移動(dòng)機器人的機構與分類(lèi)分析

一、移動(dòng)機器人的機構

一般而言，移動(dòng)機器人的移動(dòng)機構主要有輪式移動(dòng)機構、履帶式移動(dòng)機構及足式移動(dòng)機構，此外還有步進(jìn)式移動(dòng)機構、蠕動(dòng)式移動(dòng)機構、蛇行式移動(dòng)機構和混合式移動(dòng)機構，以適應不同的工作環(huán)境和場(chǎng)合。一般室內移動(dòng)機器人通常采用輪式移動(dòng)機構，室外移動(dòng)機器人為了適應野外環(huán)境的需要，多采用履帶式移動(dòng)機構。一些仿生機器人，通常模仿某種生物運動(dòng)方式而采用相應的移動(dòng)機構，如機器蛇采用蛇行式移動(dòng)機構，機器魚(yú)則采用尾鰭推進(jìn)式移動(dòng)機構。其中輪式的效率最高，但適應性能力相對較差；而足式的移動(dòng)適應能力最強，但其效率最低。

1 輪式移動(dòng)機構

輪式移動(dòng)機器人是移動(dòng)機器人中應用最多的一種機器人，在相對平坦的地面上，用輪式移動(dòng)方式是相當優(yōu)越的。輪式移動(dòng)機構根據車(chē)輪的多少有1輪、2輪、3輪、4輪及多輪機構。1輪及2輪移動(dòng)機構在實(shí)現上的障礙主要是穩定性問(wèn)題，實(shí)際應用的輪式移動(dòng)機構多采用3輪和4輪。3輪移動(dòng)機構一般是一個(gè)前輪，兩個(gè)后輪。其中，兩個(gè)后輪獨立動(dòng)，前輪是萬(wàn)向輪，只起支撐作用，靠后輪的轉速差實(shí)現轉向。

4輪移動(dòng)機構應用最為廣泛，4輪機構可采用不同的方式實(shí)現驅動(dòng)和轉向，既可以使用后輪分散驅動(dòng)，也可以用連桿機構實(shí)現4輪同步轉向，這種方式比起僅有前輪轉向的車(chē)輛可實(shí)現更小的轉彎半徑。

2 足式移動(dòng)機構

履帶式移動(dòng)機構雖在高低不平的地面上可以運動(dòng)，但是它的適應性不夠好，行走時(shí)晃動(dòng)較大，在軟地面上行駛時(shí)效率低。根據調查，地球上近一半的地面不適合傳統的輪式或履帶式車(chē)輛行走，但是一般的多足動(dòng)物卻能在這些地方行動(dòng)自如，顯然，足式移動(dòng)機構在這樣的環(huán)境下有獨特的優(yōu)勢。

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

現有的足式移動(dòng)機器人的足數分別為單足、雙足，三足、四足、六足、八足，甚至更多。足的數目多，適合于重載和慢速運動(dòng)。在實(shí)際中，由于雙足和四足具有最好的適應性和靈活性，也最接近人類(lèi)和動(dòng)物，所以用得最多。

二、移動(dòng)機器人的分類(lèi)

1 管道移動(dòng)機器人

目前，管道的檢測和維護多采用管道移動(dòng)機器人來(lái)進(jìn)行。管道移動(dòng)機器人是一種可沿管道內壁行走的機械，它可以攜帶一種或多種傳感器及操作裝置，如CCD攝像機、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(jiǎn)單的操作機械手等，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(dòng)機器人

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

3 空中移動(dòng)機器人

空中移動(dòng)機器人在通信、氣象、災害檢測、農業(yè)、地質(zhì)、交通、廣播電視等方面都有廣泛的應用。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(shí)與空中移動(dòng)機器人相關(guān)的雷達、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?dòng)機器人主要分為仿昆蟲(chóng)飛行移動(dòng)機器人、飛行移動(dòng)機器人、四軸飛行器、微型飛行器等。微型飛行器的研制是一項包含了多種交又學(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(gè)國家在微電機系統技術(shù)領(lǐng)域內的實(shí)力，它的研制不僅是對其自身問(wèn)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(dòng)作用，所以研制微型飛行器不管是從使用價(jià)值方面考慮，還是從推動(dòng)技術(shù)發(fā)展考慮，對于我們國家來(lái)說(shuō)都是迫切需要發(fā)展的一項研究工作。

4 軍事移動(dòng)機器人

軍事是目前機器人使用較廣泛的一個(gè)領(lǐng)域，隨著(zhù)現代戰爭逐漸向高新技術(shù)方向發(fā)展，機器人使用將大大減少戰場(chǎng)上人員的傷亡。軍用移動(dòng)機器人有偵察機器人、爆炸物處理移動(dòng)機器人、救援機器人、步兵支援機器人和無(wú)人機等。

5 服務(wù)移動(dòng)機器人

服務(wù)機器人是一種半自主或全自主工作、為人類(lèi)提供務(wù)的機器人，目前主要有醫用機器人、家用機器人、娛樂(lè )機器人、導游機器人、智能輪椅等。智能輪椅是將智能移動(dòng)機器人技術(shù)應用于電動(dòng)輪椅，融合多種領(lǐng)域的研究，包括移動(dòng)機器人視覺(jué)、移動(dòng)機器人導航和定位、模式識別、多種傳感器融合及用戶(hù)接口等，涉及機械、控制、傳感器、人工智能等技術(shù)。

6 仿生移動(dòng)機器人

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

移動(dòng)機器人種類(lèi)繁多，工廠(chǎng)中大量應用的自動(dòng)導引小車(chē)還只是這個(gè)移動(dòng)機器人大家庭中的一位成員。在不遠的將來(lái)，將有更多種類(lèi)的移動(dòng)機器人在我們工作和生活中扮演著(zhù)重要的角色。