關(guān)于移動機(jī)器人的機(jī)構(gòu)與分類淺析

一、移動機(jī)器人的機(jī)構(gòu)

一般而言，移動機(jī)器人的移動機(jī)構(gòu)主要有輪式移動機(jī)構(gòu)、履帶式移動機(jī)構(gòu)及足式移動機(jī)構(gòu)，此外還有步進(jìn)式移動機(jī)構(gòu)、蠕動式移動機(jī)構(gòu)、蛇行式移動機(jī)構(gòu)和混合式移動機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境和場合。一般室內(nèi)移動機(jī)器人通常采用輪式移動機(jī)構(gòu)，室外移動機(jī)器人為了適應(yīng)野外環(huán)境的需要，多采用履帶式移動機(jī)構(gòu)。一些仿生機(jī)器人，通常模仿某種生物運(yùn)動方式而采用相應(yīng)的移動機(jī)構(gòu)，如機(jī)器蛇采用蛇行式移動機(jī)構(gòu)，機(jī)器魚則采用尾鰭推進(jìn)式移動機(jī)構(gòu)。其中輪式的效率最高，但適應(yīng)性能力相對較差；而足式的移動適應(yīng)能力最強(qiáng)，但其效率最低。下面介紹輪式移動機(jī)構(gòu)和足式移動機(jī)構(gòu)。

1 輪式移動機(jī)構(gòu)

輪式移動機(jī)器人是移動機(jī)器人中應(yīng)用最多的一種機(jī)器人，在相對平坦的地面上，用輪式移動方式是相當(dāng)優(yōu)越的。輪式移動機(jī)構(gòu)根據(jù)車輪的多少有1輪、2輪、3輪、4輪及多輪機(jī)構(gòu)。1輪及2輪移動機(jī)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)上的障礙主要是穩(wěn)定性問題，實(shí)際應(yīng)用的輪式移動機(jī)構(gòu)多采用3輪和4輪。3輪移動機(jī)構(gòu)一般是一個前輪，兩個后輪。其中，兩個后輪獨(dú)立動，前輪是萬向輪，只起支撐作用，靠后輪的轉(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

4輪移動機(jī)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛，4輪機(jī)構(gòu)可采用不同的方式實(shí)現(xiàn)驅(qū)動和轉(zhuǎn)向，既可以使用后輪分散驅(qū)動，也可以用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)4輪同步轉(zhuǎn)向，這種方式比起僅有前輪轉(zhuǎn)向的車輛可實(shí)現(xiàn)更小的轉(zhuǎn)彎半徑。

2 足式移動機(jī)構(gòu)

履帶式移動機(jī)構(gòu)雖在高低不平的地面上可以運(yùn)動，但是它的適應(yīng)性不夠好，行走時晃動較大，在軟地面上行駛時效率低。根據(jù)調(diào)查，地球上近一半的地面不適合傳統(tǒng)的輪式或履帶式車輛行走，但是一般的多足動物卻能在這些地方行動自如，顯然，足式移動機(jī)構(gòu)在這樣的環(huán)境下有獨(dú)特的優(yōu)勢。

足式移動機(jī)構(gòu)對崎嶇路面具有很好的適應(yīng)能力，足式運(yùn)動方式的立足點(diǎn)是離散的點(diǎn)，可以在可能到達(dá)的地面上選擇最優(yōu)的支撐點(diǎn)，而輪式和履帶式移動機(jī)構(gòu)必須面臨最壞地形上的幾乎所有點(diǎn)。足式運(yùn)動方式還具有主動隔振能力，盡管地面高低不平，機(jī)身的運(yùn)動仍然可以相當(dāng)平穩(wěn)。足式行走機(jī)構(gòu)在不平地面和松軟地面上的運(yùn)動速度較高，能耗較少。

現(xiàn)有的足式移動機(jī)器人的足數(shù)分別為單足、雙足，三足、四足、六足、八足，甚至更多。足的數(shù)目多，適合于重載和慢速運(yùn)動。在實(shí)際中，由于雙足和四足具有最好的適應(yīng)性和靈活性，也最接近人類和動物，所以用得最多。

二、移動機(jī)器人的分類

1 管道移動機(jī)器人

目前，管道的檢測和維護(hù)多采用管道移動機(jī)器人來進(jìn)行。管道移動機(jī)器人是一種可沿管道內(nèi)壁行走的機(jī)械，它可以攜帶一種或多種傳感器及操作裝置，如CCD攝像機(jī)、位置和姿態(tài)傳感器、超聲傳感器、渦流傳感器、管道清理裝置、管道焊接裝置、簡單的操作機(jī)械手等，在操作人員的控制下進(jìn)行管道檢測維修作業(yè)。

2 水下移動機(jī)器人

21世紀(jì)是人類開發(fā)海洋的新世紀(jì)，進(jìn)行海洋科學(xué)研究、海上石油開發(fā)、海底礦藏勘測、海底打撈救生等，都需要開發(fā)海底載人潛水器和水下移動機(jī)器人技術(shù)。因此，發(fā)展水下機(jī)器人意義重大。水下機(jī)器人的種類很多，如載人潛水器、遙控有纜水下機(jī)器人、自主無纜水下機(jī)器人等。

3 空中移動機(jī)器人

空中移動機(jī)器人在通信、氣象、災(zāi)害檢測、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、交通、廣播電視等方面都有廣泛的應(yīng)用。目前其技術(shù)已趨成熟，性能日益完善，逐步向小型化、智能化、隱身化方向發(fā)展，同時與空中移動機(jī)器人相關(guān)的雷達(dá)、探測、測控、傳輸、材料等方面也正處于飛速發(fā)展的階段?？罩幸苿訖C(jī)器人主要分為仿昆蟲飛行移動機(jī)器人、飛行移動機(jī)器人、四軸飛行器、微型飛行器等。微型飛行器的研制是一項(xiàng)包含了多種交又學(xué)科的高、精、尖技術(shù)，其研究水平在一定程度上可以反映一個國家在微電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)力，它的研制不僅是對其自身問題的解決，更重要的是，還能對其他許多相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展起推動作用，所以研制微型飛行器不管是從使用價值方面考慮，還是從推動技術(shù)發(fā)展考慮，對于我們國家來說都是迫切需要發(fā)展的一項(xiàng)研究工作。

4 軍事移動機(jī)器人

軍事是目前機(jī)器人使用較廣泛的一個領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭逐漸向高新技術(shù)方向發(fā)展，機(jī)器人使用將大大減少戰(zhàn)場上人員的傷亡。軍用移動機(jī)器人有偵察機(jī)器人、爆炸物處理移動機(jī)器人、救援機(jī)器人、步兵支援機(jī)器人和無人機(jī)等。

5 服務(wù)移動機(jī)器人

服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作、為人類提供務(wù)的機(jī)器人，目前主要有醫(yī)用機(jī)器人、家用機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、導(dǎo)游機(jī)器人、智能輪椅等。智能輪椅是將智能移動機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于電動輪椅，融合多種領(lǐng)域的研究，包括移動機(jī)器人視覺、移動機(jī)器人導(dǎo)航和定位、模式識別、多種傳感器融合及用戶接口等，涉及機(jī)械、控制、傳感器、人工智能等技術(shù)。

6 仿生移動機(jī)器人

仿生移動機(jī)器人是指模仿生物、從事生物特點(diǎn)工作的移動機(jī)器人。有一些蛇形移動機(jī)器人、蜘蛛移動機(jī)器人、壁虎移動機(jī)器人、機(jī)器蛙等仿生移動機(jī)器人，在搜救、偵查方面都有很好的應(yīng)用價值。

移動機(jī)器人種類繁多，工廠中大量應(yīng)用的自動導(dǎo)引小車還只是這個移動機(jī)器人大家庭中的一位成員。在不遠(yuǎn)的將來，將有更多種類的移動機(jī)器人在我們工作和生活中扮演著重要的角色。