Trong các thiết bị di động hiện đại và nền tảng tự động, vô lăng, với vai trò là thiết bị truyền động chính tích hợp các chức năng lái và điều khiển hướng, xác định khả năng cơ động và hiệu quả vận hành của nền tảng trong không gian hạn chế hoặc đường đi phức tạp. Thông qua sự kết hợp giữa cấu trúc cơ khí và hệ thống điều khiển điện tử, vô lăng cho phép bánh xe vừa đẩy xe vừa thay đổi hướng khi cần thiết để điều chỉnh hướng di chuyển, do đó mang lại cho thiết bị di động mức độ linh hoạt và khả năng điều khiển cao.
Từ góc độ cấu trúc cơ bản, vô lăng chủ yếu bao gồm bộ truyền động trung tâm, bộ truyền động lái, thiết bị phát hiện vị trí và giá đỡ. Bộ truyền động trung tâm thường bao gồm một động cơ, bộ giảm tốc và vành bánh xe. Mô-men xoắn do động cơ tạo ra được khuếch đại bởi bộ giảm tốc và truyền đến vành bánh xe, khiến vô lăng lăn dọc mặt đất, cung cấp lực tiến, lùi hoặc phanh cho toàn bộ xe. Bộ truyền động lái bao gồm một động cơ lái và các bộ phận truyền động (như bánh răng, thanh kết nối hoặc mô-đun truyền động trực tiếp), điều khiển toàn bộ bánh xe quay quanh một trục thẳng đứng hoặc một trục xác định, từ đó thay đổi hướng của bánh xe và đạt được sự điều chỉnh hướng. Các thiết bị phát hiện vị trí (chẳng hạn như bộ mã hóa, máy biến áp quay hoặc cảm biến góc) giám sát góc lái và tốc độ truyền động trong thời gian thực và đưa tín hiệu trở lại hệ thống điều khiển, tạo thành một mạch điều khiển vòng lặp khép kín.
Trong quá trình vận hành, hệ thống điều khiển sẽ tạo ra các lệnh tốc độ lái xe và lệnh góc lái dựa trên các hướng dẫn cấp cao hơn hoặc thuật toán lập kế hoạch đường đi. Lệnh tốc độ truyền động tác động lên động cơ truyền động trung tâm, điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn của nó để đạt được tốc độ di chuyển và lực kéo khác nhau; lệnh góc lái tác động lên mô tơ lái làm cho các bánh xe quay theo góc mục tiêu thông qua cơ cấu truyền động. Thiết bị phát hiện vị trí liên tục thu thập các giá trị góc và tốc độ thực tế rồi so sánh chúng với các giá trị lệnh. Thuật toán điều khiển tự động điều chỉnh đầu ra để loại bỏ sai lệch và đảm bảo rằng vô lăng duy trì độ chính xác và ổn định cao trong quá trình di chuyển và đánh lái.
Ưu điểm của vô lăng nằm ở khả năng đạt được các chế độ chuyển động hợp tác phức tạp khi bố trí nhiều bánh xe. Ví dụ: trong nền tảng di động đa hướng, nhiều vô lăng có thể điều chỉnh độc lập góc lái và tốc độ lái khi cần, cho phép xe đạt được bán kính quay vòng bằng 0, chuyển động chéo, dịch chuyển ngang và theo dõi các đường cong tùy ý. Khả năng này bắt nguồn từ khả năng điều khiển cơ học độc lập của từng vô lăng và thuật toán phối hợp đồng bộ được triển khai trong hệ thống điều khiển, cho phép thực hiện chính xác mô hình động học của xe và đáp ứng nhu cầu về-định vị chính xác cao và tránh chướng ngại vật linh hoạt.
Trong khung-điều khiển vòng kín, vô lăng không chỉ có thể thực hiện cài đặt hướng tĩnh mà còn có thể tự động điều chỉnh đường đi dựa trên nhận thức môi trường bên ngoài (chẳng hạn như dữ liệu từ lidar, cảm biến tầm nhìn hoặc đơn vị đo quán tính). Ví dụ, khi phát hiện chướng ngại vật phía trước hoặc quan sát thấy sự thay đổi hệ số ma sát mặt đất, hệ thống điều khiển có thể điều chỉnh góc lái và đầu ra truyền động trong thời gian thực để duy trì quỹ đạo xác định trước và ngăn ngừa trượt hoặc lệch.
Nói chung, vô lăng hoạt động bằng cách cung cấp lực đẩy thông qua bộ truyền động, thay đổi hướng bánh xe thông qua bộ truyền động lái, sau đó hình thành một-hệ thống điều khiển vòng kín thông qua phát hiện và phản hồi để đạt được tốc độ-điều chỉnh hướng tích hợp và chính xác. Mức độ tích hợp cơ học và điện tử cao cho phép nền tảng di động sở hữu cả tính linh hoạt và ổn định trong các điều kiện vận hành phức tạp, khiến nó trở thành thành phần thực thi cốt lõi không thể thiếu trong các hệ thống di động thông minh hiện đại.
