1.2　輪式機器人的結構

本節介紹一個簡單的輪式機器人的構成。輪式機器人由一個底盤和若干個輪胎通過車軸和螺絲固定在一起。當然，如果所有的輪式機器人都是這樣的結構，那么輪式機器人是沒有靈魂的。為什么這么說呢？因為這種結構的輪式機器人，不能實現前進、后退和轉向操作。除此之外，輪胎和底盤之間需要一個金屬連接軸實現輪胎的轉動，實現金屬連接軸的固定和轉動的部分稱為軸承，如圖1-4所示。

有了軸承，當用力推動底盤時，輪胎才會轉動。實際上，在輪式機器人中，電動機已經包含了軸承。給電動機提供一個合適的電壓，隨著電流流過電動機的線圈，中間的金屬軸便會轉動，然后帶動輪胎轉動。要搞清其中復雜的原理和控制方法，通常需要一位本科為電動機專業的學生學習1、2年的相關專業課程，故上述只是簡單介紹。

對于初學者，以下幾個問題需要弄明白：

（1）機器人的輪子是如何被電動機驅動的？

（2）機器人的兩個輪子和電動機軸的連接關系如何？

（3）如何控制電動機正、反轉？

（4）如何控制電動機調速？

（5）如何控制機器人走直線？

（6）如何控制機器人轉彎？或以特定角度轉彎？

（7）PID調速控制算法是什么？

（8）單片機直接控制電動機嗎？

這些是非?；A的問題，前幾個問題會在下節講述。本書會用大量篇幅講解一些比較復雜的問題，例如，

（1）機器人如何自主尋找路徑？

（2）機器人如何沿著路徑行駛？

（3）機器人如何在行使過程中避障？

……

針對第一個問題（機器人的輪子是如何被電動機驅動的），目前電動機和輪胎一般通過減速齒輪連接，這樣的好處是可以將扭矩增大，也就是所說的動力會增強。如圖1-5所示，伸長的部分（伸出的軸和貼有白色標簽的部分）是減速電動機，里面是齒輪。仔細觀察會發現，電動機的一端有安裝固定用的螺絲孔，通過這些螺絲孔是可以安裝到車體上。

針對第二個問題（機器人的兩個輪子和電動機軸的連接關系如何），兩個輪胎如果不用電動機驅動，機器人是沒有動力的，所以電動機一般通過聯軸器和輪胎連接。圖1-6中間的管狀器件為金屬聯軸器，其一端為六角形，另一端由螺絲通過圓孔來固定金屬連接軸。

組裝好的輪胎電動機套裝如圖1-7所示。到此為止，讀者已經了解了電動機和輪胎的驅動連接關系，DIY機器人的基礎已經有了。

針對第三個問題（如何控制電動機正、反轉），這其實與電動機有關，前面講解的是直流有刷電動機，一般用兩根線就可以驅動電動機運轉起來。假如定義電動機的兩根線為A線和B線，將A線和電源正極連接，B線和電源負極連接，如果電動機順時針旋轉即為正轉，逆時針旋轉為反轉。

針對第四個問題（如何控制電動機調速），如何調速也與電動機特性有關，當電動機朝某一個方向轉動時，若加載在電極上的電壓越來越大，速度就會越來越大，后面會講解如何用PWM的方法實現調速。

其他幾個問題會在后面的章節中逐步介紹。