移動機(jī)器人是一種在復(fù)雜環(huán)境下工作的，具有自主運(yùn)行、自主規(guī)劃等功能的智能機(jī)器人，不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，而且在城市安全、國防和空間探測領(lǐng)域等有害與危險(xiǎn)場合得到很好的應(yīng)用。
隨著智能制造、電商物流等行業(yè)的快速發(fā)展，移動機(jī)器人市場規(guī)模急劇擴(kuò)大。據(jù)英國權(quán)威商業(yè)情報(bào)機(jī)構(gòu)最新預(yù)測，2020年國際移動機(jī)器人市場達(dá)到24億美元，較2019年增長24%，2021年將進(jìn)一步增長50%。國內(nèi)外廠商的移動機(jī)器人產(chǎn)品一般采用差速輪驅(qū)動，不具備全向移動能力，靈活性差、運(yùn)動精度低，限制了移動機(jī)器人的性能和應(yīng)用范圍。因此，具有高機(jī)動靈活性、高運(yùn)動精度、高智能化程度的智能全向移動機(jī)器人技術(shù)，受到世界各國的普遍關(guān)注。
移動機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)全向移動功能，就需要有支持全向移動功能的驅(qū)動輪。我們?nèi)粘Ｋ姷母黝愞k公桌椅、購物小推車等底部移動部件，均采用腳輪的結(jié)構(gòu)形式，具有兩個運(yùn)動自由度，即滾輪繞水平軸滾動的主運(yùn)動和繞豎直軸線轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)向運(yùn)動，通過這兩個運(yùn)動配合使主體實(shí)現(xiàn)直行、側(cè)行、斜行、原地轉(zhuǎn)向等運(yùn)動，具備在狹小空間靈活機(jī)動的運(yùn)動能力。
但此類腳輪一般采用惰輪形式，不具備主動驅(qū)動能力。如果將此類惰輪進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，變?yōu)橹鲃域?qū)動形式，將會形成具備主動驅(qū)動能力的萬向腳輪。搭載此類腳輪的平臺，將具有全向移動能力。但國內(nèi)外傳統(tǒng)的全向移動機(jī)器人，在底盤驅(qū)動方式和定位導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍存在一些技術(shù)瓶頸，制約了移動機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展。
國內(nèi)外領(lǐng)先的移動機(jī)器人廠商，其全向移動機(jī)器人均采用麥克娜姆輪驅(qū)動，然而這種大輪外緣套裝多個小滾輪的驅(qū)動型式，其小滾輪與地面無法保持連續(xù)滾動接觸，接地比壓高、摩擦力大、打滑嚴(yán)重，不僅驅(qū)動效率低、承載能力差，還容易損傷地面。傳統(tǒng)的全向移動機(jī)器人主動萬向腳輪，存在轉(zhuǎn)向和滾動運(yùn)動耦合的問題，難于實(shí)現(xiàn)精確的解耦驅(qū)動控制，腳輪與地面間經(jīng)常會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的滑轉(zhuǎn)和滑移，不僅驅(qū)動效率低，運(yùn)動精度也較差。
經(jīng)過多年潛心攻關(guān)，科學(xué)家發(fā)明了用于全向移動機(jī)器人的機(jī)械解耦式主動萬向腳輪和直驅(qū)式主動萬向腳輪兩種腳輪，并在解耦式主動萬向腳輪的基礎(chǔ)上，研究了全向移動平臺的模塊化建模理論，并且按照模塊化機(jī)器人建模和設(shè)計(jì)流程，研制了智能全向移動機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。此款智能全向移動機(jī)器人采用4個主動萬向腳輪作為驅(qū)動輪，可實(shí)現(xiàn)4個腳輪協(xié)調(diào)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)解耦且具備3個自由度的全向移動功能，可直接執(zhí)行0—360度任何一個方向的運(yùn)動。此外，該機(jī)器人采用了多信息融合技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在車間物流場合的準(zhǔn)確定位，定位誤差正負(fù)10毫米以內(nèi)，搭載了超聲波傳感系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)全方位自主避障，并且可通過WiFi實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多機(jī)協(xié)調(diào)控制。
可以想見，未來以移動機(jī)器人為移動平臺的移動作業(yè)機(jī)器人，將擁有一個機(jī)動靈活、自主安全移動的載體和像人手臂一樣靈活、安全的操作臂，還可以和人安全互動，進(jìn)行情感交流，在社會各個行業(yè)為人類服務(wù)。(楊桂林)
