移動機器人是一種在復雜環(huán)境下工作的，具有自主運行、自主規(guī)劃等功能的智能機器人，不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務等行業(yè)中得到廣泛的應用，而且在城市安全、國防和空間探測領域等有害與危險場合得到很好的應用。
隨著智能制造、電商物流等行業(yè)的快速發(fā)展，移動機器人市場規(guī)模急劇擴大。據(jù)英國權威商業(yè)情報機構最新預測，2020年國際移動機器人市場達到24億美元，較2019年增長24%，2021年將進一步增長50%。國內(nèi)外廠商的移動機器人產(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、運動精度低，限制了移動機器人的性能和應用范圍。因此，具有高機動靈活性、高運動精度、高智能化程度的智能全向移動機器人技術，受到世界各國的普遍關注。
移動機器人要實現(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)構形式，具有兩個運動自由度，即滾輪繞水平軸滾動的主運動和繞豎直軸線轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)向運動，通過這兩個運動配合使主體實現(xiàn)直行、側(cè)行、斜行、原地轉(zhuǎn)向等運動，具備在狹小空間靈活機動的運動能力。
但此類腳輪一般采用惰輪形式，不具備主動驅(qū)動能力。如果將此類惰輪進行創(chuàng)新設計，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)的全向移動機器人，在底盤驅(qū)動方式和定位導航系統(tǒng)設計仍存在一些技術瓶頸，制約了移動機器人行業(yè)的發(fā)展。
國內(nèi)外領先的移動機器人廠商，其全向移動機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)的全向移動機器人主動萬向腳輪，存在轉(zhuǎn)向和滾動運動耦合的問題，難于實現(xiàn)精確的解耦驅(qū)動控制，腳輪與地面間經(jīng)常會出現(xiàn)較為嚴重的滑轉(zhuǎn)和滑移，不僅驅(qū)動效率低，運動精度也較差。
經(jīng)過多年潛心攻關，科學家發(fā)明了用于全向移動機器人的機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，并且按照模塊化機器人建模和設計流程，研制了智能全向移動機器人標準產(chǎn)品。此款智能全向移動機器人采用4個主動萬向腳輪作為驅(qū)動輪，可實現(xiàn)4個腳輪協(xié)調(diào)控制，進而實現(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動。此外，該機器人采用了多信息融合技術，能夠?qū)崿F(xiàn)在車間物流場合的準確定位，定位誤差正負10毫米以內(nèi)，搭載了超聲波傳感系統(tǒng)用于實現(xiàn)全方位自主避障，并且可通過WiFi實現(xiàn)遠程多機協(xié)調(diào)控制。
可以想見，未來以移動機器人為移動平臺的移動作業(yè)機器人，將擁有一個機動靈活、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，進行情感交流，在社會各個行業(yè)為人類服務。(楊桂林)
