轮式/履带/腿足，移动机器人底盘“一网打尽”

文/段超】移动机器人在运动行驶过程中需要用转向驱动装置来控制它的运动方式，由于面对的环境、承重范围、灵活性等要求均有不同，所以衍生出不同的运动模式。那么，移动机器人运动模式有哪些？各自有什么优缺点？其市场方向又如何发展？

“轮式”是当前最为普遍的一种机器人运动方式，主要应用在室内和一些较为平整的户外环境，又根据其内部结构，分为差动、舵轮和四驱三种。

 轮式差动型机器人

仙知机器人CEO赵越讲到：“目前来看，差动形式最为普遍，而叉车类一般会采用舵轮，这两者都是带有转弯半径的，没有转弯半径的就是四驱型和双舵轮，这其中四驱型的‘麦克纳姆轮’最为出名，也最为金贵。不同车型的控制算法难度也不同，差动最为成熟，四驱最难。”

双轮差动，这是当前最为普遍的一种移动机器人运动方式，双轮差动是指在移动机器人车体左右两侧安装差速轮作为驱动轮，其它车轮均为随动轮。差速轮不需要配置转向电机，它本身不能旋转，转向时的半径，速度、角速度都是靠内外驱动轮之间的速度差来实现转向。

这种运动方式的优点在于灵活性高，并且对电机和控制精度要求不高，成本相对低廉，且功耗低、续航时间长。但是对地面平整度要求较高，负重一般在1吨以下。

 轮式舵轮型机器人

还有一种就是采用舵轮作为运动方式，分为单舵轮和双舵轮。

单舵轮车型多为前驱单舵轮，主要依靠移动机器人前部的一个铰轴转向车轮作为驱动轮控制转向，随动轮可以可根据实际承重进行添加，单舵轮转向驱动的优点在于结构简单、成本低、载重大。

且由于是单轮驱动，无需考虑驱动电机的配合问题；对地面要求相对较低，适用于广泛的环境和场合。与其它车型相比，单舵轮车型由单舵轮牵引行进，灵活性相对较差，能实现的动作相对简单，叉车通常采用此种方式。

双舵轮型转向驱动的优点是可以实现360°回转功能，也可以实现万向横移，灵活性高且具有精确的运行精度。缺点是两套舵轮成本较高，而且AGV运行中经常需要两个舵轮差动，这对电机和控制精度要求较高，而且因为四轮或以上的车轮结构，容易导致一轮悬空而影响运行，所以对地面平整度要求严格。

但是由于底部轮子更多，受力更均衡，所以这种驱动方式的稳定性比单舵轮型AGV更高。一般使用在重载潜伏式AGV或停车机器人，适用于大吨位的物料搬运、汽车制造工厂、停车机器人等场景。

 轮式四驱型机器人

很多场景的空间较小，所以不会给机器人留出转弯半径，所以这种情况下麦克纳姆轮较为适用，麦克纳姆轮的优点在于精度高、灵活性高，但是其“金贵”，其对地面的平整性要求极高，且内部滚珠损耗较快，一般三个月到半年就要进行更换，更为关键的是，其造价过高，好的麦克纳姆轮单轮就要过万，一般的企业根本用不起。

 履带机器人

相比于轮式驱动，履带式机器人底盘对道路的适应性显然更强，所以其更适合野外、城市的户外环境等，这种驱动方式牵引力大、不易打滑、越野性能好，能在各类复杂地面运动，例如沙地、泥地等，但速度相对较低，且运动噪声较大，且能耗较高，一般是室内轮式的4~5倍。

松灵机器人CEO魏基栋讲到：“户外场景下，客户除了履带式机器人外，还有一种选择就是充气轮胎式的机器人，同样可以适配较为坎坷的道路，此外室外场景由于要面对雨、雪等恶劣环境，所以是对机器人的防护等级要求较高。”

除了军工用的特种机器人，近年来农业上对履带式机器人的需求也在不断加大，主要负责农产品的搬运和农田的巡检工作。

 腿足机器人

虽然履带式机器人已经能够适应一些不规则地形，但是其对高低落差较大的地形仍然无能为力，所以，腿足式机器人便应运而生。一开始由于腿足式机器人的机械机构难度过高，且容易发生重心不稳，对控制的要求极高，只有波士顿动力在探索，但是随着关节电机技术的不断发展，国内也涌现出好几家腿足式机器人公司，如宇树科技、蔚蓝等。

魏基栋表示：“从应用来看，移动机器人就是两个功能，一是搬运，一是巡检。腿足式机器人可以运行在任何轮式不能工作的表面上，甚至可以跳过、跨越障碍物，所以其未来完全可以代替人进行巡检，例如变电站等环境。”

“包括波士顿动力在内的腿足式机器人都已经将目光聚焦在了户外巡检市场，可以预见随着关节技术的不断发展，未来户外场景将会出现越来越多的腿足式机器人。”