2. AMR底盘基础
AMR（Autonomous Mobile Robot，自主移动机器人）的底盘决定了机器人“怎么走、能走多快、能在哪里走”。同一套导航算法，放在不同底盘上，运动学模型、控制接口、转弯半径、定位精度要求都会发生变化。因此，理解底盘分类与各自原理，是后续做驱动配置、里程计标定和运动控制的前提。
一、底盘分类总览
按运动学约束，AMR底盘通常分为两大类：非全向底盘与全向底盘。非全向底盘不能瞬时向任意方向平移，必须先转向再前进，典型代表是差速驱动和阿克曼转向；全向底盘可以在不改变车头朝向的情况下向任意方向移动，典型代表是全向轮和麦克纳姆轮。履带式底盘则属于另一条技术路线，它通过履带与地面的面接触获得强越障和越野能力，但运动学上多按差速模型处理。
下面这张图把六类底盘按“运动自由度”和“典型适用场景”放在同一张关系图中，便于横向对比。
二、差速驱动：最常用的AMR底盘
差速驱动由左右两个独立驱动轮和若干万向轮（或牛眼轮）组成。左右轮速度分别为 v_L 和 v_R，轮距为 L，则机器人线速度与角速度为：
v = (v_R + v_L) / 2
ω = (v_R - v_L) / L当 v_L = v_R 时直行；当 v_L = -v_R 时原地旋转。差速驱动的最大优势是结构简单、成本低、可实现零半径转弯，非常适合仓储AGV/AMR在货架间穿行。它的缺点是横向不能平移，且轮子打滑时里程计误差会快速累积，因此需要配合IMU或激光定位做融合。
L 和轮径 D 是最关键的两个标定参数。轮径误差主要影响直线距离，轮距误差主要影响旋转角度。
三、阿克曼转向：像汽车一样转弯
阿克曼转向通过前轮不同转角实现内外轮轨迹同心，后轮通常为驱动轮。其核心是转弯时内外前轮转角满足阿克曼几何关系，使四个轮子绕同一瞬时中心滚动，减少轮胎侧滑。阿克曼底盘的转弯半径较大，不能原地旋转，但高速行驶稳定、承载能力强，适合室外配送、园区物流、清扫车等场景。
与差速驱动相比，阿克曼底盘的运动控制更接近车辆模型，需要处理前轮转角约束和最小转弯半径限制。在路径规划时，必须使用满足曲率约束的算法，如Dubins曲线或Reeds-Shepp曲线。
四、全向轮与麦克纳姆轮：全向移动的两条路线
全向轮（Omni Wheel）的辊子轴线与轮面平行，轮子可以主动滚动，也可以被动侧滑。常见布局为三轮120°或四轮90°。麦克纳姆轮（Mecanum Wheel）的辊子与轮面成45°，四个轮子组合后，通过各轮速度差合成任意方向的运动矢量。
两者都能实现前后、左右、斜行和原地旋转，但差异明显：全向轮结构更简单、成本更低，但过缝和越障能力弱；麦克纳姆轮承载更均匀、运动更平滑，但辊子磨损快、对地面平整度要求高、效率较低。它们适合精密装配、医疗机器人、狭窄空间内的高精度对接。
| 底盘类型 | 运动自由度 | 转弯能力 | 越障能力 | 典型场景 |
|---|---|---|---|---|
| 差速驱动 | 2（前进+旋转） | 零半径原地旋转 | 一般 | 仓储搬运、室内配送 |
| 阿克曼转向 | 2（前进+曲率转向） | 最小转弯半径大 | 较好 | 室外配送、园区清扫 |
| 全向轮 | 3（平面全向） | 任意方向平移 | 弱 | 精密装配、手术室 |
| 麦克纳姆轮 | 3（平面全向） | 任意方向平移 | 弱 | 狭小空间高精度对接 |
| 履带式 | 2（前进+差速转向） | 零半径转向 | 强 | 野外、废墟、爬坡 |
五、履带式底盘：越野与越障的硬派选择
履带式底盘通过两条履带与地面形成面接触，接地比压小，不易陷车，爬坡和越障能力强。其转向原理与差速驱动一致，通过左右履带速度差实现转向。缺点是效率低、噪音大、履带磨损快，且对平整地面不够友好，容易破坏地面。履带底盘常用于野外巡检、消防、排爆、农业和废墟搜救等场景。
六、选型误区与复盘
- 误区一：全向底盘一定比差速底盘好。全向底盘虽然灵活，但效率低、成本高、对地面要求苛刻。在长距离直线运输场景中，差速驱动反而更高效可靠。
- 误区二：忽略地面条件。麦克纳姆轮在环氧地坪上表现优秀，但在有缝隙、有坡度的地面上容易打滑甚至卡死。
- 误区三：只看底盘不看控制。底盘运动学模型决定了里程计解算方式，选型时必须同步确认编码器分辨率、轮径、轮距、减速比等参数。
- 误区四：忽视维护成本。麦克纳姆轮辊子和履带都属于易损件，长期使用需纳入维护预算。
总结来看，差速驱动是室内AMR的主力底盘，阿克曼适合高速室外场景，全向轮和麦克纳姆轮解决狭小空间全向移动问题，履带式则负责极端地形。理解它们的运动学差异，才能在驱动配置和运动控制中做出正确决策。