移動(dòng)機(jī)器人

吳昊 胡博

摘要：移動(dòng)動(dòng)機(jī)器人有很多種，有些是用在特殊場(chǎng)合，比如井下救援。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)機(jī)器人；功能與應(yīng)用

移動(dòng)機(jī)器人由運(yùn)動(dòng)載體和安裝平臺(tái)，由行走機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)組成。行走機(jī)構(gòu)是機(jī)器人與地面接觸，使機(jī)器人移動(dòng)的部件；平衡機(jī)構(gòu)是行走機(jī)構(gòu)與機(jī)身的連接部件，使機(jī)器人能夠平穩(wěn)的移動(dòng)，減少地面起伏對(duì)機(jī)身產(chǎn)生的振動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是行走機(jī)構(gòu)和救援機(jī)構(gòu)等驅(qū)動(dòng)器，需要根據(jù)要求確定驅(qū)動(dòng)形式和驅(qū)動(dòng)參數(shù)。

地面移動(dòng)機(jī)器人的工作環(huán)境主要分室內(nèi)和室外兩種。二者相比較，室內(nèi)環(huán)境結(jié)構(gòu)化程度高，可人工制造包括光照、結(jié)構(gòu)等恒定環(huán)境因素，各研究機(jī)構(gòu)對(duì)室內(nèi)機(jī)器人的研究起步較早，有些研究成果，如掃地機(jī)器人，已經(jīng)開始投入實(shí)用。室外環(huán)境一般是半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的，各種環(huán)境因素動(dòng)態(tài)變化較大，要求地面自主移動(dòng)機(jī)器人有較高的環(huán)境理解和適應(yīng)能力。目前對(duì)類似高速公路等環(huán)境的研究相對(duì)成熟，已經(jīng)出現(xiàn)少量輔助駕駛系統(tǒng)產(chǎn)品。非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的研究是一個(gè)難點(diǎn)，是巨前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

不同類型機(jī)器人在不同場(chǎng)合的應(yīng)用方式不同。圖一給出不同場(chǎng)合的機(jī)器人應(yīng)用的方式。對(duì)于不同的年齡階段作用也是不同的。

移動(dòng)機(jī)器人有以下技術(shù)要求：首先移動(dòng)平臺(tái)具有很強(qiáng)的非結(jié)構(gòu)環(huán)境適應(yīng)能力和很高的可靠性。其次要具有可靠的通信和感知系統(tǒng)，保證雙向信息通信和災(zāi)變環(huán)境的準(zhǔn)確感知。比如礦用救援機(jī)器人是一種具有環(huán)境認(rèn)知、行為決策、運(yùn)動(dòng)控制能力的智能移動(dòng)機(jī)器人，保證其在惡劣的環(huán)境中正常工作。礦用救援機(jī)器人是機(jī)電一體化系統(tǒng)，由動(dòng)力、機(jī)構(gòu)、執(zhí)行器、傳感和控制五個(gè)基本功能要素實(shí)現(xiàn)某種功能需求的集成。礦用救援機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是以上五個(gè)基本功能要素之間的邏輯關(guān)系。

根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人的功能要求，其系統(tǒng)架構(gòu)如表1所示。

這種移動(dòng)機(jī)器人是將機(jī)械、電子、新材料、傳感器、計(jì)算機(jī)、智能控制與網(wǎng)絡(luò)通信等多門科學(xué)集合于一體，是一種具有基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和前瞻性的高新技術(shù)。對(duì)這種機(jī)器人的研究，將為未來改善人民的生活提供技術(shù)上的有力支持。

最早開始研究智能機(jī)器人的是英國，之后美國、法國研究成果也很顯著。圖1-1是由美國的麻省理工學(xué)院所研制出來的智能輪椅，圖1-2由法國研制的智能輪椅，它含有手動(dòng)、自動(dòng)以及半自動(dòng)這三種模式來控制的智能機(jī)器人，圖1-3是由德國烏爾姆大學(xué)研制的；圖1-4是由西班牙研究出來的。

對(duì)于常見連續(xù)型的爬樓輪椅，依據(jù)連續(xù)型的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，能夠大致分成星型輪的機(jī)構(gòu)和履帶輪的機(jī)構(gòu)，在這兩種機(jī)構(gòu)當(dāng)中，履帶輪的機(jī)構(gòu)適用性更廣，技術(shù)更為成熟，廣泛應(yīng)用于一些爬樓梯和防暴型機(jī)器人，以及相似功能的一些裝置中。

圖1-5是履帶式移動(dòng)機(jī)器人，它強(qiáng)大的地形的適應(yīng)能力，優(yōu)勢(shì)雖然顯而易見，但是它也有很明顯的缺陷，比如耗能大，體型笨重，在它轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，履帶會(huì)出現(xiàn)磨損、開模難度大、結(jié)構(gòu)緊湊，負(fù)荷能力較小等問題。