一 . 阿克曼結(jié)構(gòu)前世今生

阿克曼轉(zhuǎn)向動力學(xué)：

阿克曼結(jié)構(gòu)最早源于汽車應(yīng)用，是汽車轉(zhuǎn)向的一種實現(xiàn)方法，在汽車轉(zhuǎn)彎的時候，內(nèi)外輪轉(zhuǎn)過的角度不一樣，內(nèi)側(cè)輪胎轉(zhuǎn)彎半徑小于外側(cè)輪胎。這種轉(zhuǎn)向方式最初是由的德國馬車工程師的Georg Lankensperger 1817年提出，他的代理商Rudolph Ackerman于1818年在英國申請專利，所以從今往后這個轉(zhuǎn)向原理就叫阿克曼轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)了。

但是早在他好幾十年之前，就有一個叫Erasmus Darwin的人提出了這個想法。

這個Erasmus Darwin是大名鼎鼎進(jìn)化論的奠基人Charles Darwin的親爺爺，是英國歷史上的一個傳奇人物，集醫(yī)學(xué)家、詩人、發(fā)明家、植物學(xué)家、生理學(xué)家等等各種家于一身，被譽(yù)為Midlands郡的達(dá)芬奇。

在經(jīng)過劍橋和愛丁堡學(xué)習(xí)了6年以后，25歲的Darwin開始再伯明翰偏北一點的Lichfiled地區(qū)行醫(yī)，精湛的醫(yī)術(shù)讓他名聲大振（連英國國王喬治三世都曾延攬他當(dāng)宮廷醫(yī)生，被他給直接拒絕了），詩人、發(fā)明家、各種家的多重身份讓他成為了伯明翰啟蒙運(yùn)動“滿月會”（The Lunar Society of Birmingham）的核心人物，他們滿月會朋友圈里還有一位叫James Watt， 你沒有猜錯，就是那個改良蒸汽機(jī)并引領(lǐng)了工業(yè)革命的瓦特。

我們的一代名醫(yī)達(dá)爾文先生當(dāng)然是使用馬車行駛在救死扶傷的路上，就是類似于下圖這種：

每年一萬多英里的行程讓他很快發(fā)現(xiàn)了這種馬車的轉(zhuǎn)向方式問題：

（1） 因為要繞著中間一根單一的軸轉(zhuǎn)彎，前輪不能做大，這樣在路上碰到石頭或其它障礙的時候前輪就容易被抬起來

（2） 因為兩個前輪是平行的，轉(zhuǎn)彎過頭的時候容易出現(xiàn)四個輪子在同一個平面內(nèi)構(gòu)成一個三角形的情況，這種情況車子是最“穩(wěn)定”的，根本就會卡死不動。

于是我們發(fā)明家達(dá)爾文先生就開始想辦法對他的馬車進(jìn)行了改造，之后，車輛試驗認(rèn)證工程師又開始默默地進(jìn)行道路試驗起來。直到1766年，在他寫給一個朋友的信中才寫到他已經(jīng)自己改造了兩輛馬車，進(jìn)行了三年為期10，000英里的道路試驗。

再后來到1767年，瓦特和達(dá)爾文相見如故，這兩個蒸汽機(jī)的狂熱愛好者相互交流了他們對蒸汽機(jī)的看法（那個時候蒸汽機(jī)還沒有用于工程領(lǐng)域），瓦特的想法是要將蒸汽機(jī)用于工業(yè)生產(chǎn)，達(dá)爾文則想用它取代馬作為車的動力源（有一個原始汽車的概念設(shè)計）。

達(dá)爾文最初在寫給瓦特的信里面介紹了他的蒸汽車的概念設(shè)計，下面這幅圖達(dá)爾文是當(dāng)時想闡述他的底盤設(shè)計的，但從這張圖我們可以看到連桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的原始雛形：

在瓦特收到這封信號可以看到在信封上，瓦特又把這個結(jié)構(gòu)確認(rèn)為一個矩形結(jié)構(gòu)。

最后我們可以看到梯形四連桿機(jī)構(gòu)是達(dá)爾文1768年與另外一個朋友的書信來往：

阿克曼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)雛形

在這種結(jié)構(gòu)中，這個實現(xiàn)基本與現(xiàn)代汽車上的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)區(qū)別不大了，雖然理論上實現(xiàn)了輪轉(zhuǎn)向，但此后的近百年時間里，四輪馬車仍舊采用軸轉(zhuǎn)向的模式，最大的問題就是以當(dāng)時的工業(yè)水平，實現(xiàn)輪轉(zhuǎn)向的加工實在太難了，優(yōu)勢并不明顯。真正讓阿克曼轉(zhuǎn)向發(fā)揚(yáng)光大的還是汽車誕生。

我們看Benz的原型車: 一個簡單的三輪車，我們可以大膽的猜想，當(dāng)時CarBenz無法解決四輪車輛前輪轉(zhuǎn)向這一難題，才臨時采用了三輪車的形式。

從第二輛車開始，Benz再也沒有采用過三輪模式，我們權(quán)且認(rèn)為CarBenz解決掉了上述的問題，從此汽車產(chǎn)業(yè)一飛沖天。

二. 阿克曼結(jié)構(gòu)在移動機(jī)器人上應(yīng)用移動機(jī)器人前期更多是采用兩輪差動結(jié)構(gòu)形式，從1956由查理·羅森（Charlie Rosen）領(lǐng)導(dǎo)的美國斯坦福研究所至今，直到2013年國內(nèi)外大部分機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用研究與行業(yè)量化使用還是1956年的輪差動方案 。出現(xiàn)了250年前達(dá)爾文遇見的類似問題 ，通過性差 ，無法進(jìn)行大載重負(fù)載室外運(yùn)行 ，在應(yīng)用中受場景限制。并且后期維護(hù)與更新頻次高 。造成兩輪差動方案在移動機(jī)器人應(yīng)用中無法大規(guī)模量化 ，只在室內(nèi)物流與作業(yè)場景有應(yīng)用，無法在室內(nèi)外全場景中實現(xiàn)應(yīng)用 。

2013年四位移動機(jī)器人的狂熱愛好者相互交流了他們對移動機(jī)器人的看法后成立了YUHESEN科技 （那個時候移動機(jī)器人還沒有大規(guī)模應(yīng)用 ），他們在思考如何能使智能移動機(jī)器人全面用于多場景工業(yè)生產(chǎn)，李雷達(dá)則想到使用阿克曼結(jié)構(gòu)首先將移動機(jī)器人應(yīng)用規(guī)?；_(dá)到全場景使用的技術(shù)方案（有一個原始阿克曼機(jī)器人的概念設(shè)計）。于是四位狂熱愛好者就開始想辦法對兩輪差動方式機(jī)器人進(jìn)行了改造，之后，又開始默默地進(jìn)行道路試驗起來。直到2016年，進(jìn)行了三年為期10，000公里的道路試驗。隨即掀開了阿克曼結(jié)構(gòu)移動機(jī)器人應(yīng)用的大幕 ，伴隨后續(xù)京東 ，阿里，美團(tuán),菜鳥等行業(yè)訂單采購阿克曼移動機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的推廣，現(xiàn)在阿克曼技術(shù)已經(jīng)全面量化 。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示作為移動機(jī)器人底盤 top 1企業(yè)的 YUHESEN 基本上在以每年350-400% 的應(yīng)用增長 。行業(yè)內(nèi)其他跟隨企業(yè)的成長也在100% 以上 。

三 . 阿克曼移動機(jī)器人優(yōu)勢

輪式阿克曼轉(zhuǎn)向機(jī)器人底盤應(yīng)用于鋪裝道路場景中600kg內(nèi)大負(fù)載配送 ，園區(qū)保安，智慧清潔，智能出行等場景機(jī)器人應(yīng)用 。結(jié)構(gòu)為通過后輪差數(shù)橋進(jìn)行驅(qū)動，通過前輪控制方向?qū)崿F(xiàn)前進(jìn)、后退、半徑轉(zhuǎn)向功能 。 具有大負(fù)載背負(fù)，控制精度高等優(yōu)勢，是物流 ，安防，清掃 ，與老人出行輔助機(jī)器人應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)配置機(jī)器人底盤 。