移動機器人的結(jié)構(gòu)設計

1、移動機器人的結(jié)構(gòu)設計移動機器人的結(jié)構(gòu)設計摘要：移動機器人是機器人的一種。本文在分析國內(nèi)外移動機器人研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設計了一種新型移動機器人結(jié)構(gòu)——將輪式驅(qū)動系統(tǒng)和步行式運動機構(gòu)相結(jié)合，在兩個電機的驅(qū)動下，通過一些簡單的傳動機構(gòu)，使機器人可以實現(xiàn)單方向的步態(tài)行走。同時配合車輪運動，使機器人不僅具有一般輪式機器人移動速度快、控制簡單的特點，還具有較好的越障能力。關(guān)鍵詞：移動機器人；步行機構(gòu)；運動學分析1引言引言在工業(yè)機器人問世30多年后的

2、今天，機器人己被人們看作為一種生產(chǎn)工具，同時隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，各種各樣的機器人也被開發(fā)出來去適應制造領(lǐng)域以外的各個行業(yè)，其中移動機器人成為機器人學發(fā)展中的一個重要分支。移動機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，移動機器人具有移動功能，在代替人從事危險、惡劣(如輻射、有毒等)環(huán)境下作業(yè)和人所不及的(如宇宙空間、水下等)環(huán)境作業(yè)方面，比一般機器人有更大的機動性、靈活性。隨著科技的

3、進步，人類對未知世界進行探索的愿望越來越強烈，移動機器人的發(fā)展也日新月異。在對移動機器人的研究中，人們提出了許多新的或挑戰(zhàn)性的理論與工程技術(shù)課題，引起越來越多的專家學者和工程技術(shù)人員的興趣，更由于移動機器人在軍事偵察、掃雷排險、防核化污染等危險、惡劣環(huán)境以及民用中的物料搬運上具有廣闊的應用前景，使得對它的研究在世界各國受到更為普遍的關(guān)注。國外對于移動機器人的研究起步較早，日本是開發(fā)機器人較早的國家，并成為世界上機器人占有量最多的國家，其

4、次是美國和德國。進入90年代，隨著技術(shù)的進步，移動機器人開始在更現(xiàn)實的基礎(chǔ)上，開拓各個應用領(lǐng)域，向?qū)嵱没M軍。前蘇聯(lián)曾經(jīng)在移動機器人技術(shù)方面居于世界領(lǐng)先的地位，俄羅斯作為前蘇聯(lián)的繼承者，在機器人技術(shù)領(lǐng)域依然具有相當雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，ROVER科技有限公司把在開發(fā)空間機器人中獲得的經(jīng)驗應用于開發(fā)地面機器人系統(tǒng)，如極坐標平面移動車、爬行移動機器人、球形機器人、工作伙伴平臺以及ROSA2移動車等，最近的突出成果是2003年發(fā)射的火星漫游機器人一

5、一“勇氣”號與“機遇”號。雖然國內(nèi)有關(guān)移動機器人研究的起步較晚，但也取得了不少成績。2003年國防科技大學賀漢根教授主持研制的無人駕駛車采用了四層遞階控制體系結(jié)構(gòu)以及機器學習等智能控制算法，在高速公路上達到了130Kmh的穩(wěn)定時速，最高時速170Kmh，而且具備了自主超車功能，這些技術(shù)指標均處于世界領(lǐng)先的地位[1]。但是我國在機器人的核心及關(guān)鍵行走速度較慢。（3）輪式輪式機器人具有運動速度快的優(yōu)點，只是越野性能不太強?，F(xiàn)在的許多輪式己經(jīng)

6、不同于傳統(tǒng)的輪式結(jié)構(gòu)，隨著各種各樣的車輪底盤的出現(xiàn)，實現(xiàn)了輪式與腿式結(jié)構(gòu)相結(jié)合，具有與腿式結(jié)構(gòu)相媲美的越障能力。如今人們對機器人機構(gòu)研究的重心也隨之轉(zhuǎn)移到輪腿結(jié)合式機構(gòu)上來了。本文設計的移動機器人不僅要求具有一般輪式機器人移動速度快、控制簡單的特點，還要具有較好的越障能力，因此本文選擇輪腿式相結(jié)合的輪腿機構(gòu)作為行駛機構(gòu)。2.1.2驅(qū)動形式的選擇驅(qū)動部分是機器人系統(tǒng)的重要組成部分，機器人常用的驅(qū)動形式主要有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動三種

7、基本類型[3]。（1）液壓驅(qū)動液壓驅(qū)動是以高壓油作為介質(zhì)，體積較氣壓驅(qū)動小，功率質(zhì)量比大，驅(qū)動平穩(wěn)，且系統(tǒng)的固有效率高，快速性好，同時液壓驅(qū)動調(diào)速比較簡單，能在很大范圍實現(xiàn)無級調(diào)速。但由于壓力高，總是存在漏油的危險，這不僅影響工作穩(wěn)定性和定位精度，而且污染環(huán)境，所以需要良好的維護，以保證其可靠性。液壓驅(qū)動比電動機的優(yōu)越性就是它本身的安全性，由于電動機存在著電弧和引爆的可能性，要求在易爆區(qū)域中所帶電壓不超過9V，但液壓系統(tǒng)不存在電弧問題。

8、（2）氣壓驅(qū)動在所有的驅(qū)動方式中，氣壓驅(qū)動是最簡單的。使用壓力通常在0.4～0.6Mpa，最高可達1Mpa。用氣壓伺服實現(xiàn)高精度是困難的，但在滿足精度的場合下，氣壓驅(qū)動在所有的機器人驅(qū)動形式中是質(zhì)量最輕、成本最低的。氣壓驅(qū)動主要優(yōu)點是氣源方便，驅(qū)動系統(tǒng)具有緩沖作用，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可以在高溫、粉塵等惡劣的環(huán)境中工作。其缺點是：功率質(zhì)量比小，裝置體積大，同時由于空氣的可壓縮性使得機器人在任意定位時，位姿精度不高。（3）電氣驅(qū)動電氣驅(qū)動是