移動機器人與運動方式
全向驅動
全向驅動是一種輪式系統,它讓機器人能在地面上朝任意方向滑行——向前、向旁、斜著走,或者打轉——而不必先把車身轉過去對準那個方向。普通汽車得先調頭、瞄準,才能去它想去的地方;而全向機器人可以徑直向左滑進一個車位,像棋子被拎起來又放下那樣,整個過程中身體卻始終朝著前方。這是地面機器人能達到的、最接近氣墊球桌上那枚懸浮冰球般自由移動的狀態。
訣竅就藏在輪子本身。普通輪子會橫向咬住地面、拒絕朝側面滑動,這正是汽車無法橫著走的原因。特殊的輪子繞開了這一點:全向輪(omni 輪)的輪緣上圍著一圈能自由轉動的小滾子,而麥克納姆輪的滾子則以 45 度的角度斜裝。這些小滾子讓輪子能沿著自己的軸向自由地溜走,同時照常向前推進。讓三個或四個這樣的輪子以精心選定的速度和方向轉動,機器人就把它們各自的推力加總成一個合成的運動,這個運動可以指向任何方向——而且能一邊平移、一邊轉動。
在狹窄擁擠的空間裡,這份自由是無價之寶:倉庫機器人要在貨架之間側身挪動,競賽機器人要朝任意方向疾馳,工廠小車要不用三點調頭就精準對接。代價是,全向輪和麥克納姆輪比普通輪子更複雜、更貴、效率也更低——那些側滾子會稍稍打滑、浪費一些能量,還討厭粗糙或髒污的地面——所以設計者只有在「能朝四面八方移動」比「簡單耐用地滾動」更值得時,才會選用它們。
一台馱著寬托盤的倉庫機器人要從側面進入一條狹窄的過道;它不用倒車再重新對準,而是直接筆直地橫滑進那道縫裡,同時始終與貨架保持端正對齊。
靠裝有滾子的特殊輪子橫向平移——根本不用轉身。
正因為能朝任意方向直接移動,全向驅動是完整約束(holonomic)移動機器人的經典例子。
又稱
另見