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浅谈移动机器人的机构与分类

2018-11-26 09:46
来源: 机器人库

一、移动机器人的机构

一般而言,移动机器人的移动机构主要有轮式移动机构、履带式移动机构及足式移动机构,此外还有步进式移动机构、蠕动式移动机构、蛇行式移动机构和混合式移动机构,以适应不同的工作环境和场合。一般室内移动机器人通常采用轮式移动机构,室外移动机器人为了适应野外环境的需要,多采用履带式移动机构。一些仿生机器人,通常模仿某种生物运动方式而采用相应的移动机构,如机器蛇采用蛇行式移动机构,机器鱼则采用尾鳍推进式移动机构。其中轮式的效率最高,但适应性能力相对较差;而足式的移动适应能力最强,但其效率最低。下面介绍轮式移动机构和足式移动机构。

1 轮式移动机构

轮式移动机器人是移动机器人中应用最多的一种机器人,在相对平坦的地面上,用轮式移动方式是相当优越的。轮式移动机构根据车轮的多少有1轮、2轮、3轮、4轮及多轮机构。1轮及2轮移动机构在实现上的障碍主要是稳定性问题,实际应用的轮式移动机构多采用3轮和4轮。3轮移动机构一般是一个前轮,两个后轮。其中,两个后轮独立动,前轮是万向轮,只起支撑作用,靠后轮的转速差实现转向。

4轮移动机构应用最为广泛,4轮机构可采用不同的方式实现驱动和转向,既可以使用后轮分散驱动,也可以用连杆机构实现4轮同步转向,这种方式比起仅有前轮转向的车辆可实现更小的转弯半径。

2 足式移动机构

履带式移动机构虽在高低不平的地面上可以运动,但是它的适应性不够好,行走时晃动较大,在软地面上行驶时效率低。根据调查,地球上近一半的地面不适合传统的轮式或履带式车辆行走,但是一般的多足动物却能在这些地方行动自如,显然,足式移动机构在这样的环境下有独特的优势。

足式移动机构对崎岖路面具有很好的适应能力,足式运动方式的立足点是离散的点,可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点,而轮式和履带式移动机构必须面临最坏地形上的几乎所有点。足式运动方式还具有主动隔振能力,尽管地面高低不平,机身的运动仍然可以相当平稳。足式行走机构在不平地面和松软地面上的运动速度较高,能耗较少。

现有的足式移动机器人的足数分别为单足、双足,三足、四足、六足、八足,甚至更多。足的数目多,适合于重载和慢速运动。在实际中,由于双足和四足具有最好的适应性和灵活性,也最接近人类和动物,所以用得最多。

二、移动机器人的分类

1 管道移动机器人

目前,管道的检测和维护多采用管道移动机器人来进行。管道移动机器人是一种可沿管道内壁行走的机械,它可以携带一种或多种传感器及操作装置,如CCD摄像机、位置和姿态传感器、超声传感器、涡流传感器、管道清理装置、管道焊接装置、简单的操作机械手等,在操作人员的控制下进行管道检测维修作业。

2 水下移动机器人

21世纪是人类开发海洋的新世纪,进行海洋科学研究、海上石油开发、海底矿藏勘测、海底打捞救生等,都需要开发海底载人潜水器和水下移动机器人技术。因此,发展水下机器人意义重大。水下机器人的种类很多,如载人潜水器、遥控有缆水下机器人、自主无缆水下机器人等。

3 空中移动机器人

空中移动机器人在通信、气象、灾害检测、农业、地质、交通、广播电视等方面都有广泛的应用。目前其技术已趋成熟,性能日益完善,逐步向小型化、智能化、隐身化方向发展,同时与空中移动机器人相关的雷达、探测、测控、传输、材料等方面也正处于飞速发展的阶段。空中移动机器人主要分为仿昆虫飞行移动机器人、飞行移动机器人、四轴飞行器、微型飞行器等。微型飞行器的研制是一项包含了多种交又学科的高、精、尖技术,其研究水平在一定程度上可以反映一个国家在微电机系统技术领域内的实力,它的研制不仅是对其自身问题的解决,更重要的是,还能对其他许多相关技术领域的发展起推动作用,所以研制微型飞行器不管是从使用价值方面考虑,还是从推动技术发展考虑,对于我们国家来说都是迫切需要发展的一项研究工作。

4 军事移动机器人

军事是目前机器人使用较广泛的一个领域,随着现代战争逐渐向高新技术方向发展,机器人使用将大大减少战场上人员的伤亡。军用移动机器人有侦察机器人、爆炸物处理移动机器人、救援机器人、步兵支援机器人和无人机等。

5 服务移动机器人

服务机器人是一种半自主或全自主工作、为人类提供务的机器人,目前主要有医用机器人、家用机器人娱乐机器人、导游机器人、智能轮椅等。智能轮椅是将智能移动机器人技术应用于电动轮椅,融合多种领域的研究,包括移动机器人视觉、移动机器人导航和定位、模式识别、多种传感器融合及用户接口等,涉及机械、控制、传感器、人工智能等技术。

6 仿生移动机器人

仿生移动机器人是指模仿生物、从事生物特点工作的移动机器人。有一些蛇形移动机器人、蜘蛛移动机器人、壁虎移动机器人、机器蛙等仿生移动机器人,在搜救、侦查方面都有很好的应用价值。

移动机器人种类繁多,工厂中大量应用的自动导引小车还只是这个移动机器人大家庭中的一位成员。在不远的将来,将有更多种类的移动机器人在我们工作和生活中扮演着重要的角色。

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