移动机器人学 课件第三章 移动机器人硬件机构.pptx

华南理工大学

自动化科学与工程学院;华南理工大学

自动化科学与工程学院;3.移动机器人硬件机构;履带式;不同行驶机构特点

履带式：牵引力大、不易打滑，具有优越的越野性能。可以很好地适应复杂多变的野外环境，执行各种任务。它的转弯半径更小，更加灵活。

轮式：移动速度快、结构简单、控制方便，特别适用于平坦路面和室内环境。然而，轮式移动机器人的地形适应性相对较差，遇到崎岖不平的地形或障碍物时容易受限，越障能力有限。

足式：具有明显的非连续支撑特点，能够跨越崎岖复杂的地形，兼顾灵活性、越障、多地形自适应等特点因此具备在非结构化环境中的应用潜力。

;3.1驱动方式;3.1.1液压驱动;3.1.1液压驱动;3.1.1液压驱动;3.1.1液压驱动;液压驱动技术未来发展方向;3.1.2气压驱动;气压驱动技术的工作原理;气压驱动在机器人系统中的优势;气压驱动技术面临的挑战;气压驱动技术未来发展方向;3.1.3电驱动;电驱动技术的工作原理;气压驱动在机器人系统中的优势;电驱动技术面临的挑战;电驱动技术未来发展方向;移动机器人传感器简介;本体感受传感器与光学编码器;本体感受传感器与光学编码器;外感受传感器及超声测距;外感受传感器及超声测距;视觉传感器的基本原理与功能;视觉传感器;定义及工作原理:通过换向器和电刷使感应电动势变为直流电动势。利用电磁感应和电磁力驱动转子连续旋转。

核心结构:包括定子、转子、换向器和电刷。

优势:

转速和转矩可调，适用于精密控制。

结构简单，维护方便。

运行稳定，噪声低。

不足:电刷和换向器易磨损，产生电火花，限制了效率和寿命。

改进:新材料和工艺提高了性能及应用领域。;结构组成:包括定子磁极（由铁心和励磁绕组构成）、转子、电刷、换向器等。

励磁方式分类:

串励直流电动机:转矩与电流平方成正比，起动转矩大，但空载转速高。

并励直流电动机:转速变化小，适合恒功率调速。

他励直流电动机:转速变化率小，可通过削弱磁场提升速度。

复励直流电动机:起动转矩高，适用于较大负载需求场合。

换向器及电刷材料:采用高强度材料和金属石墨电刷，增强耐用性。;结构特??:定子由永磁体（如钕铁硼）提供磁场，无需外部电力维持。

工作原理:通过换向器改变电流方向，使动态电磁场与静态磁场相互作用，驱动转子旋转。

优势:

结构紧凑、效率高、运行可靠。

噪声低、振动小，适合便携设备和精密场合。

不足:

磁场强度固定，灵活性受限。

高温环境下可能退磁，影响性能和寿命。

改进方向:新材料和智能化控制技术提高了性能和可靠性。;结构与工作原理:

定子多极绕组与转子永磁体配合，通过电子换向器控制定子电流。

采用位置传感器（如霍尔元件）实现电子换流，避免电刷和换向器的磨损。

优势:

高效率、高可靠性、低噪声。

无电火花问题，适合长期运行。

不足及挑战:控制系统复杂，制造成本较高。;?;激光雷达的构成与工作原理:

组成：激光发射器、光学接收器、GPS、IMU。

工作原理：

激光脉冲发射并反射→测量传播时间，计算距离。

结合高度、扫描角度和位置数据，生成三维点云图。

激光雷达的优缺点

优点：

分辨率高：可精确识别角度、距离和速度差异。

隐蔽性强：抗干扰能力出色，方向性好。

体积小、重量轻：便于部署和维护。

缺点：

天气敏感：雨雾等恶劣条件下性能衰减。

目标有哪些信誉好的足球投注网站范围有限：波束窄，截获效率低。;移动机器人任务:

激光雷达建图

自动规划导航

轨迹跟踪控制

硬件系统结构

底盘：差分轮式机器人，运动稳定灵活

传感器：激光雷达、IMU

主控：工控机

人机交互：扩展接口和拓展设备支持;机器人底盘：

机械结构：椭圆柱体，三层设计（驱动层、感知层、承重层）

驱动方式：2个驱动轮+2个万向轮

动力系统：RoboMaster3508直流无刷电机

主控工控机：

型号：研凌工控主机（i5-7200U，16GB内存，256GBSSD）

功能：感知处理、决策控制，支持多串口通信

底层控制板：

型号：RoboMaster开发板B型

功能：电机PID控制与串口通信;激光雷达：

型号：思岚RPLIDAR-S1

特性：单线360°扫描，采样率9200次/s，分辨率0.391°，测量精度1cm

用途：环境建图与导航定位

IMU（惯性导航单元）：

型号：瑞芬仓储IMU传感器

特性：角度分辨率0.1°，抗振性能100g

用途：位姿信息采集

直流电机：

型号：RoboMaster3508无刷电机

特性：24V电压，持续扭矩3N·m，空载转速482r/min;本章结束！