智能移动机器人 -01 简介

移动机器人（Mobile Robot）是具有移动能力的机器人，它是对动物移动能力的一种模拟和扩展，移动机器人能够有效扩大机器人的工作范围和活动空间。

移动机器人分为：轮式（Wheeled）机器人、履带式机器人、足式机器人和躯干式机器人等。

轮式（wheeled）机器人#

主要结构#

轮式机器人由车体、车轮、车体-车轮之间的支撑机构及车轮驱动机构组成。

• 车体：用于安装各种元器件、承载负重；

• 驱动机构：用于产生轮子的驱动力矩和制动力矩；

• 车轮：承受全车重量；在车轮驱动机构的作用下运动或者制动，通过地面的摩擦作用形成对整个车子的牵引力或制动力，形成车子运动；

• 支撑机构：连接车体与车轮；将重量分布到各个轮子；减轻车轮震动对车体影响的作用；确保所有车轮着地；

支撑机构的主要类型#

1. 非独立悬挂

   

2. 独立悬挂

   

3. 摇臂悬挂
   火星车采用摇臂悬挂机构：用平衡梁将两个前进车轮耦合起来，再用平衡梁耦合该杆和后轮。当前后左右移动面出现落差，空间连杆机构能保证6个轮子始终着地。

   

主要特点#

• 机构简单；

• 与地面为连续点接触；

• 效率极大地依赖于环境情况，特别是地面的平坦度和硬度，在非结构环境中移动性能较差；

履带式（Track）机器人#

通过履带的面接触方式来适应地面的不平整性。

履带机构#

履带机构主要由履带、支撑履带的链轮、滚轮以及承载这些零部件的行驶框架构成。

• 驱动轮旋转驱动履带循环，诱导轮和驱动轮一起支撑履带；下部滚轮用来减少履带下部着地压强的不均匀性；

• 上滚轮的作用是防止履带下垂；

主要特点#

• 与地面为连续面接触，可较好地适应不平整地面和松软地面；

• 稳定性好、接地比压大、牵引力大

• 会对地面造成较大磨损

• 适合军事、救援等领域

足式（Legged）机器人#

足式机器人模拟了人或足式动物，与地面为非连续点接触，对行走路面的要求很低。

足式机器人的优势#

• 离散落脚点

  • 能够适应复杂多变的地形

  • 能够适应不同的地面状况

  • 能够跨越障碍物和沟壑

  • 具有较小的地面支撑压力

• 多自由度、多肢体

  • 能够自主调节身体高度

  • 能够自主隔振、确保稳定

  • 具有静态稳定运动容错性

  • 能够利用腿足操作物体

足式机器人面临的困难#

• 难建模

• 易失稳

• 能耗高

躯干式（Trunk）机器人#

依附于空间的移动方式，以仿生为主要研发趋势

移动机器人的关键性能#

• 通行能力：与工作空间、移动方式及移动能力有关

• 移动方式

• 移动能力：移动自由度，通常称为机动度，描述移动机器人空间运动灵活度

• 速度：最大最小的速度/加速度

• 载荷能力：在满足其他性能要求的情况下，机器人能够承载的负荷重量；

• 运动精度：

  • 到点精度：机器人移动到点的实际位置和理想位置之间的差距

  • 重复精度：在相同的位置指令下，机器人连续重复运动若干次，其位置的分散情况

• 运动稳定性：

  • 静态稳定：质心在支撑区域内

  • 动态稳定：ZMP/CoP等在支撑区域内

• 移动自主性：

  • 遥控、半自主、全自主

自主移动机器人#

需要解决的关键问题#

• Where am I?（自定位）

• Where am I going？（目标规划）

• How do I get there？（导航规划）

一般结构：感知-决策-执行#

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