(1.37)--3.1.1 轮式机器人机器人概论.ppt

13.1.1 轮式机器人60年代后期，美国和苏联为完成月球探测计划，研制并应用了移动机器人。从20世纪80年代开始，美国国防高级研究计划局（DARPA）专门立项，制定了地面无人作战平台的战略计划。从此，在全世界掀开了全面研究移动机器人的序幕。我国在移动机器人的研究起步较晚，大约起步于上世纪90年代，但经过20余年的发展，在机构、控制、感知等关键单元技术，以及其系统应用方面也取得了诸多成果。2移动机器人可以从不同的角度进行分类。如从工作环境分为室内和室外机器人；从移动方式分为轮式、履带式、步行、蛇形、爬行机器人；从作业空间分为陆地、水下、空间机器人；从功能和用途可分为医疗、军用、助残、清洁机器人等。无论哪种机器人，通常都可以认为由驱动系统、控制系统、传感系统三大最基本的部分组成。3.1.1 轮式机器人3轮式移动机器人的设计重点聚焦在其车轮上，通过车轮的滚动来实现其工作的任务，达到其“移动”的目的。该类机器人车轮的形状或结构形式取决于地面性质和车辆的承载能力。传统的车轮形状球轮、充气球轮和锥形轮超轻金属线编织轮、半球形轮3.1.1 轮式机器人4传统的车轮形状比较适合于平坦的坚硬路面。充气球轮比实心车轮弹性好，能吸收因路面不平而引起的冲击和振动。此外充气球轮与地面的接触面积较大，特别适合于沙丘地形。超轻金属线编织轮、半球形轮这两种轮是为火星表面移动车辆开发而研制出来的，其中超轻金属线编织轮主要用来减轻移动机构的重量，减少升空时的发射功耗和运行功耗。移动机器人车轮形式设计要考虑到的一个重要部分是全方位移动机构的实现，全方位移动机构能够在保持机体方位不变的前提下沿平面上任意方向移动。3.1.1 轮式机器人5麦卡纳姆轮是一种全方位四轮移动机构。这种车轮由两部分组成，即主动的轮毂和沿轮毂外缘按一定方向均匀分布着的多个从动轮子。当车轮旋转时，轮心相对于地面的速度是轮毂速度与辊子滚动速的合成，两个夹角间有一个偏离角。由于每个车轮均有这个特点，经适当组合后就可以实现车体的全方位移动和原地转向运动。3.1.1 轮式机器人6轮式和轮式移动机构在实现上的主要障碍是稳定性问题。3轮移动机构是车轮型机器人的基本移动机构。3轮车型移动机器人的结构3.1.1 轮式机器人7图(a)是后轮用2轮独立驱动，前轮用小脚轮构成的辅助轮组合而成。这种机构的特点是机构组成简单，而且旋转半径可从D到无限大，任意设定。但是它的旋转中心是在连接两驱动轴的直线上，所以旋转半径即使是0，旋转中心也与车体的中心不一致。图(b)中前轮由操舵机构和驱动机构合并而成。与图(a)相比，操舵和驱动的驱动器都集中在前轮部分，所以机构复杂。在这种场合，旋转半径可以从零到无限大连续变化。图(c)是为避免图(b)机构的缺点，通过差动齿轮进行驱动的方式。近来不再用差动齿轮，而采用左右轮分别独立驱动的方法。3.1.1 轮式机器人84轮车的驱动机构和运动，基本上与3轮车相同。图(a)是两轮独立驱动，前后带有辅助轮的方式。图(b)是所谓汽车方式，适合于高速行走，但用于低速的运输搬运时，由于费用不合算，所以小型机器人不大采用。4轮车型移动机器人的结构3.1.1 轮式机器人9过去的车轮式移动机构基本上是2自由度的，因此不可能简单地实现任意的定位和定向。机器人的定位，用4轮构成的车可通过控制各轮的转向角来实现。自由度多，能简单设定机器人所需位置及方向的移动车称为全方位移动车。下图是表示全方位移动车移动方式的各车轮的转向角。全方位移动车的移动方式3.1.1 轮式机器人10轮式排爆机器人目前有代表性的轮式排爆机器人主要有ABP公司的以下三种：野牛中型排爆机器人土拨鼠排爆机器人独眼龙排爆机器人3.1.1 轮式机器人11此外，轮式排爆机器人还有法国DM Development公式研制的RM35型爆炸物处理机器人，如图(a)；加拿大Pedsco公司研制的MURV-100小型排爆机器人，如图(b)。加拿大Pedsco公司研制的RMI-10中型排爆机器人，如图(c)。3.1.1 轮式机器人12玉兔号月球车玉兔号月球车20132013年年1212月月1515日日4 4时时3535分分-2014-2014年年9 9月月6 6日日勇气号与机遇号自勇气号与机遇号自20042004年年1 1月月2525日日-2015-2015年年3 3月月1111日，日，42.195km42.195km轮式星际探测机器人3.1.1 轮式机器人13轮式家庭服务机器人3.1.1 轮式机器人