機(jī)器人行走結(jié)構(gòu)

1、機(jī)器人行走結(jié)構(gòu)的類型及特點(diǎn)一、 移動(dòng)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)概述機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)按照其運(yùn)動(dòng)軌跡可分為固定式軌跡和無固定式軌跡兩種。固定式軌跡主要用于工業(yè)機(jī)器人，它是對(duì)人類手臂動(dòng)作和功能的模擬和擴(kuò)展；無固定軌跡就是指具有移動(dòng)功能的移動(dòng)機(jī)器人，它是對(duì)人類行走功能的模擬和擴(kuò)展。移動(dòng)機(jī)器人的行走結(jié)構(gòu)形式主要有：車輪式移動(dòng)結(jié)構(gòu)；履帶式移動(dòng)結(jié)構(gòu)；步行式移動(dòng)結(jié)構(gòu)。此外，還有步進(jìn)式移動(dòng)結(jié)構(gòu)、蠕動(dòng)式移動(dòng)結(jié)構(gòu)、混合式移動(dòng)結(jié)構(gòu)和蛇行式移動(dòng)結(jié)構(gòu)等，適合于各種特別的場(chǎng)合。從移動(dòng)機(jī)器人所處環(huán)境看，可以分為結(jié)構(gòu)環(huán)境和非結(jié)構(gòu)環(huán)境兩類。結(jié)構(gòu)環(huán)境：移動(dòng)環(huán)境是在軌道上（一維）和鋪好的道路（二維）。在這種場(chǎng)合，就能利用車輪移動(dòng)結(jié)構(gòu)。非結(jié)構(gòu)環(huán)境：

2、陸上二維、三維環(huán)境；海上、海中環(huán)境；空中宇宙環(huán)境等原有的自然環(huán)境。陸上建筑物的階梯、電梯、間隙溝等。在這樣的非結(jié)構(gòu)環(huán)境領(lǐng)域，可參考自然界動(dòng)物的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可以利用人們開發(fā)履帶，驅(qū)動(dòng)器。例如：2足、4足、6足及多足等步行結(jié)構(gòu)。行走結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人的工作效率有著至關(guān)重要的作用，選擇適當(dāng)、精巧的行走結(jié)構(gòu)往往可以大大提高機(jī)器人的動(dòng)作效率。這就需要我們熟悉和了解不同機(jī)器人行走結(jié)構(gòu)的類型及特點(diǎn)。二、 三種常見的行走結(jié)構(gòu)1) 車輪式移動(dòng)結(jié)構(gòu)兩車輪：像自行車只有兩個(gè)車輪的結(jié)構(gòu)。兩車輪的速度、傾斜等物理量精度不高，因此進(jìn)行機(jī)器人化，所需便宜、簡(jiǎn)單、可靠性高的傳感器難以獲得。此外，兩輪車制動(dòng)時(shí)以及低速運(yùn)行

3、時(shí)也極不穩(wěn)定。三輪車：三輪移動(dòng)結(jié)構(gòu)是車輪式機(jī)器人的基本移動(dòng)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)是后輪用兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，前輪用小腳輪構(gòu)成組合。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)單，而且旋轉(zhuǎn)半徑可以從0到無限大，任意設(shè)定。但是他的旋轉(zhuǎn)中心是在連接兩驅(qū)動(dòng)軸的連線上，所以旋轉(zhuǎn)半徑即使是0，旋轉(zhuǎn)中心也與車體的中心不一致。四輪車：四輪車的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本上和三輪車相同。和汽車一樣，適合于高速行走，穩(wěn)定性也好。一般情況下，車輪式行走結(jié)構(gòu)最適合平地行走，不能跨越高度，不能爬樓梯。但現(xiàn)今也出現(xiàn)特殊的輪式結(jié)構(gòu)。全方位移動(dòng)車：在平面上移動(dòng)的物體可以實(shí)現(xiàn)前后、左右和自轉(zhuǎn)3 個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng).但如汽車等,可以前進(jìn)、拐彎而不能橫向移動(dòng)就不是. 若具有完全

4、的3 個(gè)自由度,則稱為全方位移動(dòng)機(jī)器人,它非常適合工作在空間狹窄有限、對(duì)機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性要求高的場(chǎng)合中.國外很多研究機(jī)構(gòu)開展了全方位移動(dòng)機(jī)器人的上下臺(tái)階車輪式結(jié)構(gòu)：將普通的車輪進(jìn)行適當(dāng)?shù)母难b后，能夠?qū)崿F(xiàn)在階梯上移動(dòng)。不平地移動(dòng)的多車節(jié)車輪式機(jī)構(gòu)：2) 履帶式移動(dòng)結(jié)構(gòu)履帶式結(jié)構(gòu)稱為無限軌道方式，其最大特點(diǎn)是將園環(huán)狀的無限軌道履帶卷繞在多個(gè)車輪上，使車輪不直接與路面接觸。利用履帶可以緩沖路面狀態(tài)，因此可以在各種路面條件下行走。與車輪式移動(dòng)結(jié)構(gòu)相比，有如下特點(diǎn)：a) 支承面積大，接地比壓小。適合松軟或泥濘場(chǎng)地作業(yè)，下陷度小，滾動(dòng)阻力小，通過性能好；b) 越野機(jī)動(dòng)性能好，爬坡、越溝等性能均優(yōu)于車輪式移動(dòng)

5、結(jié)構(gòu)c) 履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力d) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，減震性能差，零件易損害這里介紹一種較特殊的履帶結(jié)構(gòu)形狀可變履帶結(jié)構(gòu)：它是指履帶的構(gòu)形可以根據(jù)需要進(jìn)行變化的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)一般由兩條形狀可變的履帶組成，分別由兩個(gè)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)履帶速度相同時(shí)，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)或后退移動(dòng)，當(dāng)速度不同時(shí)，整個(gè)機(jī)器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向移動(dòng)。3) 步行式移動(dòng)機(jī)構(gòu)四足機(jī)器人圖例步行機(jī)器人與輪式機(jī)器人相比較最大的優(yōu)點(diǎn)就是步行機(jī)器人對(duì)行走路面的要求很低，不僅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行，能跨越溝壑，上下臺(tái)階，用于工程探險(xiǎn)勘測(cè)或軍事偵察等人類無法完成的或危險(xiǎn)的工作；也可開發(fā)成

6、娛樂機(jī)器人玩具或家用服務(wù)機(jī)器人，具有廣泛的適應(yīng)性。主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)是機(jī)器人跨步時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)移重心而保持平衡的問題。控制特點(diǎn)：使機(jī)器人的重心經(jīng)常在接地的腳掌上，一邊不斷取得準(zhǔn)靜態(tài)平衡，一邊穩(wěn)定的步行。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：為了能變換方向和上下臺(tái)階，一定要具備多自由度。四足機(jī)器人在整個(gè)步行機(jī)器中占有很大大比重，其中四足機(jī)器人在靜止?fàn)顟B(tài)下是穩(wěn)定的，具有很高的實(shí)用性。四足機(jī)器人步行時(shí)，一只腳抬起，三只腳支撐自重，這時(shí)有必要移動(dòng)身體，讓重心落在三只腳接地點(diǎn)組成的三角形內(nèi)。三、 其他行走結(jié)構(gòu)爬壁機(jī)器人：近年來，由于工業(yè)生產(chǎn)對(duì)特殊功能機(jī)器人的需求越來越大，爬壁機(jī)器人的研究備受關(guān)注。有的可以吸附在各種大型構(gòu)造物如油罐、球形煤氣罐

7、、船舶等的壁面，代替人進(jìn)行檢查或修理等作業(yè)。這種爬壁機(jī)器人靠磁性車輪對(duì)壁面產(chǎn)生吸附力，其主要特征是：行走穩(wěn)定速度快，最大速度可達(dá)9m/min，適用各種形狀的壁面，且不損壞壁面的油漆。我國的哈爾濱工業(yè)大學(xué)已經(jīng)成功研制出單吸盤真空吸附車輪行走式爬壁機(jī)器人和永磁鐵吸附履帶爬壁機(jī)器人。其中磁吸附履帶式爬壁機(jī)器人采用的是雙履帶永磁吸附結(jié)構(gòu)，在履帶一周上安裝有數(shù)十個(gè)永磁吸附塊，其中的一部分緊緊地吸附在壁面上，并形成一定的吸附力，通過履帶（由鏈條和永磁塊組成）使機(jī)器人貼附在壁面上。機(jī)器人在壁面上的移動(dòng)靠履帶來完成，移動(dòng)時(shí)，履帶的旋轉(zhuǎn)使最后的吸附塊在脫離壁面的同時(shí)又使上面的一個(gè)吸附塊吸附于壁面，這樣周而復(fù)始，就實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人在壁面上的爬行。管道內(nèi)外移動(dòng)：如圖，可以看出移動(dòng)主要是靠兩個(gè)輪子，但每個(gè)車輪兩邊還有一對(duì)撐架，用來幫助車輪在管道外移動(dòng)時(shí)站立而不倒，并可以增加車輪與管道壁之間的摩擦，從而獲得較大的移動(dòng)力。這種結(jié)構(gòu)可用于檢修核管道和煤氣主干道等一些容易引發(fā)危害的大型管道。四、 結(jié)論機(jī)器人的行走結(jié)構(gòu)就是機(jī)器人的腳，選擇一雙好腳就能事半功倍，因此在選擇機(jī)器人的行走結(jié)構(gòu)時(shí)，我們一定要充分的考慮各個(gè)方面，