機器人的驅動方式并不是指機器人的動力究竟是由電機提供的還是由內燃機提供的,而 是指如何讓機器人行動起來的。比如,有的機器人只有兩個輪子驅動,有的機器人則有 3個輪子驅動,有的機器人使用多足步行的方式行進,甚至還有的機器人能像蛇一樣爬 行,像壁虎一樣攀上墻壁。同學們想過沒有,為什么我們在設計機器人時要有這么多不同 種類的驅動方式呢?實際上,這些不同的驅動方式各有各的長處,圖3-1是幾種常見機器 人驅動方式的示例。
比如,三輪車式的機器人,就和我們日常生活中常見的三輪車很相像,它一般有一個 電機負責轉動兩個后輪,提供動力,另一個電機負責轉動前輪,控制行進的方向。這樣的 機器人操控起來很簡單,方向和速度能分別得到控制。但是它的缺點也很明顯,在不平坦的地方,這種機器人就很容易翻車。另外,這種機器人是不能原地轉彎的,而是有一個Z 小轉彎半徑。騎過三輪車的同學們都知道,即使把三輪車的車把轉到Z大角度,三輪車也 不能原地轉動,它只能跑一個不小的圓形,對嗎?而這個圓的半徑,就是機器人的Z小轉 彎半徑啦! 再比如,履帶式機器人可以很好地適應不平坦的地面環境,坦克車就是Z好的例子。 但是它也有速度相對比較慢、速度和方向不能分別控制、摩擦力大及能量損失大的缺點。 可見,在平坦的環境中,我們就沒必要用履帶式機器人了。
還比如,五花八門的步行機器人,它們的主要區別在于腿的數目,從雙足、四足到 六足、八足,不一而足。這類機器人對地形的適應能力非常強,世界上Z先進的四足步行 機器人已經可以翻山越嶺、跨越障礙,代替人類執行很多復雜的任務了。
總而言之,機器人要根據實際執行任務的環境不同選擇Z合適的驅動方式。
機器人采用的是Z為常見的一種機器人驅動方式——雙輪差速驅動。大家 在安裝機器人的時候應該早就發現了,我們的小機器人有兩個電機和兩個輪子(這里不考 慮主要起支撐作用的小腳輪)。對于采用這種驅動方式的機器人來說,當它運動時,無非 有這么幾種情況:左輪和右輪以同樣的速率向前轉動,機器人向正前方前進;左輪和右輪 以同樣的速率向后轉動,機器人向正后方后退;左輪和右輪的轉動速度不同時,機器人就 轉彎了,而轉彎半徑的大小取決于左右兩個輪子的轉動速度之差。還有一種特殊的情況, 如果左輪和右輪的轉動速率相同,但是方向正好相反時,機器人就可以實現原地轉動。圖 3-2說明了這幾種不同的運動情況。
為什么雙輪差速驅動能成為機器人中Z為流行的驅動方式呢?這是因為這種驅動方 式有很多明顯的優點。先,采用這種方式的機器人是靠兩個d立的輪子實現運動的,這 樣的結構簡單,機器人的運動很容易控制。其次,這種機器人還可以很靈活地實現轉彎半 徑為0的原地轉動。當然,它的缺點和優點一樣明顯:和三輪車式的機器人類似,在不平 坦的地面上運動時,這種機器人的穩定性就是個大問題了。
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