輪式機器人底盤輪系優劣及控制分析摘要：迄今為止，輪子是移動機器人學和交通工具最流行的運動機構，因為，與其他移動方式相比，輪子可達到很高的效率并且實現簡單。當考慮移動機器人運動的可能實現技術時，輪子結構有很大空間。本文將簡單闡述主流常用輪系特點及控制要點。1、常見底盤輪系及優缺點三輪結構。三輪的優點是能保證三個輪子都能時刻接觸地面，不易出現打滑或走偏現象。三輪機構還不需要專門的懸掛系統區保持各輪與地面的可靠連接，設計中只需要注意車體重心位置合理即可。最常見的是兩輪差速驅動，另外一個輪子使用腳輪作為輔助輪，這種結構的特點是機構組成簡單，旋轉半徑為零。但是底盤轉彎過程中形成的速度瞬心位于后兩輪軸心連線上，所以即使機器人旋轉半徑為零，旋轉中心也與車體重心不一致。四輪結構。四輪結構的最大優點是底盤比較穩，承重大，機器人不易傾倒。缺點有兩個：一是部分四輪構形的機器人移動能力受到限制，轉向運動的實現需要一定的前行行程；二是必須有一個緩沖懸掛系統以保持穩定、可靠的驅動力。目前市場最常見的以下兩種結構。四輪前驅。優點是旋轉中心靠前，機器人轉向尤其是反向行駛時，因萬向輪橫擺造成的偏差比較小；由于一般驅動輪輪徑較大，越障能力比較好。缺點是電機啟動時由于慣性整車會后仰，驅動輪上的正壓力減小，地面提供的摩擦力就減小，啟動加速度比較小，加速時間長；上坡時機器人重心后移，驅動輪抓地能力減弱，上坡費勁。四輪后驅。優點是啟動時重心后移，機器人有足夠的加速度。但越障能力收到萬向輪徑限制，反向行駛時，前端的萬向輪要經過一個180°旋轉變向的過程，對機器人行走重復定位精度有較大影響。2、重心位置對底盤的影響及控制重心側偏的影響。重心側偏導致兩個驅動輪承受的正壓力不同，啟動時兩輪打滑程度不一致，瞬間就偏離軌跡，轉彎時，其中正壓力小的輪子可能打滑，導致轉彎困難；重心前后偏的影響。以驅動輪后置的四輪結構舉例，重心前偏，導致驅動輪上承受的正壓力減小，機器人驅動輪與地面摩擦力減小，機器人的有效驅動力降低。同時萬向輪上承受的正壓力增大，導致運動狀態改變時，需要的驅動力更大，這時機器人打滑更加容易，也更容易走偏，整車的可控性也變差。結論：設計時應盡量采用對稱結構，前后對稱，左右對稱，都能有效的防止機器人的晃動;設計時底盤要穩，底盤重量至少占到機器人重量的1/2為好；設計時重心要低，重心位置要經過嚴格控制，不可以靠上身零件的重量來平衡重心位置，以免產生杠桿效應。在驅動輪前置或者后置的方案中，重心距離驅動輪軸線不應該超過驅動輪和從動輪距離的1/3,否則容易造成驅動力不足3、不同材質輪子的性能差別?聚氨酯輪與尼龍輪對比一般情況下尼龍的硬度較高，比較耐磨，在承重方面較好，但是尼龍輪在地板或地磚上使用時容易對地面造成研傷，不適合室內機器人使用。聚氨酯的軟一些，強度相對差些，靜音效果比較尼龍好。?聚氨酯輪與橡膠輪對比滾動阻力對比聚氨酯材料的化學構成決定了它具有比橡膠更低的滾動阻力。較低的滾動阻力會提高機器人電池的使用效率和時間緩沖性能對比實心輪的緩沖性能直接與它的材料硬度有關，硬度值越高，輪子越硬，吸收沖擊的能力越弱，緩沖性能越差。橡膠輪的硬度普遍在65-75之間，而聚氨酯的硬度往往高達80-95,因為聚氨酯較硬，使用的平穩性不如橡膠輪。牽引性能對比驅動輪能提供的牽引力大小基本取決于接觸對象之間的靜摩擦系數和動摩擦系數的大小。橡膠輪較軟，同質量作用下與地面的接地印痕面積大，因此，橡膠輪能提供的牽引力明顯大于聚氨酯輪。聚氨酯輪為了改善輪子牽引性能，通常在輪胎表面開模增加橫槽紋或加刻不同形式的花紋，這樣做在犧牲部分承載能力的條件下提高了其牽引性。承載能力選擇合適的硬度，聚氨酯輪和橡膠輪都能勝任上百公斤的負載耐磨性橡膠輪軟、平穩，但沒有聚氨酯輪耐磨，一般來說，聚氨酯輪的耐磨壽命是橡膠輪的2倍以上性價比橡膠輪價格一般比聚氨酯輪便宜25%-50%，但是聚氨酯輪使用壽命一般在橡膠輪的2倍以上。4、工藝好壞對底盤的影響及控制安裝電機的本體精度控制。口本體的塑殼或鈑金要有足夠的強度，底盤行走受力時不變形；口兩側電機安裝面等高一致性良好；口兩側電機安裝位置對稱性良好。傳動系統的精度控制。驅動結構屬于機器人機械結構中精度要求最高的部分，因此要做到以下幾點：口尺寸公差設置合理。軸承內外環配合面、預緊面、鍵槽對稱面、各種壓蓋間隙、止口、孔位等配合位置，根據相應場合和作用給出合理公差帶。口軸承使用正確。對于外環孔來說，考慮到轉子部件的熱變形，一般都是采用小間隙配合；內環軸遵循以下原則，就大多數場合而言，軸旋轉且徑向載荷方向不變，即軸承內圈相對于載荷方向旋轉的場合，一般旋轉過度或過盈配合，靜止軸且徑向載荷方向不變，即軸承內圈相對于載荷方向是靜止的場合，可選擇過渡或小間隙配合。口行位公差設置合理。電機座、軸承座、各種連接法蘭、轉接件、導向件等零件需要合理標注形位公差。合理選擇形位公差，基于兩個原則，一是保證零件使用要求，二是兼顧產品經濟效益。口鈑金件或塑料件精度和強度足夠。比如鈑金件固定電機，因為要折彎，這個角度很可能不是90度，這將導致電機軸上傾或下傾，影響整個裝配性能。采用鈑金件時一定要注意鈑金件的實際尺寸和你需要尺寸的差別，盡量保證兩者一致。表面粗糙度及熱處理合理。表面粗糙度是為了保證零件間配合的實際效果。表面粗糙度達不到使用要求，不僅會降低運動的靈