移動機器人

吳昊 胡博

摘要：移動動機器人有很多種，有些是用在特殊場合，比如井下救援。

關鍵詞：移動機器人；功能與應用

移動機器人由運動載體和安裝平臺，由行走機構、平衡機構組成。行走機構是機器人與地面接觸，使機器人移動的部件；平衡機構是行走機構與機身的連接部件，使機器人能夠平穩的移動，減少地面起伏對機身產生的振動。驅動系統是行走機構和救援機構等驅動器，需要根據要求確定驅動形式和驅動參數。

地面移動機器人的工作環境主要分室內和室外兩種。二者相比較，室內環境結構化程度高，可人工制造包括光照、結構等恒定環境因素，各研究機構對室內機器人的研究起步較早，有些研究成果，如掃地機器人，已經開始投入實用。室外環境一般是半結構化和非結構化的，各種環境因素動態變化較大，要求地面自主移動機器人有較高的環境理解和適應能力。目前對類似高速公路等環境的研究相對成熟，已經出現少量輔助駕駛系統產品。非結構化環境的研究是一個難點，是巨前國內外研究的熱點。

不同類型機器人在不同場合的應用方式不同。圖一給出不同場合的機器人應用的方式。對于不同的年齡階段作用也是不同的。

移動機器人有以下技術要求：首先移動平臺具有很強的非結構環境適應能力和很高的可靠性。其次要具有可靠的通信和感知系統，保證雙向信息通信和災變環境的準確感知。比如礦用救援機器人是一種具有環境認知、行為決策、運動控制能力的智能移動機器人，保證其在惡劣的環境中正常工作。礦用救援機器人是機電一體化系統，由動力、機構、執行器、傳感和控制五個基本功能要素實現某種功能需求的集成。礦用救援機器人系統結構是以上五個基本功能要素之間的邏輯關系。

根據移動機器人的功能要求，其系統架構如表1所示。

這種移動機器人是將機械、電子、新材料、傳感器、計算機、智能控制與網絡通信等多門科學集合于一體，是一種具有基礎性、戰略性和前瞻性的高新技術。對這種機器人的研究，將為未來改善人民的生活提供技術上的有力支持。

最早開始研究智能機器人的是英國，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、自動以及半自動這三種模式來控制的智能機器人，圖1-3是由德國烏爾姆大學研制的；圖1-4是由西班牙研究出來的。

對于常見連續型的爬樓輪椅，依據連續型的移動機構，能夠大致分成星型輪的機構和履帶輪的機構，在這兩種機構當中，履帶輪的機構適用性更廣，技術更為成熟，廣泛應用于一些爬樓梯和防暴型機器人，以及相似功能的一些裝置中。

圖1-5是履帶式移動機器人，它強大的地形的適應能力，優勢雖然顯而易見，但是它也有很明顯的缺陷，比如耗能大，體型笨重，在它轉彎的時候，履帶會出現磨損、開模難度大、結構緊湊，負荷能力較小等問題。