移动机器人与运动方式
全向驱动
全向驱动是一种轮式系统,它让机器人能在地面上朝任意方向滑行——向前、向旁、斜着走,或者打转——而不必先把车身转过去对准那个方向。普通汽车得先调头、瞄准,才能去它想去的地方;而全向机器人可以径直向左滑进一个车位,像棋子被拎起来又放下那样,整个过程中身体却始终朝着前方。这是地面机器人能达到的、最接近气垫球桌上那枚悬浮冰球般自由移动的状态。
诀窍就藏在轮子本身。普通轮子会横向咬住地面、拒绝朝侧面滑动,这正是汽车无法横着走的原因。特殊的轮子绕开了这一点:全向轮(omni 轮)的轮缘上围着一圈能自由转动的小滚子,而麦克纳姆轮的滚子则以 45 度的角度斜装。这些小滚子让轮子能沿着自己的轴向自由地溜走,同时照常向前推进。让三个或四个这样的轮子以精心选定的速度和方向转动,机器人就把它们各自的推力加总成一个合成的运动,这个运动可以指向任何方向——而且能一边平移、一边转动。
在狭窄拥挤的空间里,这份自由是无价之宝:仓库机器人要在货架之间侧身挪动,竞赛机器人要朝任意方向疾驰,工厂小车要不用三点掉头就精准对接。代价是,全向轮和麦克纳姆轮比普通轮子更复杂、更贵、效率也更低——那些侧滚子会稍稍打滑、浪费一些能量,还讨厌粗糙或脏污的地面——所以设计者只有在“能朝四面八方移动”比“简单耐用地滚动”更值得时,才会选用它们。
一台驮着宽托盘的仓库机器人要从侧面进入一条狭窄的过道;它不用倒车再重新对准,而是直接笔直地横滑进那道缝里,同时始终与货架保持端正对齐。
靠装有滚子的特殊轮子横向平移——根本不用转身。
正因为能朝任意方向直接移动,全向驱动是完整约束(holonomic)移动机器人的经典例子。
又称
另见