移动机器人

吴昊 胡博

摘要：移動动机器人有很多种，有些是用在特殊场合，比如井下救援。

关键词：移动机器人；功能与应用

移动机器人由运动载体和安装平台，由行走机构、平衡机构组成。行走机构是机器人与地面接触，使机器人移动的部件；平衡机构是行走机构与机身的连接部件，使机器人能够平稳的移动，减少地面起伏对机身产生的振动。驱动系统是行走机构和救援机构等驱动器，需要根据要求确定驱动形式和驱动参数。

地面移动机器人的工作环境主要分室内和室外两种。二者相比较，室内环境结构化程度高，可人工制造包括光照、结构等恒定环境因素，各研究机构对室内机器人的研究起步较早，有些研究成果，如扫地机器人，已经开始投入实用。室外环境一般是半结构化和非结构化的，各种环境因素动态变化较大，要求地面自主移动机器人有较高的环境理解和适应能力。目前对类似高速公路等环境的研究相对成熟，已经出现少量辅助驾驶系统产品。非结构化环境的研究是一个难点，是巨前国内外研究的热点。

不同类型机器人在不同场合的应用方式不同。图一给出不同场合的机器人应用的方式。对于不同的年龄阶段作用也是不同的。

移动机器人有以下技术要求：首先移动平台具有很强的非结构环境适应能力和很高的可靠性。其次要具有可靠的通信和感知系统，保证双向信息通信和灾变环境的准确感知。比如矿用救援机器人是一种具有环境认知、行为决策、运动控制能力的智能移动机器人，保证其在恶劣的环境中正常工作。矿用救援机器人是机电一体化系统，由动力、机构、执行器、传感和控制五个基本功能要素实现某种功能需求的集成。矿用救援机器人系统结构是以上五个基本功能要素之间的逻辑关系。

根据移动机器人的功能要求，其系统架构如表1所示。

这种移动机器人是将机械、电子、新材料、传感器、计算机、智能控制与网络通信等多门科学集合于一体，是一种具有基础性、战略性和前瞻性的高新技术。对这种机器人的研究，将为未来改善人民的生活提供技术上的有力支持。

最早开始研究智能机器人的是英国，之后美国、法国研究成果也很显著。图1-1是由美国的麻省理工学院所研制出来的智能轮椅，图1-2由法国研制的智能轮椅，它含有手动、自动以及半自动这三种模式來控制的智能机器人，图1-3是由德国乌尔姆大学研制的；图1-4是由西班牙研究出来的。

对于常见连续型的爬楼轮椅，依据连续型的移动机构，能够大致分成星型轮的机构和履带轮的机构，在这两种机构当中，履带轮的机构适用性更广，技术更为成熟，广泛应用于一些爬楼梯和防暴型机器人，以及相似功能的一些装置中。

图1-5是履带式移动机器人，它强大的地形的适应能力，优势虽然显而易见，但是它也有很明显的缺陷，比如耗能大，体型笨重，在它转弯的时候，履带会出现磨损、开模难度大、结构紧凑，负荷能力较小等问题。