輪式移動機器人的構成要素:車體、車輪、支撐機構、驅動機構

典型的輪式移動機器人的機構，由車體、車輪、車輪-車體之間 將兩者結合起來的支撐機構、車輪驅動機構等構成。

(1)車體：車體是車輪支撐機構的安裝基座，在機械上起著決定各個車輪位置 關系的作用。另外，它在移動面與各車輪、車輪支撐部分之間起到驅動力和制動力 等的力傳遞作用。在實施移動時，多數(shù)情況下需要將車體上的某特定位置定義為基準點，車體有時也充當安裝搭載機械手等的基座。

(2)車輪：車輪是輪式移動機器人的移動機構，車輪與車體實現(xiàn)機械耦合，共 同支撐車輛的質量，同時利用它相對于移動面的自由度，起到改變車體相對位置的 作用。車輪還能對移動帶來的沖擊產(chǎn)生緩沖作用，或利用自身的變形降低接觸地 面的壓強，或借助于輪胎面的圖紋取得防滑效果。車輪的關鍵問題是如何選定材 料、表面形狀和結構。

按照有無推進力功能，車輪可以分為驅動輪和從動輪兩大類。根據(jù)單個車輪 的自由度，車輪可劃分為一般車輪、球形輪、全方位輪等幾類。車輪與移動地面之 間的接觸區(qū)分為滑動接觸、滾動接觸兩種。

如圖2-1-2所示，機器人上所用的車輪可以分為四大類：D一大類是在輪式移 動機器人中得到廣泛使用的常用車輪，如圖2-1-2(a) 所示，其結構與我們常見的 車輪相同，稱為標準輪，它有兩個自由度，分別是圍繞輪軸和接觸點的轉動；第二類 為小腳輪，如圖2-1-2(b) 所示，它有三個自由度，圍繞垂直軸的轉動、圍繞偏移的 輪軸和接觸點的轉動；第三類為瑞典輪，通常稱為全方位車輪，如圖2-1-2(c) 所示， 從該類車輪側向視圖可看出，其車輪外緣布置的輥子軸線與車輪軸線具有一定夾 角。這種車輪也有三個自由度，圍繞輪軸、輥子和接觸點的轉動；第四類為球形輪， 如圖2-1-2(d) 所示，這種車輪可以沿任何方向受動力而旋轉，但在技術實現(xiàn)上比 其他輪子要困難一些。

在這四種輪子中，標準輪和小腳輪有一個旋轉主軸，因而在高度方向是有約束 的。在不同的運動方向，需要先沿著垂直軸操縱輪子。這兩種輪子的主要差別 在于標準輪可以完成操縱而無副作用，因為旋轉中心經(jīng)過接觸片著地，而小腳輪繞偏心軸旋轉，在操縱期間會引起一個力，加到機器人的底盤。瑞典輪和球形輪的設 計比傳統(tǒng)輪受力方向的約束少一些。瑞典輪的功能與標準輪一樣，但它在另一方 向產(chǎn)生低的阻力，該方向有時垂直于常規(guī)方向，如瑞典輪90°;有時在中間角度，如 瑞典輪45°。裝在輪子周圍的輥子是被動的，輪的主軸是W一的與動力的連接。這 種設計的優(yōu)點是：雖然輪子旋轉僅通過主軸提供動力，但輪子以很小的摩擦，可以 沿許多可能的軌跡按照運動學原理移動，而不僅僅是向前或者向后移動。球形輪 是一種真正的全向輪，可以設計成沿任何方向受動力旋轉。

(3)車輪支撐機構：車輪支撐機構位于車輪與車體之間，決定兩者在空間上的 關系，包括自由度在內(nèi)。車輪支撐機構承載車輪以上部分的載荷，并將它分解到各 個車輪上，懸掛裝置、緩沖裝置也應該包含在車輪支撐機構之內(nèi)。

(4)驅動機構：Z常見的車輪驅動方式是用電機經(jīng)過減速器后直接驅動車輪 的車軸。輪式移動機器人在多數(shù)場合中都是每個車輪有各自的驅動裝置，分別進 行速度控制。實際上與移動面接觸的車輪，即使它本身不直接被驅動旋轉，也是能 夠產(chǎn)生驅動力的，例如全方位車輪的移動機構。