淺談移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)與分類(lèi)
一、移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)
一般而言，移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)及足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，此外還有步進(jìn)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、蠕動(dòng)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、蛇行式移動(dòng)機(jī)構(gòu)和混合式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境和場(chǎng)合。一般室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人通常采用輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，室外移動(dòng)機(jī)器人為了適應(yīng)野外環(huán)境的需要，多采用履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。一些仿生機(jī)器人，通常模仿某種生物運(yùn)動(dòng)方式而采用相應(yīng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，如機(jī)器蛇采用蛇行式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，www.whsntf.cn，機(jī)器魚(yú)則采用尾鰭推進(jìn)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中輪式的效率最高，但適應(yīng)性能力相對(duì)較差；而足式的移動(dòng)適應(yīng)能力最強(qiáng)，但其效率最低。下面介紹輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)和足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
1輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)
輪式移動(dòng)機(jī)器人是移動(dòng)機(jī)器人中應(yīng)用最多的一種機(jī)器人，在相對(duì)平坦的地面上，用輪式移動(dòng)方式是相當(dāng)優(yōu)越的。輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)車(chē)輪的多少有1輪、2輪、3輪、4輪及多輪機(jī)構(gòu)。1輪及2輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)上的障礙主要是穩(wěn)定性問(wèn)題，實(shí)際應(yīng)用的輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)多采用3輪和4輪。3輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)一般是一個(gè)前輪，兩個(gè)后輪。其中，兩個(gè)后輪獨(dú)立動(dòng)，前輪是萬(wàn)向輪，庫(kù)卡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器維修，只起支撐作用，靠后輪的轉(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
4輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛，4輪機(jī)構(gòu)可采用不同的方式實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向，既可以使用后輪分散驅(qū)動(dòng)，也可以用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)4輪同步轉(zhuǎn)向，這種方式比起僅有前輪轉(zhuǎn)向的車(chē)輛可實(shí)現(xiàn)更小的轉(zhuǎn)彎半徑。
2足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)
履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)雖在高低不平的地面上可以運(yùn)動(dòng)，但是它的適應(yīng)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(jù)調(diào)查，地球上近一半的地面不適合傳統(tǒng)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(jī)構(gòu)在這樣的環(huán)境下有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)崎嶇路面具有很好的適應(yīng)能力，足式運(yùn)動(dòng)方式的立足點(diǎn)是離散的點(diǎn)，可以在可能到達(dá)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(jī)構(gòu)必須面臨最壞地形上的幾乎所有點(diǎn)。足式運(yùn)動(dòng)方式還具有主動(dòng)隔振能力，盡管地面高低不平，機(jī)身的運(yùn)動(dòng)仍然可以相當(dāng)平穩(wěn)。足式行走機(jī)構(gòu)在不平地面和松軟地面上的運(yùn)動(dòng)速度較高，能耗較少。
現(xiàn)有的足式移動(dòng)機(jī)器人的足數(shù)分別為單足、雙足，三足、四足、六足、八足，甚至更多。足的數(shù)目多，適合于重載和慢速運(yùn)動(dòng)。在實(shí)際中，由于雙足和四足具有最好的適應(yīng)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(jī)器人的分類(lèi)
1管道移動(dòng)機(jī)器人
目前，管道的檢測(cè)和維護(hù)多采用管道移動(dòng)機(jī)器人來(lái)進(jìn)行。管道移動(dòng)機(jī)器人是一種可沿管道內(nèi)壁行走的機(jī)械，它可以攜帶一種或多種傳感器及操作裝置，如CCD攝像機(jī)、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(jī)械手等，在操作人員的控制下進(jìn)行管道檢測(cè)維修作業(yè)。
2水下移動(dòng)機(jī)器人
21世紀(jì)是人類(lèi)開(kāi)發(fā)海洋的新世紀(jì)，進(jìn)行海洋科學(xué)研究、海上石油開(kāi)發(fā)、海底礦藏勘測(cè)、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(jī)器人技術(shù)。因此，發(fā)展水下機(jī)器人意義重大。水下機(jī)器人的種類(lèi)很多，如載人潛水器、遙控有纜水下機(jī)器人、自主無(wú)纜水下機(jī)器人等。
3空中移動(dòng)機(jī)器人
空中移動(dòng)機(jī)器人在通信、氣象、災(zāi)害檢測(cè)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、交通、廣播電視等方面都有廣泛的應(yīng)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(jī)器人相關(guān)的雷達(dá)、探測(cè)、測(cè)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(jī)器人主要分為仿昆蟲(chóng)飛行移動(dòng)機(jī)器人、飛行移動(dòng)機(jī)器人、四軸飛行器、微型飛行器等。微型飛行器的研制是一項(xiàng)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(guó)家在微電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)力，它的研制不僅是對(duì)其自身問(wèn)題的解決，庫(kù)卡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器維修，更重要的是，還能對(duì)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(duì)于我們國(guó)家來(lái)說(shuō)都是迫切需要發(fā)展的一項(xiàng)研究工作。
4軍事移動(dòng)機(jī)器人
軍事是目前機(jī)器人使用較廣泛的一個(gè)領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)逐漸向高新技術(shù)方向發(fā)展，機(jī)器人使用將大大減少戰(zhàn)場(chǎng)上人員的傷亡。軍用移動(dòng)機(jī)器人有偵察機(jī)器人、爆炸物處理移動(dòng)機(jī)器人、救援機(jī)器人、步兵支援機(jī)器人和無(wú)人機(jī)等。
5服務(wù)移動(dòng)機(jī)器人
服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作、為人類(lèi)提供務(wù)的機(jī)器人，目前主要有醫(yī)用機(jī)器人、家用機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、導(dǎo)游機(jī)器人、智能輪椅等。智能輪椅是將智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)輪椅，融合多種領(lǐng)域的研究，包括移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)、移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航和定位、模式識(shí)別、多種傳感器融合及用戶(hù)接口等，涉及機(jī)械、控制、傳感器、人工智能等技術(shù)。
6仿生移動(dòng)機(jī)器人
仿生移動(dòng)機(jī)器人是指模仿生物、從事生物特點(diǎn)工作的移動(dòng)機(jī)器人。有一些蛇形移動(dòng)機(jī)器人、蜘蛛移動(dòng)機(jī)器人、壁虎移動(dòng)機(jī)器人、機(jī)器蛙等仿生移動(dòng)機(jī)器人，在搜救、偵查方面都有很好的應(yīng)用價(jià)值。
移動(dòng)機(jī)器人種類(lèi)繁多，工廠中大量應(yīng)用的自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)還只是這個(gè)移動(dòng)機(jī)器人大家庭中的一位成員。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，將有更多種類(lèi)的移動(dòng)機(jī)器人在我們工作和生活中扮演著重要的角色。