機器人/機器人型別/輪式
輪式機器人是使用電機驅動的輪子在地面上移動的機器人。這種設計比使用履帶或腿部更簡單,而且使用輪子更容易設計、建造和程式設計,以便在平坦且不太崎嶇的地形上移動。與其他型別的機器人相比,它們也更容易控制。輪式機器人的缺點是它們無法很好地在障礙物上移動,例如岩石地形、陡坡或摩擦力較低的地方。輪式機器人是最受消費者歡迎的,它們的差速轉向提供了低成本和簡便性。機器人可以有任意數量的輪子,但三個輪子足以提供靜態和動態平衡。額外的輪子可以增加平衡;但是,需要額外的機制才能在不平坦的地形上將所有輪子都保持在地面上。
大多數輪式機器人使用差速轉向,它使用單獨驅動的輪子來移動。它們可以透過以不同的速度旋轉每個輪子來改變方向。可能還有其他一些輪子沒有電機驅動,這些額外的輪子有助於保持平衡。
雙輪機器人比其他型別的機器人更難平衡,因為它們必須保持運動才能保持直立。機器人的重心保持在軸線下,通常透過將電池安裝在機身下方來實現。它們的輪子可以彼此平行,這些車輛被稱為雙輪車,也可以一個輪子在前,另一個輪子在後,形成串聯式的輪子。雙輪機器人必須保持運動才能保持直立,它們可以透過朝著機器人傾倒的方向行駛來做到這一點。為了保持平衡,機器人的底座必須始終在其重心下方。對於具有左右輪子的機器人,它至少需要兩個感測器。一個傾斜感測器用於確定傾斜角度,以及輪編碼器用於跟蹤機器人平臺的位置。

Roomba 是雙輪吸塵器,它可以自動移動清潔房間。它利用了前部的接觸感測器和頂部上的紅外感測器。

賽格威 是自平衡雙輪電動車。
幽靈騎士 是唯一參加 2005 年 DARPA 大挑戰 的雙輪機器人。它之所以獨特,是因為它的摩托車設計,與其他雙輪機器人不同,它的輪子排列方式是前後排列,這使得它在轉彎時更難平衡。這種串聯式輪子設計遠不如雙輪車常見。
三輪機器人可以分為兩種型別:差速轉向(兩個動力驅動輪,再加上一個自由旋轉輪以保持平衡)或由一個動力源驅動兩個輪子,第三個輪子使用動力轉向。對於差速轉向輪,可以透過改變兩個單獨驅動輪的相對旋轉速度來改變機器人的方向。如果兩個輪子都以相同的方向和速度驅動,則機器人將直線行駛。否則,根據旋轉速度及其方向,旋轉中心可能落在連線兩個輪子的直線上的任意位置。

這種型別的機器人重心必須落在輪子形成的三角形內。如果在自由旋轉輪的一側安裝了過重的質量,機器人就會翻倒。
對於輪式機器人來說,全向輪是一種選擇,它讓那些輪子不都在同一個軸上的機器人更容易移動。全向輪就像許多較小的輪子組成一個較大的輪子,較小的輪子的軸垂直於核心輪子的軸。這使得輪子可以在兩個方向上移動,並且能夠全方位移動,這意味著它可以立即向任何方向移動。與汽車不同的是,汽車是非全方位的,必須處於運動狀態才能改變航向。全向輪機器人可以在任何角度、任何方向上移動,無需事先旋轉。有些全向輪機器人使用三角形平臺,三個輪子以 60 度角間隔排列。使用 3 個輪子而不是 4 個輪子的優勢在於它更便宜,並且 3 個點保證在同一個平面上,所以每個輪子都與地面接觸,但只有一個輪子會朝著行駛方向旋轉。全向輪的缺點是它們效率較低,因為並非所有輪子都朝著運動方向旋轉,這也會造成摩擦損失,而且由於運動角度的計算,它們在計算上更加複雜。

與上面的差速轉向輪相同,但有兩個自由旋轉輪,以提供額外的平衡。

比三輪版本更穩定,因為重心必須保持在四個輪子形成的矩形內,而不是三角形內。這留下了更大的可用空間。儘管如此,建議將重心保持在矩形的中間,因為這是最穩定的配置,尤其是在急轉彎或在不平坦的表面上移動時。


這種機器人使用兩對動力輪。每對輪子(由一條線連線)朝同一個方向轉動。這種推進方式的難點在於讓所有輪子以相同的速度轉動。如果一對輪子的速度不同,速度較慢的輪子會打滑(效率低下)。如果兩對輪子的速度不同,機器人將無法直線行駛。一個好的設計必須包含某種類似汽車的轉向系統。

這種方法允許機器人像汽車一樣轉彎。這是一種更難建造的方法,也使航位推算更加困難。當機器人由內燃機提供動力時,該系統比之前的方法具有優勢:它只需要一個電機(當然還需要一個伺服電機用於轉向)。之前的方法需要兩個電機或一個非常複雜的變速箱,因為它們需要兩個具有獨立速度和旋轉方向的輸出軸。
在DARPA 大挑戰和城市挑戰中,機器人汽車在一系列導航測試中相互競爭。這些機器人是全自動的,可以在測試賽道上自動駕駛。國防部贊助了這場比賽,它被用來促進機器人技術的發展。
適用於較大的機器人。並不總是很實用。
尤其是在使用更多動力輪的情況下,設計變得更加複雜,因為當機器人必須向前移動時,每個輪子都必須以相同的速度轉動。差速轉向機器人左右輪之間速度的差異會導致機器人向側面移動而不是直線移動。同一側輪子之間速度的差異會導致最慢的輪子打滑。
有時會在機器人上新增一個額外的自由旋轉輪子,該輪子帶有里程計。這更精確地測量了機器人的移動方式。動力輪上的里程計排除了打滑和其他移動,因此可能存在誤差。
火星探測器(探路者號、勇氣號、機遇號)是六輪機器人,它們在著陸後在火星地形上導航。它們用於檢查地形、有趣的標誌性地標並對火星表面進行觀察。它們有一個懸掛系統,可以使所有六個輪子始終與地面接觸,並幫助它們越過斜坡和沙質地形。



由於與地面只有一個接觸點,單輪機器人很難保持平衡。有一些實驗性設計和機器人確實只有一個輪子。使用球形輪子比使用典型的圓盤輪子更容易,因為機器人可以沿著球體沿任何方向移動。 一個示例草圖展示了使用陀螺儀和反扭矩機制來保持機器人直立的基本思路。旋轉飛輪使機器人穩定並傾斜,從而實現非完整運動。