結構，而生活中最常見應用這種結構的就是掃地機器人[2]。這種結構布置簡單，且經濟實用，在生活環境下的平整地面上應用是最理想的選擇，一般雙差動驅動輪會配合一到四個萬向從動輪組成一個移動底盤。按照驅動輪和萬向從動輪的布置位置不同，又可分為中央雙輪差動驅動結構、后置雙輪差動驅動結構以及前置雙輪差動驅動結構。

1.1 中央雙輪差動驅動結構

移動的服務類機器人基本都是中央雙輪差動驅動結構，即雙差動驅動輪布置在中央，前后對稱布置兩對萬向輪，如圖1所示，這樣能保證機器人各個方向的平穩。整個主體靠四個從動輪支撐，驅動輪靠彈簧機構壓向地面，增大驅動輪與地面的摩擦力，使地面能提供給驅動輪足夠的驅動力。運動方面，中央雙輪差動可以實現0轉彎半徑即原地回轉，使其具有極高的行走靈活性，目前產品化應用這種結構最多的，當是物流的搬運移動平臺，物流公司的倉儲設備已經非常常見這種結構。

1.2 后置雙輪差動驅動結構

生活中的掃地機器人基本應用的是后置雙輪差動驅動結構，如圖2所示，兩個驅動輪偏后布置，前面有一個萬向輪從動，整個機器人靠三個輪支撐，轉向靠雙輪差動實現。這種結構比較適合體積小、重量輕的移動設備應用，因為主動輪偏后，轉向時，旋轉中心后置，如果體積大、重量大的設備用這種布置，轉彎時需要更多的動力。

1.3 前置雙輪差動驅動結構

前置雙輪差動驅動結構主要應用在一些偏戶外的移動設備或者移動機器人上，一般在后面配合兩個萬向從動輪構成整個移動的底盤，由于驅動輪在前面，這種結構是三種雙輪差動結構中通過能力最好的。

圖1 中央雙輪差動驅動結構

圖2 后置雙輪差動驅動結構

2 四轉向驅動輪結構

四轉向驅動輪結構，目前應用的不是很多。典型的產品為adept旗下的seekur全能型戶外移動機器人平臺。它有四個可360°轉向的輪系，并且每個輪系都配備了獨立的減震系統，它可以在地面上全方向平移，靈活性非常高。四驅為它在戶外行走提供了非常足的驅動力，同時配備減震系統，使其在相對復雜的地面環境下通過能力以及平穩性都高于一般的戶外移動平臺。但由于四轉向結構相對復雜，成本較高，并且一般的環境下并不需要這么高的行動能力，因此這種結構的應用目前還不是很廣泛。

目前使用結構最多的是剛性連接的四輪驅動移動平臺，即四個驅動輪純剛性地連接在本體上，這種結構整體比較簡單，易實現，能夠滿足多數情況下的需求[3]。目前市面上大多數的產品都應用了這種結構。然而，對于戶外的環境來講，這種結構還不能極大地滿足，不過可以進行一些簡單的設計，使移動平臺對戶外環境的適應性提高一個層次。

人們可以在移動平臺后輪部分使用擺動懸架結構，如圖3所示。擺動懸架結構即移動平臺的兩個后驅動輪固定在擺動懸架上，而擺動懸架中部與本體通過鉸鏈連接，懸架可以圍繞鉸鏈進行擺動，在懸架兩側加入減震，可以極大地減少兩車輪的震動，減少外界震動傳入本體。前驅動輪剛性連接，后驅動輪采用擺動懸架結構，這種設計可以使整個移動平臺對地面情況的適應性提高一個層級，非極端條件下基本不會出現車輪空轉的狀況。由于擺動懸架可以擺動，所以后驅動輪能始終通過擺動來實現與地面的貼合，后懸架實際上可以看作是接觸地面的一個點，而三點成一面，所以理論上兩個前輪與后懸架形成與地面接觸的三個點，保證了整個平臺與地面的完全接觸，體現了對復雜地形的適應性。

圖3 擺動懸架結構

3 結語

根據對輪式移動結構的詳細分析，筆者初步了解了每種結構特點以及所適合的應用領域。在各式各樣的應用環境下，每種輪系結構都發揮著獨有的優勢和作用，不過每一種輪系結構從技術角度上講，還有潛力可挖掘，隨著技術的發展和需求的精益求精，還會有更多的結構被開發出來。