全方位輪是全方位機(jī)器人的核心部件，各式各樣結(jié)構(gòu)的全方位輪層出不窮，典型的全方位輪有：MY輪、麥克納姆輪、連續(xù)切換全向輪、球輪、正交輪、萬向輪等等。

一、MY輪特點(diǎn)介紹：

1.結(jié)構(gòu)封閉、緊湊，由于差動(dòng)結(jié)構(gòu)的存在，MY 輪是 4 個(gè)錐形輪的組合，4 個(gè)錐形輪構(gòu)成封閉式結(jié)構(gòu)，降低了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)受阻的可能性，擴(kuò)展了 MY 輪機(jī)器人的應(yīng)用空間。

2.承載能力高：MY 輪在結(jié)構(gòu)上徹底將輪的被動(dòng)軸的受力狀態(tài)優(yōu)化，錐輪不僅傳遞著滾動(dòng)作用，還將地面的支持力傳遞給其它錐輪，被動(dòng)軸之間相互依靠，提高了承載能力。

3.較強(qiáng)的越障能力：多錐形體組合式 MY 輪變開放結(jié)構(gòu)為封閉結(jié)構(gòu)，克服了常規(guī)全方位輪越障能力差的缺點(diǎn)．不僅在主驅(qū)動(dòng)方向上能夠跨越障礙，也能夠?qū)崿F(xiàn)被動(dòng)方向的障礙跨越，實(shí)現(xiàn)了全方位輪功能上的突破．越障高度可以達(dá)到 0.3R。

圖1：MY輪在圓周方向和軸線方向的越障

圖2：第三代MY聚氨酯輪的組裝

二、麥克納姆輪

麥克納姆輪是瑞典麥克納姆公司的專利。這種全方位移動(dòng)方式是基于中心輪機(jī)輪周邊許多成角度的周邊輪軸把一部分的機(jī)輪轉(zhuǎn)向力轉(zhuǎn)化到一個(gè)機(jī)輪法向力上面。以實(shí)現(xiàn)前行、橫移、斜行、旋轉(zhuǎn)及其組合等運(yùn)動(dòng)方式。

在此基礎(chǔ)上研制的全方位叉車及全方位運(yùn)輸平臺(tái)非常適合轉(zhuǎn)運(yùn)空間有限、作業(yè)通道狹窄的艦船環(huán)境，在提高艦船保障效率、增加艦船空間利用率以及降低人力成本方面具有明顯的效果。

麥輪的圓形輪廓是通過多個(gè)小滾輪的曲線擬合來的，疊加形成了一個(gè)近似圓，并且與地面的接觸是點(diǎn)接觸（汽車輪胎為線接觸），行走的時(shí)候幾個(gè)小滾輪交替著地，因此有震動(dòng)沖擊。小滾輪一般是實(shí)心橡膠或者聚氨酯，硬度高，厚度薄，變形很小，且不同著地部位變形也不一樣，所以震動(dòng)較大、運(yùn)行不夠平穩(wěn)、控制難度大。速度越快則沖擊越大，一般最多達(dá)到1m/s的速度。

另外對(duì)地面要求高，麥輪矢量控制，4個(gè)輪子的合力決定整車的行走方向，一般4輪控制模型要求輪子都要著地，運(yùn)行速度較快時(shí)，面對(duì)地面不平的點(diǎn)接觸運(yùn)行，懸架不易實(shí)現(xiàn)，假如只有3輪著地時(shí)矢量合成方向是斜的，車輛方向不易控制，并且震動(dòng)沖擊大。

圖3：麥克納姆輪

三、連續(xù)切換全向輪

在連續(xù)切換全向輪結(jié)構(gòu)中，滾珠運(yùn)動(dòng)方向和輪轂自身運(yùn)動(dòng)方向成90度的夾角。而麥輪結(jié)構(gòu)中，滾珠運(yùn)動(dòng)方向和輪轂自身運(yùn)動(dòng)方向是成45度夾角。兩種產(chǎn)品的目標(biāo)都是為了解決在狹小空間內(nèi)，進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)向移動(dòng)的功能。均有材料貴、加工貴、裝配貴等問題，并且震動(dòng)和噪聲的問題不易解決。

圖4：連續(xù)切換全向輪及分解圖

在使用上，全向輪跟麥輪是有一定差別的。麥輪通常情況下都是成對(duì)進(jìn)行使用，而全向輪是可以獨(dú)立使用的，另外，麥輪通常連電機(jī)，作為驅(qū)動(dòng)輪使用，而全向輪的話，即可以連接電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)輪使用，也可以作為隨動(dòng)輪使用，以替代萬向輪，具有更好的方向與位置可控性。

圖5：全向隨動(dòng)輪

最少使用3個(gè)全向輪就可以構(gòu)建一個(gè)全向驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。通常狀況下，輪子之間以120度的夾角進(jìn)行擺放安裝，通過合成連接在3個(gè)不同全向輪上的電機(jī)的合力矢量，就可以實(shí)現(xiàn)底盤360度的轉(zhuǎn)向與運(yùn)動(dòng)。三角形布置和十字形布置均為連續(xù)切換輪的典型布置方式。

圖6：三角形全向驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)

四、球輪及正交輪

1. 球輪

球輪由一個(gè)滾動(dòng)球體、一組支撐輥?zhàn)雍鸵唤M驅(qū)動(dòng)輥?zhàn)咏M成，其中支撐輥?zhàn)庸潭ㄔ谲嚨妆P上，屬于被動(dòng)運(yùn)動(dòng)體。驅(qū)動(dòng)輥?zhàn)庸潭ㄔ谝粋€(gè)可以繞球體中心轉(zhuǎn)動(dòng)的支架上，屬于主動(dòng)運(yùn)動(dòng)體。

圖7：球輪的結(jié)構(gòu)

由于本身的設(shè)計(jì)缺陷，球形輪子適合應(yīng)用在低速、小轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，目前并沒有設(shè)計(jì)的應(yīng)用，只停留在實(shí)驗(yàn)室階段。

2. 正交輪

正交輪是由兩個(gè)形狀相同削去球冠的球形輪子固定在一個(gè)公共的殼體上構(gòu)成，當(dāng)正交輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輪子各個(gè)位置的特性差異較大而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)不確定性。目前正交輪以及基于正交輪的移動(dòng)機(jī)器人的研究局限在實(shí)驗(yàn)室階段，并沒有實(shí)際生產(chǎn)的車體采用正交輪結(jié)構(gòu)。

圖8：正交輪的結(jié)構(gòu)

五、聚氨酯萬向輪及特點(diǎn)介紹：

Vulkollan聚氨酯彈性體是德國拜耳于上世紀(jì)50年代研制的，由聚酯多元醇和1,5–萘二異氰酸酯（NDI）在一定工藝條件下合成預(yù)聚體，再與1,4-丁二醇混合發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)制得，調(diào)節(jié)三種組分的比例可以制成不同性能級(jí)別的彈性體材料。Vulkollan聚氨酯彈性體耐磨性能優(yōu)異，機(jī)械承載能力和動(dòng)態(tài)性能極佳，相比其它聚氨酯材料內(nèi)生熱很低，因此以Vulkollan聚氨酯彈性體為胎面材料制作的實(shí)心輪胎在物流輸送系統(tǒng)、電動(dòng)叉車和礦山機(jī)械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在以汽車生產(chǎn)線為代表的物流輸送系統(tǒng)的應(yīng)用具有無可取代的地位。

聚氨酯傳動(dòng)輪所具有的優(yōu)異性能超過通用橡膠傳動(dòng)輪和鋼質(zhì)傳動(dòng)輪，相同尺寸下，聚氨酯實(shí)心輪胎的承載能力約為天然橡膠的7倍，使用壽命比一般橡膠輪胎或鋼輪長(zhǎng)得多，同時(shí)穩(wěn)定性高、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高、制品缺陷少。

聚氨酯輪能廣泛應(yīng)用于各種環(huán)境下，其對(duì)不同的環(huán)境均具有一定的抵抗力，如化學(xué)品、溶劑，甚至是水，與尼龍車輪等較硬的車輪相比，聚氨酯輪會(huì)偏轉(zhuǎn)并產(chǎn)生更大的占地面積，從而減少地板上的應(yīng)力集中，提高對(duì)地面的防護(hù)性。

圖9：各種材質(zhì)及聚氨酯萬向輪

由于聚氨酯輪應(yīng)用環(huán)境范圍廣、載荷要求大、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，其包膠層受力復(fù)雜，較其他部件易損壞。聚氨酯輪在光滑的路面上，可能出現(xiàn)抓地力存在不足，容易發(fā)生側(cè)滑，影響支撐的穩(wěn)定性等情況，并且現(xiàn)有國內(nèi)的聚氨酯輪大多為一體設(shè)置，不便于進(jìn)行快速的檢修更換，降低了聚氨酯輪的環(huán)保性。

因此，關(guān)于聚氨酯輪的長(zhǎng)時(shí)間保存和運(yùn)行也要注意以下要求：

1.聚氨酯由于受化學(xué)品，紫外線、潮濕等因素會(huì)加速老化，長(zhǎng)時(shí)間存放時(shí)，確保包膠輪平放，膠面不受壓，不可接觸任何易腐蝕的物質(zhì)；

2.使用時(shí)應(yīng)避免接觸醋酸、酸酸丁酯、丙酮、丁酮等溶劑及強(qiáng)堿，建議環(huán)境PH不大于8；

3.定期檢查（投入使用后首次檢查周期為3個(gè)月，后期為6個(gè)月）輪子的磨損狀況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輪子膠體磨損嚴(yán)重、磨損面不均勻或有開裂，請(qǐng)立即查找原因，更換輪子；

4.膠面磨損至單面包膠厚度的三分之二時(shí)就應(yīng)進(jìn)行更換；

5.定期清理粘在輪子上油污或纏繞輪子上的異物，如有污染，可用工業(yè)酒精擦洗以延長(zhǎng)聚氨脂輪的壽命。

圖10：損壞的聚氨酯輪表面

圖11：損壞的聚氨酯輪內(nèi)部

近年來我國汽車制造業(yè)蓬勃發(fā)展，各汽車廠的汽車生產(chǎn)線大量興建衍生了對(duì)Vulkollan聚氨酯輪的大量需求。意大利Tellure rota公司通過研究Vulkollan聚氨酯輪的負(fù)載能力、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、提高產(chǎn)品使用過程中的可靠性，避免由于聚氨酯輪的失效造成生產(chǎn)停線等經(jīng)濟(jì)損失，并有助于減小輪胎尺寸、降低AGV等車輛高度、實(shí)現(xiàn)設(shè)備輕量化和節(jié)約材料成本。

同時(shí)，TR公司以其先進(jìn)的工藝、豐富的型號(hào)、輪子的適用性及功能的多樣性占據(jù)了全球很大部分市場(chǎng)份額。并且針對(duì)聚氨酯輪成本高、光滑路面摩擦力不夠、磨損等問題提出了多種解決方案。

圖12：TR萬向輪

圖13：TR輥輪

TR輪可以滿足國內(nèi)工業(yè)客戶輸送、物流、運(yùn)輸?shù)榷喾矫鎽?yīng)用的輪子需求，并且產(chǎn)品從載荷、工作制、溫度、支架、附件、自鎖等參數(shù)對(duì)其TR輪進(jìn)行了分類歸檔，方便客戶選取型號(hào)，同時(shí)對(duì)部分應(yīng)用行業(yè)例如碼垛車、腳手架、垃圾箱、家具等行業(yè)進(jìn)行了型號(hào)建議，且支持定制。

圖14：TR輪在線選型（https://www.tellurerota.com/en）

Tellure rota公司在中國的代理商江蘇億控智能裝備有限公司為客戶進(jìn)行了多個(gè)型號(hào)的定制化開發(fā)，為客戶提供完善的技術(shù)方案，取得了良好的效果。同時(shí)，億控通過協(xié)助TR公司優(yōu)化其在江蘇億控智能裝備海門工廠建立的TR輪倉庫庫存，成功為多家客戶節(jié)約成本。

圖15：TR輪及支架

六、總結(jié)

聚氨酯彈性體具有較好的力學(xué)性能，承載負(fù)荷能力高，其耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度是橡膠的數(shù)倍，具有非常好的彈性，內(nèi)生熱少、阻尼小、耐油耐腐蝕耐輻射等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于高動(dòng)態(tài)載荷和連續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)傳輸裝備的摩擦驅(qū)動(dòng)裝置，如實(shí)心輪、托輪、滑輪、齒輪、鏈輪、摩擦輪等。

與鋼輪相比較，聚氨酯輪胎的牽引力得到改進(jìn)，不傷路面或軌道，噪音較小，適用于各種重型搬運(yùn)車輛，如推土機(jī)、單軌運(yùn)輸車、齒軌車、煉鋼廠用清渣車、高架瀏覽車的驅(qū)動(dòng)輪、重型器械的高承載輪、體育器材的高速高耐磨輪、高速鐵路的鋪軌車輪等。