什么叫万向轮

关注同名微信公众号“混沌无形 ”,阅读更多有趣好文! 原文链接 : 常见移动机器人多角度对比分析(包含原文PDF百度云下载链接) 万向轮有别于全向轮,常被作为被动轮,是随着机器人的运动而被动运动的,主要作用是提供滚动功能降低运动摩擦,

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原文链接: 常见移动机器人多角度对比分析(包含原文PDF百度云下载链接)

万向轮有别于全向轮,常被作为被动轮,是随着机器人的运动而被动运动的,主要作用是提供滚动功能降低运动摩擦,以及提供支撑,主要优点是能够朝向任意方向运动。

本文列举了两种:滚珠万向轮和被动万向轮。

从图 2.1(e)可以看出,滚珠万向轮的运动依赖于嵌入在轮壳内的滚珠,滚珠是标准球体,可朝向任意方向滚动,实现“万向”的效果,在TurtleBot3的前面两个轮子就是采用的滚珠万向轮,这样可以尽可能压低机器人底盘。

生活中更常见的是被动万向轮,如图 2.1(f)所示,常被用于超市购物车、婴儿车的两个后轮。这里分析两个细节:

在图 2.1(f)中,滚轮的轴线是B,滚轮转向时会绕着轴线A转动,分别对应两个自由度,轴线A和B之间是空间相互垂直的关系,但不会存在交点,即两条轴线之间存在一定距离。这是因为该距消除了A轴线死点的情况,可实现万向轮转向时需要先完成转向,再继续滚动的动作,且对滚轮的运动方向具有一定的导向调整作用,削弱了两个自由度冲突程度,如果两轴线相交,则A轴线的自由度会有存在死点,两个自由度没有主次之分,当机器人想转向时,滚轮可能会卡在A轴线死点上而无法转向,影响转向效果。

 

图 2.1 常见机器人轮子.(a)普通橡胶轮,(b)直行被动轮,(c)麦克纳姆轮,(d)全向轮,(e)滚珠万向轮,(f)被动万向轮,(g)舵轮

 

图 2.2 两轮差速驱动机器人.红色圆盘表示万向轮,蓝色圆盘表示驱动轮,深灰色区域表示机架.

如图 2.2所示,实际设计机器人时,如两轮差速机器人,需要两个普通橡胶轮作为驱动轮,为保持平稳,还需要增加1-2个被动外向轮作为支撑轮。在一般的设计中,机器人底盘的高度就约等于驱动轮(普通橡胶轮)的半径,而要在底盘的下底安装被动万向轮,意味着万向轮直径是小于驱动轮的半径的,所以经常看到两轮差速机器人的左右驱动轮很大,而万向轮却很小,正由于万向轮的直径较小,所以这类机器人越障性能较弱,在过门槛或电梯时容易“翻车”。

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知秋君
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