为什么在平地上轮子最划算
如果你想让机器人在平滑的地面上移动，最简单、最便宜、也最省能量的答案几乎总是轮子。这正是轮式移动的核心：机器人不必抬脚再落脚，而是滚动前进。滚动的轮子几乎不与重力较劲——一旦转起来，只需克服少量摩擦再加上电机的推动，就能持续前进。这就是为什么购物车、汽车和办公椅都靠滚动而不是走路。
对比一下腿。会走路的机器人必须不停地防止自己摔倒、把沉重的肢体向前摆动，还要单脚保持平衡。这一切都需要精巧的控制和大量的能量。腿在楼梯、碎石和崎岖野外才显出价值，但在仓库地面上就是大材小用。初学者制作第一台机器人时几乎总是从轮子起步，因为一个下午就能让它动起来。
差速驱动：两个轮子加一个小窍门
小型机器人最常见的布局是差速驱动。设想左右两侧各装一个轮子，每个由各自的电机驱动，再加上一个可自由滚动的脚轮（像购物车上那种万向轮），只是为了防止机器人倾倒。整个结构没有任何方向盘。你完全靠决定每个驱动轮转多快来转向。
机器人的全部行为都源自一个简单的想法：比较两个轮子的速度。如果两个轮子以相同速度向前转，机器人就直线行驶。如果右轮转得比左轮快，机器人就向左弯，划出一道柔和的弧线。而真正的妙处在于——如果让左轮倒转、右轮以相同速率正转，机器人就原地转向，绕着自己的中心打转而不挪动位置。这种原地旋转的能力是普通汽车做不到的。
- 两轮等速、同向 → 直线前进。
- 两轮不同速、同向 → 沿弧线转弯（较慢的轮子在转弯的内侧）。
- 两轮等速、反向 → 绕中心原地旋转。
靠数圈数来推测自己在哪
机器人一旦能动，下一个问题就是：它现在在哪？最便宜的答案正是复用那些让它移动的轮子。每个轮轴上都装有一个旋转编码器，这是一个小型传感器，用来计量轮子转了多远——通常每转一圈就有数百乃至上千个脉冲。只要知道轮子的周长，数脉冲就能告诉你那个轮子滚了多远。
把左右两侧的距离和上一节的几何关系结合起来，你就能不断更新对机器人位置和朝向的估计。这种由轮子运动累加而成的实时估计称为里程计——字面意思就是测量道路。它是一种航位推算：通过把自某个已知起点以来的每一个微小移动累加起来，从而判断自己身在何处，就像水手当年靠航速和经过的时间来追踪船只一样。
left_dist = ticks_left / ticks_per_rev * wheel_circumference right_dist = ticks_right / ticks_per_rev * wheel_circumference forward = (left_dist + right_dist) / 2 # how far the center moved turn = (right_dist - left_dist) / wheel_base # how much the heading changed
简单两轮机器人的长处与极限
差速驱动随处可见，正因为它既便宜又能干。扫地机器人用它在椅子腿之间穿行、在狭窄角落里原地转身。科研和教学实验室钟爱小型两轮平台，因为其运动易于建模和编程，使它们成为学习导航的绝佳试验场。许多在仓库里搬运货盘的机器人，也在更大尺度上采用同样的方案。
但同样的简单也设下了极限。机器人无法横向移动，所以要挤进类似平行泊车的空隙，就得来回笨拙地挪动。在光滑地面或急转弯时轮子可能打滑，而打滑对编码器是不可见的，会悄悄污染里程计。当然，一旦地面变成楼梯或巨石，轮子就束手无策——而这恰恰是腿（后续指南的主题）接手之处。