一、移(yí)动(dòng)机器人的机(jī)构
一般而(ér)言,移动机器人的(de)移动机(jī)构主要有轮式移动机构、履带式移动机(jī)构及足式移动机构(gòu),此外还有步进式移动机构、蠕(rú)动式移动(dòng)机构、蛇行(háng)式移动机构和(hé)混合(hé)式移动机(jī)构,以(yǐ)适应不(bú)同的工作环境和场(chǎng)合。一般室内移(yí)动机器人通(tōng)常(cháng)采用轮式移动机构,室外移动机器(qì)人为(wéi)了(le)适应野外环境的需要(yào),多采用履带式移动机构。一些(xiē)仿生机器人,通(tōng)常模仿某种生物运动方(fāng)式而(ér)采用相应(yīng)的移动机构,如(rú)机器蛇采用(yòng)蛇行(háng)式(shì)移动(dòng)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(néng)力相对较差;而足式(shì)的移动适应能力最(zuì)强,但其效(xiào)率最低。下面介绍轮式移动机(jī)构和足式移动(dòng)机构。
1 轮式移动机(jī)构
轮式(shì)移动机(jī)器人是移动(dòng)机器人中(zhōng)应用最(zuì)多的一种机器(qì)人,在相对平坦(tǎn)的地(dì)面上,用轮式(shì)移动方式是相当优越(yuè)的。轮式移动机构根据车轮的多(duō)少有1轮、2轮(lún)、3轮、4轮及多轮机构。1轮及2轮移(yí)动机(jī)构在实现上的障碍主(zhǔ)要是(shì)稳定性问题,实际应(yīng)用的(de)轮式移动机(jī)构多采用3轮和(hé)4轮(lún)。3轮移动机构一般是一(yī)个前(qián)轮,两个后轮。其中,两(liǎng)个后(hòu)轮(lún)独立动,前轮是万向轮(lún),只(zhī)起(qǐ)支撑(chēng)作用,靠后轮的(de)转(zhuǎn)速差实现转向(xiàng)。
4轮移动(dòng)机(jī)构应(yīng)用最为广泛,4轮机构可采(cǎi)用不同的(de)方式实现驱动和转向(xiàng),既可(kě)以(yǐ)使(shǐ)用后(hòu)轮分散驱动,也可以(yǐ)用连杆机构实现4轮同步(bù)转向,这种方式比起(qǐ)仅有前轮转向的车辆可实(shí)现更小的转(zhuǎn)弯半径(jìng)。
2 足(zú)式移(yí)动机构(gòu)
履带(dài)式移动机构虽在(zài)高低不平(píng)的地面上可以运动(dòng),但是它(tā)的适应性不够好,行(háng)走时晃动较大,在软(ruǎn)地面上行驶时效率低。根据(jù)调查,地(dì)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(yī)般的多足动物却能(néng)在这(zhè)些地方行动(dòng)自如,显然,足式移动机构(gòu)在这样的环境下有独特的优(yōu)势。
足(zú)式移动机构(gòu)对崎岖路面具有很(hěn)好的适(shì)应能力,足式运(yùn)动方式的立足点是离散的(de)点,可以在可能到达的地面(miàn)上选择最(zuì)优的支撑点(diǎn),而轮式(shì)和履带式移动机构必须面临最坏地形(xíng)上的几乎所有点。足(zú)式运动方式还具有主动隔振能力(lì),尽管地(dì)面(miàn)高低不平(píng),机(jī)身的运动仍然可以相当平稳(wěn)。足(zú)式(shì)行走机构在不平地面和松软地面上的运动(dòng)速度较高,能耗较少。
现有的(de)足式移动机器人的足(zú)数分别为(wéi)单足、双足,三(sān)足(zú)、四足、六足、八足,甚至更多。足(zú)的数(shù)目多,适合于重载和慢速(sù)运动。在实际中,由(yóu)于双足和四(sì)足具有最好的适应性(xìng)和(hé)灵活性,也最(zuì)接近(jìn)人类和动物,所以用得最(zuì)多。
二(èr)、移动(dòng)机器人的(de)分类
1 管(guǎn)道移动机(jī)器(qì)人
目前,管道的检测和维护多(duō)采(cǎi)用管道(dào)移动机(jī)器人来(lái)进行。管(guǎn)道移动机器人是一种可沿(yán)管(guǎn)道内壁行走的(de)机械,它可以携带(dài)一种或多(duō)种(zhǒng)传感器(qì)及操作装置,如CCD摄像机、位置和姿态传感器(qì)、超声传感器、涡(wō)流传感器、管(guǎn)道清(qīng)理(lǐ)装置(zhì)、管道焊接(jiē)装置(zhì)、简单(dān)的操作机械手(shǒu)等,在操作人(rén)员的控制下进行管道检测(cè)维修作业。
2 水下移动机器人
21世纪是人类(lèi)开发海洋(yáng)的(de)新世纪,进行海洋科学研究、海上石(shí)油开发、海(hǎi)底矿藏勘测、海底(dǐ)打捞救生(shēng)等(děng),都需(xū)要开发海底载人潜水(shuǐ)器和水下移动机器(qì)人技术。因此,发展水下机器人(rén)意义重大。水下机器人的种类很多,如载人潜(qián)水器、遥控有缆水下机器人、自主无(wú)缆水下机器人等。
3 空中移(yí)动机器人(rén)
空中移动机器人在通信、气象(xiàng)、灾害检测、农业(yè)、地质、交通(tōng)、广播电视等方面都(dōu)有广(guǎng)泛的应用。目前其技(jì)术已趋成熟,性能日益(yì)完善(shàn),逐步向小型化、智能化、隐身化方(fāng)向发展,同时与空中移动机器人(rén)相关的(de)雷(léi)达(dá)、探(tàn)测、测控、传输、材料等方面也正(zhèng)处于飞速发展(zhǎn)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(fēi)行器、微型飞行器等。微型飞行器的(de)研制是一项(xiàng)包含了多种交又学科的高、精、尖(jiān)技术,其(qí)研究水平(píng)在一(yī)定程(chéng)度上可以反(fǎn)映一个国家在微电机系统技术(shù)领域内的实力,它的研制不仅是对其(qí)自身问(wèn)题(tí)的解决,更重要(yào)的是,还能对其他许(xǔ)多相关(guān)技术领域的发展(zhǎn)起推动作用,所(suǒ)以研制微型飞行器(qì)不(bú)管是从(cóng)使用价值(zhí)方面考虑,还是从(cóng)推动技术发展考虑,对于我们(men)国家来说(shuō)都是迫切需(xū)要发展(zhǎn)的一项研究工作。
4 军事移动机器人
军事是目(mù)前机器人使用较广泛(fàn)的一个领域,随着现代战争(zhēng)逐渐向高(gāo)新技术(shù)方(fāng)向(xiàng)发展,机器人使(shǐ)用将大大减少战(zhàn)场上人员的伤亡。军(jun1)用移动机(jī)器人有侦察机器人、爆(bào)炸物(wù)处理移动机器人、救(jiù)援机器人、步兵支援机器人(rén)和无人机等。
5 服务移动机器人
服务机器人(rén)是(shì)一种半自主或全自主工作、为人类提供务的(de)机器人,目前主要(yào)有医(yī)用机器人、家(jiā)用机(jī)器(qì)人、娱乐机器人、导游机器(qì)人、智能轮椅等。智能轮椅是将智能移动机(jī)器人(rén)技术应用(yòng)于电动轮椅,融合(hé)多种(zhǒng)领域的研究(jiū),包括移动机器人视(shì)觉、移动机器人导航和(hé)定位、模式(shì)识别、多种传感(gǎn)器融合及(jí)用户接口等,涉及机械、控制、传感器、人工智能(néng)等技术。
6 仿(fǎng)生移(yí)动机器人
仿生移动机器人是指模仿生物、从(cóng)事生物特点(diǎn)工作(zuò)的(de)移动机器人。有一些蛇形移动(dòng)机器人、蜘蛛移动机(jī)器人(rén)、壁虎(hǔ)移(yí)动机器人、机器(qì)蛙等仿生移动机器(qì)人,在搜救、侦查(chá)方面都有很好的应用价值。
移动机(jī)器人种类繁多,工厂中(zhōng)大量应用的自动导(dǎo)引小车还只是这(zhè)个移动机(jī)器人(rén)大家(jiā)庭中(zhōng)的一位成员。在不远的将来,将(jiāng)有更多种(zhǒng)类的移动机器人(rén)在我们工作和生活中扮演着(zhe)重要的角色(sè)。