机器人怎么“走路”——差速驱动、轮速差与转弯半径
一、为什么先说“差速” 很多同学第一次做小车，都会问：机器人没有方向盘，它到底怎么拐弯？ 答案藏在它的两个轮子上。绝大多数两轮（或四轮、但同侧两轮由同一个电机带动）小车，采用的都是“差速驱动”：左边一个电机管左轮，右边一个电机管右轮，两个轮子的转速由程序分别设定。方向不是靠转动车轮的朝向得来的，而是靠“左右轮转速不一样”挤出来的。
把它想成划船：两个人一边一个桨，同时同速划，船就走直线；左边划得快、右边划得慢，船头就向右偏。机器人转弯的道理完全一样。
二、四种基本动作 设左轮速度为 v左，右轮速度为 v右，单位统一取“厘米每秒”： 1. 直行：v左 = v右，且都不为 0。 2. 原地左转：v左 = -v右（左轮倒转、右轮正转，速度大小相同），此时小车绕着两个轮子的中点自转。 3. 原地右转：v左 = +v、v右 = -v。 4. 弧线转弯：v左 与 v右 同向但大小不同。左轮慢、右轮快，车头向右偏；左轮快、右轮慢，车头向左偏。 注意第 2 条：很多初学者以为“原地转”必须让一个轮子停住，其实一个轮子停住（v左=0）时，车是绕着停住的那个轮子画小圈，而不是绕自己的中点自转。
三、把“差速”算出来：转弯半径与角速度 设两个轮子中心之间的距离（轮距）为 L，小车中心的转弯半径 R 满足： R = (L / 2) × (v右 + v左) / (v右 - v左) 小车绕自身中心的角速度 ω 满足： ω = (v右 - v左) / L （单位：弧度每秒） 这两个式子说明三件事： (1) 转速差越小，R 越大，走得越“平”；转速差趋近于 0 时，R 趋近无穷大，也就是直线。 (2) 转速差越大，R 越小，拐得越急。 (3) 当 v右 = -v左 时，R = 0，正好对应原地自转。
例题：某小车轮距 L = 20 厘米，程序设定左轮 10 厘米每秒、右轮 30 厘米每秒。 转弯半径 R = (20/2) × (30+10)/(30-10) = 10 × 40/20 = 20 厘米。 角速度 ω = (30-10)/20 = 1 弧度每秒。 若想让它转过 90 度（π/2 ≈ 1.57 弧度），需要的时间 t = 1.57 / 1 ≈ 1.57 秒。 也就是说：想拐多急，先算差；想拐多久，用角度除以角速度。这句话是机器人转弯编程的核心口诀。
四、一个真实案例：循迹小车怎么“跟着黑线走” 循迹小车底部装两到五个红外反射传感器，黑线吸光、白底反光，传感器输出高低电平。程序逻辑只有三步： 第一步，采样：读一次传感器，得到“现在压线的是中间，还是偏左、偏右”。 第二步，算误差：把传感器位置换成数字，例如最左为 -2、偏左为 -1、正中为 0、偏右为 +1、最右为 +2。 第三步，出控制量：把误差乘以一个系数 k，去调整左右轮的差速。比如基准速度 20，误差为 +1 时设定 v左 = 20 + 3k、v右 = 20 - 3k，车就往左修正回来。 这就是最朴素的“比例控制”（P 控制）。k 太小，车会左右摇摆压不住线；k 太大，车会剧烈摆动甚至冲出赛道。调试时先从小的 k 开始，逐步加大到“刚好不摆”的位置，这个过程本身就是工程实践。
五、三个高频错误 错误 1：把“速度”当成“电机功率”。电机从静止到目标转速需要时间，功率大不等于立刻达到某速度，转弯会“提前”或“滞后”。解决办法是用编码器测实际转速，做闭环；或者在做精确转弯时先低速、再微调。 错误 2：只调一个轮子。差速是“差”，只改一个轮子会让直行也跑偏。要成对地改：一个加多少，另一个减多少。 错误 3：忽略地面与轮子打滑。同样的程序在木地板和地毯上走出来的弧线完全不同。赛前必须在实际场地标定，把“时间—角度”的对应关系重新测一遍。
六、练习（答案在最后） 1. 轮距 16 厘米，v左 = 8、v右 = 16（厘米每秒），求转弯半径与角速度。 2. 要让小车原地右转，左右轮应如何设定？“绕左轮画圈”又该如何设定？ 3. 轮距 20 厘米，角速度要求 2 弧度每秒，两轮速度差应是多少？ 4. 循迹时小车持续向右偏出黑线，说明修正方向反了还是 k 太小？如何验证？ 5. 为什么精确转弯前建议先降速？
参考答案： 1. R = 8 × 24/8 = 24 厘米；ω = 8/16 = 0.5 弧度每秒。 2. 原地右转：v左 = +v、v右 = -v；绕左轮画圈：v左 = 0、v右 > 0。 3. 速度差 = ω × L = 2 × 20 = 40 厘米每秒（例如左 10、右 50，或左 -10、右 30）。 4. 大概率是修正方向反了（符号错），也可能是左右电机接线互换。验证：把小车架空，只给“向左修正”的指令，看轮子转向是否符合预期。 5. 因为转弯半径与角速度都建立在“实际轮速”上，而实际轮速在高速时受打滑、惯性、加速度限制影响更大，低速时更接近设定值，转角更准。