1.1　车轮和履带

任何一种车，无不例外地都有轮子或履带。所以制作一台小车时，最先应该考虑它要选用什么样的轮子。选择车轮要考虑的问题很多，比如小车的尺寸、重量、电机的功率、所要求的速度，甚至所制作的机器人是运行在什么地形都需要考虑。笔者所用到的是车轮，限于篇幅，履带的选择就不详细介绍了。

在选择一个车轮的时候，最直观的就是它的大小，它的大小反映在直径上，车轮的直径大小直接影响到机器人的速度和作用到接触面的力矩大小。在电机转速相同的情况下，车轮的直径越大，速度就越大，但是所得到的转矩就会越小，这样会使负载能力变小。这种情况就像生活中骑自行车一样，你用同样的速度去踩脚踏，轮子大的自行车会跑得比轮子小的自行车快，但是你会感觉需要更大的力量去踩。转矩就是在距离转轴中心的某个给定位置上测得的电机（驱动装置）的切向牵引力，这个力的大小会和距离成反比关系。具体的公式我们会在电机部分再进一步探讨。

对于计算圆周的公式，我们都不会陌生，D=πd，D是圆周长，d是直径，π是圆周率。得知轮子的直径后，我们就可以用以上的公式求得它转一圈所走的距离，直径d越大，距离D就越大，成正比关系。所以在同样的转速情况下，直径大的轮子走的距离多，也就是速度快。求得D后，我们可以再把它乘以转速（单位为r/min），就可以得到这个轮子的速度。对于履带速度则是计算它的驱动链轮的速度。

图1.3演示了轮胎在受力作用下发生形变，与地面接触面积增大，与地面的摩擦力也增大。可以试想一下，如果骑在一辆充气不足的自行车上，会比充足气时难行得多。一般来说，机器小车的总重量越大，车轮所受的重力就越大，形变也越大。车轮的材料和形状各种各样，机器人越重，越需要选用更牢固的车轮或履带。

图1.3　轮胎受力后，与地面的摩擦力会发生变化

小型的智能小车重量一般在1kg左右，可以选用塑料泡沫车轮，如果重量增加到2~5kg，就要使用中空的轮胎，重量再大的可以选用实心橡胶轮胎或是充气的轮胎。同样材质的轮子，不一样的尺寸，承重量也是不一样的。履带其实也算一种特殊的轮胎，所以可以用以上的原则去选购不同的履带。

机器小车运行在不同的环境中，选用的轮子也要相应地做出不同的选择。室内一般都是平整、光滑的地板，可以选用平滑的轮胎，以增大轮子和地板之间的接触面积。但是如果在平坦的路面上有小颗粒的杂物，如在室外的平坦路面时，选用平滑的轮胎则会影响其性能，甚至打滑，同样如果光滑的地板有水也会如此，所以在这样的环境下要选择一些有花纹或凹槽的轮胎，以增加其对地面的摩擦力，同时也可以起到排水、排屑的作用。轮子的宽度越大，接触面积也越大，所能提供的牵引力也相对会大。在沙石地运行时，则要使用宽大的轮子或履带，这样才不会像使用窄小轮子那样陷到沙石里。

要让小车行驶，只有前后转动是不行的，还必须要有转向。转向的方法有很多种。通常使用以下几种方式：(1)如图1.4所示，双轮驱动加一个万向轮，转向是靠两个驱动电机正向、反向运行的，万向轮不在固定的状态。这种方法比较简单，只需要在两个主动轮的基础上加一个万向轮，不过这种方式只适合于平坦路面，要是路面凹凸不平，万向轮起不到很好的作用，而且其转向也不太精准，仅适用于小型室内机器人。(2)如图1.5所示，四轮直接驱动，需要4个电机同时正转、反转，此方法会使用更多的电机，动力会更强劲，转向也会更灵活、准确，同时也会需要更多的驱动电路和电能。(3)图1.6所示则是使用类似汽车的转向机构，结构相对比较复杂，稍大一点的机体还需要有减速箱，在业余条件下可以使用成品的遥控汽车车体改装。履带的转向方式和前两种相似。

图1.4　双轮驱动加万向轮

图1.5　四轮直接驱动

图1.6　类似汽车的转向机构