轮式移动机器人的种类:车轮数、运动约束性、平衡特性以及控制方式来分类

轮式移动机器人种类繁多，根据不同应用、结构形式以及控制方法有各种各样 的分类方法，这里先介绍四种，即分别按照轮式移动机器人的车轮数、运动约束性、平衡特性以及控制方式来分类。

先，根据轮式移动机器人的车轮个数来分类：普通的轮式移动机器人有两个、三个、四个或六个滚轮，或有驱动(主动)轮和自位(从动)轮，或有驱动轮、转向 机构和制动机构。自位轮在沿回转轴开始转动直至转至转弯结束为止的时间内， 驱动轮产生滑动，无法确定正确的移动量和转动角度。另外，使用转向机构和制动 机构改变运动方向时，将在静止状态下产生很大的阻力16。虽然说与腿式移动机 器人相比，轮式机器人地形适应性较差，但在能量效率、运动速度、控制性能和机构 复杂性方面性能更佳(17.18)。按照平面运动的自由度划分，轮式移动机器人包括差 速轮(differential drive)式移动机器人和全方位(omni-directional) 移动机器人。由 于平面运动包含三个自由度，具有三个自由度的机器人称为全方位移动机器人。 这种类型的移动机器人运动性能优越，适于高速高灵活场合，但是其运动效率不 高。差速轮式移动机器人仅包含两个自由度，具有较高的运动效率，且结构简单， 使用场合较多。国内外对于轮式智能机器人(Wheeled Mobile Robot.WMR)的移 动载体的研究也越来越多。在这些 WMR 中根据移动平台的驱动轮、方向轮和平 衡轮的数量不同，轮式移动平台可分为二轮移动平台、三轮移动平台、四轮移动平 台和多轮移动平台，乃至全方位移动平台，两轮的WMR 的稳定性是一个主要的问 题. 目前已有人致力于双轮稳定行驶。实验三轮的WMR 比较常见，代表性的车轮 配置方式是一个前轮和两个后轮，两个后轮d立驱动，前轮仅起支撑作用，靠后轮 的差速实现转向。也有采用前轮驱动兼转向的方式。还有采用后轮驱动前轮转向 的方式，并且许多都应用到实际的系统中了。

四轮移动机构具有很好的稳定性，它的驱动方式也有多样，目前应用Z为广泛。但是四轮的 WMR 在不平的地面上行走时有可能出现一个轮子不着地的情 况，这样用码盘等传感器做里程计时将产生很大的误差。另外，如果在四个轮子上 安装四个电机来驱动的话，因为WMR 在平面上运动时Z多有三个自由度，所以会 出现冗余的情况。普通的车轮移动机构虽然对野外崎岖不平的地面适应性很差， 但由于其快速的移动性能和控制上的简易性，仍然受到研究者的青睐，而将普通的 车轮经过适当的组合之后，可以实现在阶梯上的运动，所以不少人致力于多节轮式 移动机器人的研究与开发。

第二，按照WMR 运动的约束方程可以将其分成两类：完整性约束(holonomic) 和非完整性约束(non-holonomic) 的 WMR 。考虑一个具有n 个广义坐标q 的机械 系统，受到m 个如下的约束：C(q)=0, 如果这些约束方程具有C(q)=0 的形式或 者通过积分可以化为C(q)=0 的形式，则它代表一个完整的约束。否则是一个非 完整性的约束系统。

对于一个非完整性约束的轮子来说，它只能在与轮子轴垂直的方向前进或 者后退，在不打滑的情况下不具有侧向移动的能力。在WMR 平台中，如果它的 约束方程中有非完整性约束方程，或者说如果它的某个轮子不具有侧向滑动的 能力，那么它就是一个非完整约束的 WMR 。非完整约束在现实世界中是随处可 见的，象传统的车轮都属于非完整约束的轮子。非完整约束的 WMR 的运动能 力的限制使得这类系统的轨迹规划、轨迹跟踪等问题中又增加了一个约束条件 而变得困难了，另外，在非完整约束条件下的WMR 的运动学方程和动力学方程 是非线性函数，用常规的线性控制理论进行控制是很困难的，而且也不能简单地化 成线性的系统。可见，对于非完整约束的WMR 的控制也存在一定的难度，但由于 它的普遍性，目前有为数不少的学者在致力于非完整性移动机器人的运动控制的 研究。

第三，根据轮式移动机器人平衡性能分类，有动态平衡式和静态平衡式两种。 单轮和双轮移动机器人由于机构的d特性，需要采用动态平衡原理才能实现正常 运动，因此又称为动态平衡移动机器人。单轮移动机器人与双轮移动机器人采用 不同的运动原理，两者的机构也完全不同。单轮移动机器人典型的例子是卡内基- 梅隆大学机器人研究所研制的Gyrover I和 Gyrover Ⅱ机器人19(见图1-2-1), 它采用回转平衡的方式实现机器人的动态平衡。双轮移动机器人采用移动倒立摆 原理实现机器人的动态平衡，Segway 移动交通工具是双轮移动机器人研究成果的 代表。多轮移动机器人中Z为常见的是三轮和四轮移动机器人。

Z后，根据控制方式分类：有遥控操纵式、程序数值控制式、示教再现式和自主 控制式。按照轮子的数量分类，可分为单轮、双轮移动机器人和多轮移动机器人。