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当驱动机器人两侧车轮的电机中一个速度略微慢一点，机器人所行进的路径就会变成曲线。使用三轮车型转向的机器人，必须合格证其用于转向的电机定位，否则无法保证机器人能进行直线运动。（4）全方位型转向。这种方式要求机器人具备三个具备转向功能的驱动轮，而这些车轮需要两个电机，一个用于转向，另一个用于驱动车轮运转。全方位机器人有很强的灵活性，并且转向准确，但技术实现比较困难[2]。
本设计主要采用差动方式进行转向。在机器人的两侧在相对应位置各安装一个相同的电机，分别驱动两个车轮，并且实现差动驱动。机器人的两个轮子以相等的速度和相同的方向转动时，可以实现机器人的向前和向后的运动；当左轮停转或者反转时，可以实现机器人的左转向；当右轮停转或者反转时，可实现机器人的右转向；当两轮以相同速率地正转或者反向转动时，机器人将会原地转向，从而实现机器人的原地左转或者原地右转。其工作原理如图2.3所示。
图2.3 机器人的运动和转向
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综上可知，设计的整个机器人总共需要三个轮子。装在前面的两个车轮是驱动轮，起到驱动的作用，并且两轮独立驱动。装在后面一个轮是万向轮，起到导向的作用。 2.4 主体材料的选择
制作机器人常用的材料主要有以下几种。（1）木材。选用木材的最大优点是它的价格低廉，加工方便，可直接用手工锯进行加工。但是，它在零件接头的地方比较容易损坏，而且比较容易磨损。（2）塑料。塑料的种类较多，可以根据机器人不同的功能，选择出不同的塑料。这主要有以下三种塑料可以选择。第一，热固性塑料。这种塑料较坚硬。它只能通过切削来定型，它一般用于硬塑料玩具、电器产品和其他对结构强度有一定要求的产品中。第二，弹性塑料。它具有很高的弹性，它和热固性塑料一样，不能通过加热的方法来定型。第三，热塑性塑料。它可以作不同用途、不同厚度的材料使用。常用的塑料材料有ABS（丙烯腈-丁二烯）、丙烯酸塑料、纤维素塑料、环氧树脂、尼龙、酚醛塑料、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚亚氨酯、PVC（聚氯乙烯）、硅树脂。（3）金属材料。这种材料的强度较大，而且来源广泛，通常选用碳钢和铝合金。但是选用这种材料会使机器人体重增加，会增大电机的负载。（4）有机玻璃。这种材料比较难获得，而且价格相对其它材料也比较昂贵[1]。
由于制作的自动捡球机器人体积较小，要求的重量也较轻。因此，主体的制造材料选为环氧树脂塑料。该材料是一种非常耐用而且干净的塑料，通常用作玻璃纤维的黏合剂。它在大多数情况下成液态，被用于灌注到别的零件或者玻璃纤维基体上。干燥后，环氧树脂可以切割、钻孔和抛光。因此，选该塑料作为机器人的主体材料比较合适。
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3 结构的设计
3.1 驱动机构 3.1.1 电源的选择
机器人常用的电池有以下几种类型。（1）干电池。由于干电池属于一次性使用的，成本也相对较高，并且干电池的内阻一般都比较大。因此，当负载比较大的时候，电压会下降得很厉害，无法实现大电流的连续工作。因此，干电池并不是机器人系统的理想电源。（2）铅酸蓄电池。它的最大的特点是价格较低、过充电的承受能力受强，大电流放电能力和可靠性高。但是，它的质量比较大，维护起来相对比较困难。（3）镍镉/镍氢电池。它具有良好的大电流放电特性、耐过充和放电的能力强、维护简单等优势。但是，其最致命的缺点是：在充放电过程中，如果处理不当，会出现严重的“记忆效应”，使得电池容量和使用寿命大大地缩短。此外，镉是一种有毒金属，因而镍镉电池不利于环境的保护，废弃后必须严格地进行回收。由于众多的缺点，使得镍镉电池在机器人的应用中越来越少。（4）锂离子/锂聚合物动力电池。锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点。但是，锂离子电池的充电和放电必须严格小心，通常在使用锂离子电池组的时候必须配备专门的过充电、过放电保护电路。锂离子电池价格也相对比较高，并且需要另外配备保护电路。因此，相同能量的锂离子电池的价格是免维护铅酸蓄电池的十倍以上[5]。
综合实用性和经济性原则的考虑，在本机器人的设计中，选用了铅酸蓄电池。在本设计，可以采用山东金科力电源科技有限公司生产的铅酸蓄电池，各个性能的参数表3.1所示[5]。
表3.1 选用铅酸蓄电池的性能参数
电池型号 额 定 电 压 DJW12-1.2 12V 1.8V 20HR 1.2 额定容量(Ah) 1.8V 10HR 1.7V 1.7V 1.6V 5HR 3HR 1HR 97 0.94 0.74 43 52 58 0.57 外型尺寸(mm±1mm) 长 宽 高 总高 参考 重量 (kg) 1.12 1.03 7
3.1.2 电机的选择
微型机器人使用的电机一般有步进电机、直流电机和直流伺服电机这三种类型。这三种电机的控制都相对简单，性能也比较出众，而且直流电源也比较容易获得。（1）步进电机。它是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使在机器人控制变得简单。（2）直流电机。它有极宽的功率调节范围，调整特性平滑，适应性好，过载能力较强，而且具有很好的性价比，是一种通用的驱动电机。（3）伺服电机。它是自动装置中的执行元件，它的最大特点是可控。一般来讲，它主要同以下几个部分组成：舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路板等[6]。
在本机器人设计中，采用了步进电机。 3.1.3 车轮的确定
设计的自动捡乒乓球机器人采用的是前轮驱动，后轮定位的方式。该机器人靠前轮与地面之间的摩擦力驱动前进。因此，前轮作为一个驱动轮，要设置一些花纹，以增大摩擦力。在该机器人的设计中，将前轮的直径设计为64mm。设计前轮的效果如图3.1所示。
图3.1 前轮（驱动轮）
导向轮采用的是万向轮。万向轮一般可以由厂家直接生产提供，而且价格也比较便宜。因此，万向轮不需要再另外设计。在本设计中，采用了红旗山电子有
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