移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人的一種。本文在分析國(guó)內(nèi)外移動(dòng)機(jī)器人研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新型移動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)——將輪式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和步行式運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相結(jié)合，在兩個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)一些簡(jiǎn)單的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)單方向的步態(tài)行走。同時(shí)配合車輪運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器人不僅具有一般輪式機(jī)器人移動(dòng)速度快、控制簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，還具有較好的越障能力。關(guān)鍵詞：移動(dòng)機(jī)器人；步行機(jī)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析1引言引言在工業(yè)機(jī)器人問(wèn)世30多年后的

2、今天，機(jī)器人己被人們看作為一種生產(chǎn)工具，同時(shí)隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，各種各樣的機(jī)器人也被開(kāi)發(fā)出來(lái)去適應(yīng)制造領(lǐng)域以外的各個(gè)行業(yè)，其中移動(dòng)機(jī)器人成為機(jī)器人學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重要分支。移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)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(dòng)機(jī)器人具有移動(dòng)功能，在代替人從事危險(xiǎn)、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(jī)器人有更大的機(jī)動(dòng)性、靈活性。隨著科技的

3、進(jìn)步，人類對(duì)未知世界進(jìn)行探索的愿望越來(lái)越強(qiáng)烈，移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展也日新月異。在對(duì)移動(dòng)機(jī)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(lái)越多的專家學(xué)者和工程技術(shù)人員的興趣，更由于移動(dòng)機(jī)器人在軍事偵察、掃雷排險(xiǎn)、防核化污染等危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境以及民用中的物料搬運(yùn)上具有廣闊的應(yīng)用前景，使得對(duì)它的研究在世界各國(guó)受到更為普遍的關(guān)注。國(guó)外對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人的研究起步較早，日本是開(kāi)發(fā)機(jī)器人較早的國(guó)家，并成為世界上機(jī)器人占有量最多的國(guó)家，其

4、次是美國(guó)和德國(guó)。進(jìn)入90年代，隨著技術(shù)的進(jìn)步，移動(dòng)機(jī)器人開(kāi)始在更現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上，開(kāi)拓各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，向?qū)嵱没M(jìn)軍。前蘇聯(lián)曾經(jīng)在移動(dòng)機(jī)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(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域依然具有相當(dāng)雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，ROVER科技有限公司把在開(kāi)發(fā)空間機(jī)器人中獲得的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于開(kāi)發(fā)地面機(jī)器人系統(tǒng)，如極坐標(biāo)平面移動(dòng)車、爬行移動(dòng)機(jī)器人、球形機(jī)器人、工作伙伴平臺(tái)以及ROSA2移動(dòng)車等，最近的突出成果是2003年發(fā)射的火星漫游機(jī)器人一

5、一“勇氣”號(hào)與“機(jī)遇”號(hào)。雖然國(guó)內(nèi)有關(guān)移動(dòng)機(jī)器人研究的起步較晚，但也取得了不少成績(jī)。2003年國(guó)防科技大學(xué)賀漢根教授主持研制的無(wú)人駕駛車采用了四層遞階控制體系結(jié)構(gòu)以及機(jī)器學(xué)習(xí)等智能控制算法，在高速公路上達(dá)到了130Kmh的穩(wěn)定時(shí)速，最高時(shí)速170Kmh，而且具備了自主超車功能，這些技術(shù)指標(biāo)均處于世界領(lǐng)先的地位[1]。但是我國(guó)在機(jī)器人的核心及關(guān)鍵行走速度較慢。（3）輪式輪式機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，只是越野性能不太強(qiáng)。現(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(pán)的出現(xiàn)，實(shí)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(duì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)研究的重心也隨之轉(zhuǎn)移到輪腿結(jié)合式機(jī)構(gòu)上來(lái)了。本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人不僅要求具有一般輪式機(jī)器人移動(dòng)速度快、控制簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，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(jī)構(gòu)作為行駛機(jī)構(gòu)。2.1.2驅(qū)動(dòng)形式的選擇驅(qū)動(dòng)部分是機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分，機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)形式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)三種

7、基本類型[3]。（1）液壓驅(qū)動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)是以高壓油作為介質(zhì)，體積較氣壓驅(qū)動(dòng)小，功率質(zhì)量比大，驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)，且系統(tǒng)的固有效率高，快速性好，同時(shí)液壓驅(qū)動(dòng)調(diào)速比較簡(jiǎn)單，能在很大范圍實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。但由于壓力高，總是存在漏油的危險(xiǎn)，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(hù)，以保證其可靠性。液壓驅(qū)動(dòng)比電動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性就是它本身的安全性，由于電動(dòng)機(jī)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(guò)9V，但液壓系統(tǒng)不存在電弧問(wèn)題。

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