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1、地面移動機器人地面移動機器人地面移動機器人1 地面移動機器人是最早研究、應(yīng)用最廣泛的一類機器人，采遙控、自主或半自主等方式工作，在工作勞動強度大、人類無法進入或?qū)θ祟愑袀Φ膱龊现?，如：核工業(yè)設(shè)備的維護與檢修、防爆、排雷、軍事偵察、隧道鑿巖等。地面移動機器人的移動方式多種多樣，主要有：車輪式（輪式）、履帶式、腿足式（步行機器人）。地面移動機器人是最早研究、應(yīng)用21.輪式移動機器人1.1 車輪形式傳統(tǒng)的車輪形式如下圖，這種車輪適合于平坦的堅硬路面。圖1.傳統(tǒng)的車輪形式 1.輪式移動機器人1.1 車輪形式傳統(tǒng)的3 下圖是球輪、充氣球輪和錐形輪，充氣車輪較實心輪而言彈性好，能吸收因路面不平而引起的沖

2、擊和震動，而且充氣球輪與地面的接觸面積較大，特別適合于沙丘地形。圖2.球輪、充氣球輪和錐形輪 下圖是球輪、充氣球輪和錐形輪，充氣41.2 車輪的配置和轉(zhuǎn)向機構(gòu) 車輪式移動機構(gòu)依據(jù)車輪的多少分為1輪、2輪、3輪、4輪以及多輪機構(gòu)。1輪、2輪移動機構(gòu)在實現(xiàn)上的主要障礙是穩(wěn)定性問題，目前已經(jīng)有人致力于單輪直立控制研究和雙輪穩(wěn)定行駛試驗等工作，如圖新加坡南洋理工大學(xué)研制的Segbot雙輪機器人：1.2 車輪的配置和轉(zhuǎn)向機構(gòu) 5 3輪移動機構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，要解決的主要問題是移動方向和速度控制，代表性的車輪配置方式是一個前輪、兩個后輪。3輪移動機構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，61.3 三輪移動機器人運動分析 車

3、輪機構(gòu)的運動分析指已至車輪的驅(qū)動速度條件下，確定本體的移動速度和旋轉(zhuǎn)速度，這里以兩后輪獨立驅(qū)動三輪移動機構(gòu)運動分析為例：1.3 三輪移動機器人運動分析 車7 車輛的速度瞬心為Q點，在兩后輪的連線上速度呈梯形線性分布，即P點的速度為或分別投影到基礎(chǔ)坐標(biāo)系上得 車輛的速度瞬心為Q點，在兩后輪的連線8另外，因為速度瞬心Q到左輪的距離A可根據(jù) 和 的幾何關(guān)系得出從而知車體的角速度為將以上式寫成矩陣形式（雅可比陣）另外，因為速度瞬心Q到左輪的距離A可根據(jù) 9 全方位移動機構(gòu)能夠在保持機體方位不變的前提下沿平面上任意方向移動，有些全方位車輪機構(gòu)除具備全方位移動能力外，還可以像普通車輛那樣改變機體方位。這種

4、機構(gòu)操控性能靈活，特別適合小空間作業(yè)。圖3.麥卡納姆輪的新型車輪 全方位移動機構(gòu)能夠在保持機體方位不變102.履帶式移動機器人2.履帶式移動機器人112.1 履帶式移動機器人特點支撐面大，接地比壓小，適用于松軟或泥濘場地作業(yè)，下陷度小，滾動阻力小，通過性能較好；越野機動性好，爬坡、越溝等性能均優(yōu)于輪式移動機構(gòu)；履帶支撐面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力；結(jié)構(gòu)復(fù)雜重量大，減震性能差，零件易損壞。2.1 履帶式移動機器人特點支撐面大，接地比壓小，適用于松122.2 本體結(jié)構(gòu)2.2 本體結(jié)構(gòu)132.3 越障原理2.3 越障原理143.步行機器人3.步行機器人15步行機器人可

5、以認(rèn)為是：“一種由計算機控制的用足機構(gòu)推進的表面移動機械電子一種由計算機控制的用足機構(gòu)推進的表面移動機械電子裝置。裝置。”步行機器人相對于傳統(tǒng)的輪式、履帶式移動機器人具有獨特的性能：1、足運動方式具有較好的機動性，即具有較好的對不、足運動方式具有較好的機動性，即具有較好的對不平地面的適應(yīng)能力。平地面的適應(yīng)能力。2、足運動系統(tǒng)可以主動隔振，即允許機身運動運動軌、足運動系統(tǒng)可以主動隔振，即允許機身運動運動軌跡與足運動軌跡解耦。跡與足運動軌跡解耦。3、足運動系統(tǒng)在不平地面和松軟地面上的運動速度較、足運動系統(tǒng)在不平地面和松軟地面上的運動速度較高，而能耗較少。高，而能耗較少。3.1 步行機器人概念及其特

6、點步行機器人可以認(rèn)為是：3.1 步行機器人概念及其特點163.2 兩足步行機器人的動力學(xué)模型兩足步行機器人的動力學(xué)模型 兩足步行機器人系統(tǒng)是相當(dāng)復(fù)雜的多變量時變非線性系統(tǒng)。其復(fù)雜程度與兩足機器人的自由度多少有關(guān)。我們以加藤等人利用拉格朗日方程建立的兩足步行機器人WL-3型為動力學(xué)模型，并作如下簡化：1、腿只在前進平面內(nèi)運動；2、腿有剛性桿件構(gòu)成，桿件之間用關(guān)節(jié)連接，關(guān)節(jié)軸與運動平面正交，各桿件質(zhì)量均布；該模型共有四個自由度，分別為髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和腳尖關(guān)節(jié)。當(dāng)腿處于支撐相時，按三自由度倒立擺處理；當(dāng)腿處于懸空相時，以三自由度復(fù)擺處理，如圖下頁右圖所示。3.2 兩足步行機器人的動力學(xué)模型 兩足步行17機構(gòu)模型圖如下左圖：機構(gòu)模型圖如下左圖：18根據(jù)拉格朗日方程，系統(tǒng)的動能為：系統(tǒng)的勢能為：系統(tǒng)的勢能為：計算拉格朗日函數(shù) L=T-U,代入拉格朗日方程，求得兩種腿狀態(tài)下的微分方程式。根據(jù)拉格朗日方程，系統(tǒng)的動能為：系統(tǒng)的勢能為：計算拉格朗日函19（1）支撐相（1）支撐相20（2）懸空相（2）懸空相21式中：式中：22蘇科版初中信息技術(shù)選修行走機器人ppt課件23