轮式移动机器人的构成要素:车体、车轮、支撑机构、驱动机构

典型的轮式移动机器人的机构，由车体、车轮、车轮-车体之间 将两者结合起来的支撑机构、车轮驱动机构等构成。

(1)车体：车体是车轮支撑机构的安装基座，在机械上起着决定各个车轮位置 关系的作用。另外，它在移动面与各车轮、车轮支撑部分之间起到驱动力和制动力 等的力传递作用。在实施移动时，多数情况下需要将车体上的某特定位置定义为基准点，车体有时也充当安装搭载机械手等的基座。

(2)车轮：车轮是轮式移动机器人的移动机构，车轮与车体实现机械耦合，共 同支撑车辆的质量，同时利用它相对于移动面的自由度，起到改变车体相对位置的 作用。车轮还能对移动带来的冲击产生缓冲作用，或利用自身的变形降低接触地 面的压强，或借助于轮胎面的图纹取得防滑效果。车轮的关键问题是如何选定材 料、表面形状和结构。

按照有无推进力功能，车轮可以分为驱动轮和从动轮两大类。根据单个车轮 的自由度，车轮可划分为一般车轮、球形轮、全方位轮等几类。车轮与移动地面之 间的接触区分为滑动接触、滚动接触两种。

如图2-1-2所示，机器人上所用的车轮可以分为四大类：D一大类是在轮式移 动机器人中得到广泛使用的常用车轮，如图2-1-2(a) 所示，其结构与我们常见的 车轮相同，称为标准轮，它有两个自由度，分别是围绕轮轴和接触点的转动；第二类 为小脚轮，如图2-1-2(b) 所示，它有三个自由度，围绕垂直轴的转动、围绕偏移的 轮轴和接触点的转动；第三类为瑞典轮，通常称为全方位车轮，如图2-1-2(c) 所示， 从该类车轮侧向视图可看出，其车轮外缘布置的辊子轴线与车轮轴线具有一定夹 角。这种车轮也有三个自由度，围绕轮轴、辊子和接触点的转动；第四类为球形轮， 如图2-1-2(d) 所示，这种车轮可以沿任何方向受动力而旋转，但在技术实现上比 其他轮子要困难一些。

在这四种轮子中，标准轮和小脚轮有一个旋转主轴，因而在高度方向是有约束 的。在不同的运动方向，需要先沿着垂直轴操纵轮子。这两种轮子的主要差别 在于标准轮可以完成操纵而无副作用，因为旋转中心经过接触片着地，而小脚轮绕偏心轴旋转，在操纵期间会引起一个力，加到机器人的底盘。瑞典轮和球形轮的设 计比传统轮受力方向的约束少一些。瑞典轮的功能与标准轮一样，但它在另一方 向产生低的阻力，该方向有时垂直于常规方向，如瑞典轮90°;有时在中间角度，如 瑞典轮45°。装在轮子周围的辊子是被动的，轮的主轴是W一的与动力的连接。这 种设计的优点是：虽然轮子旋转仅通过主轴提供动力，但轮子以很小的摩擦，可以 沿许多可能的轨迹按照运动学原理移动，而不仅仅是向前或者向后移动。球形轮 是一种真正的全向轮，可以设计成沿任何方向受动力旋转。

(3)车轮支撑机构：车轮支撑机构位于车轮与车体之间，决定两者在空间上的 关系，包括自由度在内。车轮支撑机构承载车轮以上部分的载荷，并将它分解到各 个车轮上，悬挂装置、缓冲装置也应该包含在车轮支撑机构之内。

(4)驱动机构：Z常见的车轮驱动方式是用电机经过减速器后直接驱动车轮 的车轴。轮式移动机器人在多数场合中都是每个车轮有各自的驱动装置，分别进 行速度控制。实际上与移动面接触的车轮，即使它本身不直接被驱动旋转，也是能 够产生驱动力的，例如全方位车轮的移动机构。