機(jī)器人底盤設(shè)計(jì)同步驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的輪子裝配

一些機(jī)器人是全向的，這意味著它們可以在任何時(shí)候沿著地平面(x,y) 向任意方 向運(yùn)動(dòng)，而不管機(jī)器人圍繞它垂直軸的方向。這一層次的機(jī)動(dòng)性需要能朝一個(gè)以上 方向運(yùn)動(dòng)的輪子。所以，全向機(jī)器人經(jīng)常使用有動(dòng)力的瑞典輪或球形輪。天王星 (Uranus) 是個(gè)很好的例子，如圖2.30所示。這個(gè)機(jī)器人使用4個(gè)瑞典輪，能d立地 旋轉(zhuǎn)和平移且不受限制。

在室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用中，同步驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)(圖2.28)是一種流行的輪子裝配，也是 一個(gè)令人很感興趣的結(jié)構(gòu)。因?yàn)樗�雖然有3個(gè)驅(qū)動(dòng)和操縱輪，可是總共只用了2個(gè)電機(jī)。一個(gè)平移電機(jī)設(shè)置3個(gè)輪子一起的速度； 一個(gè)操縱電機(jī)，使所有輪子繞著它們 各自的垂直操縱軸一起旋轉(zhuǎn)。但要注意的是，輪子是相對于機(jī)器人的底盤受操縱的， 所以，沒有直接方法重新設(shè)定機(jī)器人底盤的方向。實(shí)際上，由于凹凸不平輪胎的滑動(dòng)，在整個(gè)時(shí)間里底盤方向一定會(huì)漂移，造成旋轉(zhuǎn)的航位測定誤差。

在追求全向性的情況下，同步驅(qū)動(dòng)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(jī)器人就可以經(jīng)常對其輪子重新定向，并沿著新軌跡運(yùn)動(dòng)而不 改變它的腳印。當(dāng)然，如果機(jī)器人的底盤有定向功能，并且設(shè)計(jì)者有意地打算重新定向底盤，那么當(dāng)它與一個(gè)裝在輪子底盤上的d立旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤結(jié)合時(shí)，同步驅(qū)動(dòng)則是W 一合適的。商業(yè)上的研究機(jī)器人，如Nomadics150 或 RWI B21r,都以這種結(jié)構(gòu)出售 (圖1. 12)。

根據(jù)航位測定，同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般優(yōu)于真正的全向結(jié)構(gòu)，但劣于差動(dòng)驅(qū)動(dòng)和 Ackerman 操縱系統(tǒng)。對此有兩個(gè)主要的原因：先，平移電機(jī)一般用單根傳送帶驅(qū) 動(dòng)3個(gè)輪子。因?yàn)轵?qū)動(dòng)鏈中的泥漿和反沖存在，所以不論何時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)參與時(shí)， Z近的輪子在Z遠(yuǎn)的輪子之前開始旋轉(zhuǎn)，從而引起底盤方向小的改變。連同電機(jī)速 度的附加改變，這些小角度偏移會(huì)積累，在航位測定期間產(chǎn)生大的方向誤差。其次， 移動(dòng)機(jī)器人底盤的方向無直接控制。根據(jù)底盤的方向，輪子的推力可以是高度不對 稱的，2個(gè)輪子在一邊，第3個(gè)輪子在單d一邊；如果對稱，則一邊1個(gè)輪子，另外1個(gè) 輪子在前頭或后面，如圖2.22所示。當(dāng)輪胎-地面滑動(dòng)時(shí)，不對稱的情況會(huì)產(chǎn)生各種 類型的誤差，再次在機(jī)器人方向的航位測定中造成誤差。