一台移动的小型机器人有哪些结构?

如题所述

到目前为止,地面移动机器人的行驶机构主要分为履带式、腿式和轮式三种。这三种行驶机构各有其特点[2]。

(1)履带

履带最早出现在坦克和装甲车上,后来出现在某些地面行驶的机器人上,它具有良好的稳定性能、越障性能和较长的使用寿命,适合在崎岖的地面上行驶,但是当地面环境恶劣时,履带很快会被磨损甚至磨断,沉重的履带和繁多的驱动轮使得整体机构笨重不堪,消耗的功率也相对较大。此外,履带式机构复杂,运动分析及自主控制设计十分困难。

(2)腿式

腿式机构具有出色的越野能力,曾经得到机器人专家的广泛重视,取得了较大的成果。根据腿的数量分类,有三腿、四腿、五腿和六腿等各种行驶结构。这里我们简单介绍一种典型的六腿机构。

一般六腿机构都采用变换支撑腿的方式,将整体的重心从一部分腿上转移到另一部分腿上,从而达到行走的目的。行走原理为:静止时,由六条腿支撑机器人整体。需要移动时,其中三条腿抬起成为自由腿(腿的端点构成三角形),机器人的重心便以谌条支撑腿上,然后自由腿向前移动,移动的距离和方位由计算机规划,但必须保证着地时自由腿的端点构成三角形。最后支撑腿向前移动,重心逐渐由支撑腿过渡到自由腿,这时自由腿变成支撑腿,支撑腿变成自由腿,从而完成一个行走周期。

腿式机器人特别是六腿机器人,具有较强的越野能力,但结构比较复杂,而且行走速度较慢。

(3)轮式

轮式机器人具有运动速度快的优点,只是越野性能不太强。现在的许多轮式己经不同于传统的轮式结构,随着各种各样的车轮底盘的出现,实现了轮式与腿式结构相结合,具有与腿式结构相媲美的越障能力。如今人们对机器人机构研究的重心也随之转移到轮腿结合式机构上来了。

本文设计的移动机器人不仅要求具有一般轮式机器人移动速度快、控制简单的特点,还要具有较好的越障能力,因此本文选择轮腿式相结合的轮腿机构作为行驶机构。

2.1.2 驱动形式的选择

驱动部分是机器人系统的重要组成部分,机器人常用的驱动形式主要有液压驱动、气压驱动、电气驱动三种基本类型[3]。

(1)液压驱动

液压驱动是以高压油作为介质,体积较气压驱动小,<率质量比大,驱动平稳,且系统的固有效率高,快速性好,同时液压驱动调速比较简单,能在很大范围实现无级调速。但由于压力高,总是存在漏油的危险,这不仅影响工作稳定性和定位精度,而且污染环境,所以需要良好的维护,以保证其可靠性。液压驱动比电动机的优越性就是它本身<安全性,由于电动机存在着电弧和引爆的可能性,要求在易爆区域中所带电压不超过9V,但液压系统不存在电弧问题。

(2)气压驱动

在所有的驱动方式中,气压驱动是最简单的。使用压力通常在0.4~0.6Mpa,最高可达1Mpa。用气压伺服实现高精度是困<的,但在满足精度的场合下,气压驱动在所有的机器人驱动形式中是质量最轻、成本最低的。气压驱动主要优点是气源方便,驱动系统具有缓冲作用,结构简单,成本低,可以在高温、粉尘等恶劣的环境中工作。其缺点是:功率质量比小,装置体积大,同时由于空气的可压缩性使得机器人<任意定位时,位姿精度不高。

(3)电气驱动

电气驱动是利用各种电机产生的力或转矩,直接或经过减速机构去驱动负载,减少了由电能变为压力能的中间环节,直接获得要求的机器人运动。电气驱动是目前机器人是用得最多的一种驱动方式。其特点是易于控制,运动精度高,响应快,使用方便,驱动力较大,信号监测、传递、处理方便,成本低廉,驱动效率高,不污染环境,可以采用多种灵活的控制方案。
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