前言

在本科期间我一直有一个误解,那就是认为轮式机器人比较简单:不都是驱动电机让轮子转起来吗,运动学模型没多少可以研究的,而稍微复杂一些的,就是加个PID控制器做成平衡机器人,那也是非常成熟的技术,网上找些资料三两下就可以复刻了。后来我才明白,其实轮子也有多种类型,不同种类的轮子其运动学模型都是不同的,如麦克纳姆轮、舵轮、独轮等。“平衡”(这里指平地上的)也只不过是平衡机器人最基础的功能,我们应该关注在平衡的基础上机器人还能做的任务,例如是载重、跳跃、搬运还是经过复杂地形。此外,轮式机器人同腿式机器人一样,同属于“移动机器人”,所以对轮式机器人的研究也就少不了导航、避障和路径规划。我们经常可以在一些有关SLAM(Simultaneous Localization and Mapping,即同时定位与建图)的研究中看到轮式机器人的影子,这些研究关注的是机器人的感知能力。

在2022年7月份,我做了架功能还算丰富的平衡小车,取名为NodeBalance(可惜完成度一般,当时需要在与赞助商约定的日期附近完成🤣)。除了基础的平衡能力外,这架平衡车还可以被远程操控开关灯、拍照、录像以及用声控的方式操纵前后移动和旋转。这架平衡车本来计划的功能还包括运动模式切换以及在平衡车旋转时顶部小电视人的联动,只能在后续时间充裕的时候再排上日程啦!

图片[1]-轮式机器人

在这之后,我便设计和制作了一架带图传功能的高颜值麦轮小车RoverLite,算得上是熟悉了麦克纳姆轮的运动学模型。这架小车的PCB设计一定程度上借鉴了稚晖君的螃蟹车,主要的修改为:去掉惯性测量单元以腾出空间放置两颗电机驱动芯片(麦克纳姆轮需要独立驱动四个电机)、USBTTL更换为廉价的CH340C、电池供电从单节锂电池方案更改为两节锂电池,此外还增加了PSRAM芯片以优化图传质量。

图片[2]-轮式机器人

也许后面我还会做更多的轮式机器人,但更新频率应该不会太高!