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差速模型
差速模型(differential drive)是机器人移动底盘上***常见的一种运动原理,***基础的一种版本为两轮差速。常见的扫地机器人，引导机器人，酒店机器人等的底盘大多都是基于这个模型。使用这种模型的机器人会在底盘两侧安装两个可以被控制器单独控制的轮子。
通过改变两个轮子之间的速度关系，可以控制底盘沿直线、曲线运动，或者绕两轮之间的中心点旋转。
差速模型的优点在于其结构简单，成本较低，仅需两个合适的轮毂电机和一个控制器，就能搭建起一个简单的差速移动底盘。但是其缺点在于双轮差速模型的线速度朝向只能平行于两轮的朝向，因此它不能像其他一些全向底盘一样，进行侧向移动。因此，差速底盘的在移动能力上还是存在一些限制。
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麦克纳姆轮
麦克纳姆轮(mecanum wheels)在轮子的结构上做了创新。每个轮子的表面，被安装了与轴心成45度角度排列的辊筒并与地面接触。这样的设计使得轮子可以在转动时，产生与轮轴成45度夹角的反推力。常见的麦克纳姆轮底盘会使用四个轮子。
运行时，这四个轮子上的斜向推力将被正交分解并作用在底盘上。通过控制这四个麦克纳姆轮进行不同方向上的旋转并进行组合，可以控制底盘完成前进，后退，侧向移动，旋转等操作。
因为该底盘可以向平面上的任意一个方向运动，运动方向不受车身方向的限制，具有更强的灵活性与可操作性，因此我们称其具有全向属性(omni-directional)。在运动性能上，麦克纳姆轮相比传统的双轮差速底盘看似有很大的优势，但是它依然存在一些缺点。首先，由于各个轮子之间产生的向量会互相抵消，导致当麦克纳姆轮底盘在进行运动时，很多能量会被浪费在了轮与轮之间的互相消耗上。
因此，这种底盘主要被应用于在室内作业，需要较强灵活性的机器人上。
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舵轮
舵轮(steerable drive wheels)也是一种适用于全向移动底盘的轮式结构，相比麦克纳姆轮，它的原理也要简单一些。
它由上方的一个伺服电机与下方的一个轮毂电机组成。伺服电机负责控制轮子整体的航向角，而轮毂电机控制轮子前进或者后退。通常一个舵轮底盘会安装两个舵轮，再配合两个万向轮使用。获取全向移动属性也是有代价的，由于这种结构使用了两台电机，因此它的运动效率也会比单向轮要差一些。此外，由于在转向时下方轮胎会与地面产生较大的滑动摩擦，因此该底盘在抗磨损上也会存在一定的问题。
相较于上面这些，球轮(spherical wheels)属于机器人底盘领域相对比较小众的一种选择，***次我见到这种移动方式应该是星球大战里的BB-8。当时感觉很震惊，这样的结构用目前现有的科技真的能做出能移动的机器人吗？事实上真的可以。
通过与两组万向轮相接，球轮可以实现朝四周360度任意方向进行移动，实现了全向性。但是由于球轮底盘静态稳定性较差，在断电情况下很难保持平衡。另外，由于其传动结构较为复杂，负载能力较低，所以这种底盘目前在实用机器人上还是较为少见。
四足机器人
前面提到的轮式移动底盘，基本针对的是一些较为平坦的路面环境，当遇到相对崎岖、复杂的环境，比如走楼梯，户外越野时，轮式底盘的运动性能就会受到比较大的限制。
以四足机器人为主的足式机器人的出现在一定程度上解决了这一问题。由于其每条腿都具有多个自由度，且在运动时的落脚点具有离散性，因此，四足机器人可以适应更加复杂多变的环境。
常见的十二自由度的四足机器人，每条腿会带有三台电机，具有三个自由度，又根据其腿上三台电机的排布朝向，可以分为哺乳动物型关节腿和伸展型铰链腿。采用哺乳动物型关节腿的四足机器人的重量，由于可以相对比较平均地被分布在每条腿的各个关节上，因此相对伸展型铰链腿，这类构型具有行走速度更快，所需驱动扭矩更小的优点。目前常见的产品，比如波士顿动力的Spot，ETH的ANYmal，MIT的Cheetah，采用的基本都是这种构型。
而伸展型铰链腿，其每条腿更接近身体躯干的那台电机，无论在什么位置，基本都可以使四足机器人处于稳定状态，因此这种构型有相对安全性更高，稳定性更好的特点。不过采用这种构型的四足机器人，其自身重量更多被施加在每条腿更靠近外部的两台电机上，因此对外侧的两台电机要求的负载更高。该类型腿目前在商用四足机器人采用的还是比较少。
四足机器人的案例场景
由于足式机器人能够穿越崎岖地形和非结构化环境，目前其***广泛的应用是在巡检工作中。
另外，除了“灵活的腿足”，由于机器人可以配备各种传感器和智能控制系统，有更加强大的“双眼”和“大脑”，从而成为人类的“得力助手”。
此外，足式机器人相比轮式机器人有更多的自由度，它的姿态变换具有更强的多样性，使得其也具有了更强的情感表达能力。比如四足机器人可以凑上来向你鞠躬，或绕着你转圈，行为宛如一只真的小狗。这些效果都是普通的轮式机器人比较难向用户传达出来的。
综上所述，四足机器人其应用的核心目的包含：
1- 降低人员、环境和作业风险
2- 降低成本、提高效率和生产力
3- 突破人与普通机器的界限，与用户建立情感连接；
降低风险
足式机器人能够代替人类从事一些危险和难以触及的环境方面的作业。如难以到达的深海、外太空；或具有巨大危险性的作业环境（辐射区域、极端环境等）。
疫情背景下，新加坡将四足机器人作为防疫“志愿者”，搭载摄像头的机器人游走于公园中，可以检测人们是否佩戴口罩，提醒人们保持安全社交距离，并估算公园中游客数量。
再如变电站巡检的场景中，四足机器人可以替代人在极端天气（大雨、高温、极寒等）进行常规作业，甚至在面对带电设备时，也可以由“机器代人”进行操作，避免了安全隐患。
本文摘自：网络 日期：2022-08-22
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