移动机器人原理与技术 课件 第一章 绪论.ppt

1.3.1移动机器人的执行机构2.轮式移动机器人轮子配置方式图(a)中，四个车轮布置在矩形平面的四角，后两轮差速驱动，前两舵轮同步转向。图(b)中前两舵轮驱动兼转向。图(c)所示结构为四轮转向加两轮驱动方式，这种方式使得四轮移动机器人具有了横向移动的能力。采用四轮机构的移动机器人有两个缺点：一是部分四轮机构的机器人移动能力受到限制，转向运动的实现需要一定的前行行程；二是这种布局需要一个缓冲悬挂系统以保持稳定、可靠的驱动能力，另外部分结构的横滑运动必须考虑。1.3.2移动机器人的驱动系统移动机器人的驱动系统的功能是将能源动力传送到执行机构。移动机器人主要使用三种驱动方法，即液压驱动，气动驱动和电动机驱动。液压驱动就是利用液压泵对液体加压，使其具有高压势能，然后通过分流阀推动执行机构进行动作，从而达到将液体的压力使能转换成做功的机械能。1.3.2移动机器人的驱动系统液压驱动的最大特点就是动力比较大、力和力矩惯性比大、反应快，比较容易实现直接驱动，适用于要求承载能力和惯性大的场合。其缺点是多了一套液压系统，对液压元件要求高，否则容易造成液体渗漏，噪声较大，对环境有一定的污染。气压驱动的基本原理与液压驱动相似。其优点是空气来源方便、动作迅捷、结构简单、造价低廉、维修方便，其缺点是不宜进行速度控制、气压不易过高、负载能力较低等。1.3.2移动机器人的驱动系统电动机驱动是利用各种电动机产生的力或转矩直接驱动移动机器人，常见的轮式移动机器人应用的电机有四种类型：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机和线性电机。直流伺服电机在移动机器人中使用较多，其可以通过调节电枢电压的方式控制转速，具有电源方便，响应快，信息传递、检测、处理都很方便，驱动能力较大的优点；其缺点是转速较高，必须采用减速机构将其转速降低，结构有些复杂。1.2移动机器人的发展从移动机构角度看，移动机器人通常包括轮式移动机器人、履带式移动机器人两种基本的移动机器人。在此基础上，移动机器人的移动机构逐渐发展出现步进式移动机构、蠕动式移动机构、蛇行式移动机构和混合式移动机构，以适应不同的工作环境和场合。一般室内移动机器人通常采用轮式移动机构，轮式移动机器人有着自重轻、承载大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、机动灵活、工作效率高等优点，但其运动稳定性受路况影响较大。1.2移动机器人的发展履带式移动机器人具有接地压力小，在松软的地面附着性能和通用性能好，爬楼梯、越障平稳性高，自复位能力良好。但是履带式移动机器人的速度慢、功耗大、转向时对地面的破坏程度大。以腿足式移动机器人为代表的步进式移动机构，自由度较多，能够满足某些特殊的性能要求，能适应复杂的地形，但因其机构复杂，存在难以控制、功耗大的缺点。蠕动式移动机构和蛇行式移动机构通常作为模仿某种生物运动方式的仿生机器人采用的相应的移动机构。1.2.1轮式移动机器人的发展1.国外轮式移动机器人发展1969年美国SRI研制成功“Shakey”系统，它只能解决简单的感知、运动规划和控制问题，采用的是两个主动轮再加上两个从动轮的驱动方式。同时，安装了包括视觉传感器、超声传感器在内的许多传感器。1.2.1轮式移动机器人的发展1.国外轮式移动机器人发展1970年，前苏联将Lunokhod月球车送上月球，主要任务是收集月球表面照片，全车拥有3个摄像头、激光测距、X射线探测仪、磁场探测仪等装置，它的八个相互独立的电动车轮均为驱动轮。1.2.1轮式移动机器人的发展1.国外轮式移动机器人发展1971年，美国将“四轮电动漫游者”月球车送到月球进行探测，该月球车上装配了仪表盘，可显示速度、方向、坡度、电力和温度，具有导航功能。1.2.1轮式移动机器人的发展1.国外轮式移动机器人发展1997年美国宇航局推出的“旅居者”号火星车装有一部自主式导航系统和使车体可以就地转弯的独立操纵的前后轮。其本身携带太阳能板，利用无线电遥控与地面保持联系，在支杆上装有一架相机和天气探测器。1.2.1轮式移动机器人的发展1.国外轮式移动机器人发展美国在2004年也相继将机遇号与勇气号送上火星，除了六个轮子的移动机机构，还具有与人肩、肘和腕关节类似的结构，能够灵活地伸展、弯曲和转动。另外，装有一对全景照相机、显微镜成像仪、穆斯鲍尔分光计和阿尔法粒子X射线分光计等多种工具。1.2.1轮式移动机器人的发展1.国外轮式移动机器人发展2011年，美国将好奇号火星车送上了火星，好奇号安装有桅杆相机、火星手持透镜成像仪、火星降落成像仪、火星样本分析仪、化学与矿物学分析仪、化学与摄像机仪器、辐射评估探测器、火星车环境监测站、火星科学实验室进入、