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                  理論原理

                  移動機器人技術漫談(二):移動裝置構型

                  將不同種類和不同數量的車輪(或履帶)進行排列組合,就形成了各種構型的移動機器人。

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                  發布于 5個月前 閱讀:774

                         將不同種類和不同數量的車輪(或履帶)進行排列組合,就形成了各種構型的移動機器人。下圖共列出了7種常見的移動機器人類型。

                  圖片1.jpg

                  圖片2.jpg

                  (a)雙輪差速式機器人,(b)阿克曼式機器人,(c)四輪驅動機器人,(d)雙履帶式機器人,(e)麥克納姆輪全向機器人,(f)全向輪全向機器人,(g)四輪驅動四輪轉向機器人

                  圖1   移動機器人常見構型

                  • 雙輪差速式機器人

                         雙輪差速式機器人的兩個動力輪設置在底盤左右兩側,兩輪速度可獨立控制,通過給定不同速度實現底盤的直線和轉向控制。為保持平衡,底盤一般會配有一到兩個輔助支撐的萬向輪,從而形成三輪或四輪的輪系結構。

                  • 阿克曼式機器人

                         阿克曼式機器人為四輪式,它的原理與汽車相似,由兩后輪作為驅動輪提供動力,由兩前輪作為轉向輪控制方向,且兩前輪的轉角通過阿克曼轉向機構關聯。由于采用了與汽車相似的構造,阿克曼式機器人操縱性與汽車類似。

                  • 四輪驅動機器人

                         四輪驅動機器人的四個直行輪大小相同、獨立驅動且前后、左右對稱布置,依靠左右側直行輪的速度差實現轉向。在轉彎過程中,四輪驅動機器人是靠滑動摩擦實現的,因此會對直行輪及地面造成一定的磨損。因為存在嚴重的滑移情況,四輪驅動機器人難以精確控制。

                  • 雙履帶式機器人

                         雙履帶式機器人底盤左右兩側各配置一套履帶移動機構。每套履帶移動機構由輪系、懸掛系統和履帶組成。輪系包含若干驅動輪、支重輪、導向輪、托帶輪;懸掛系統一般采用克里斯蒂懸掛,以保障越障性能良好;履帶一般由強度高、重量輕、模量高、無收縮的復合材料制成。雙履帶式機器人的越障性能優良,在室外復雜環境中有較多應用。

                  • 全向移動機器人

                         這類機器人相對比較特殊,車輪采用了麥克納姆輪或全向輪,按照一定的規律控制車輪轉動,則可以實現前、后、左、右四個方向的全向移動,比起非全向移動機器人,其靈活性更好,能夠在狹窄的區域運動。但由于受到麥克納姆輪或全向輪的限制,該類機器人的承載能力不大。另外,全向移動機器人的各個車輪產生的力會相互抵消一部分,因此同樣轉矩產生的凈推力效率較低,綜合效率不如差速式機器人。

                  • 四輪驅動四輪轉向機器人

                         四輪驅動四輪轉向機器人(4WD-4WS)相當于有8個電機在控制其運動,可輕松實現機器人的全向運動,具有機構簡單、行動靈活、效率高等特點,在室外非結構化場景下具有較強的自適應能力。然而,隨著電機數量的增加,對控制的精確性、同步性提出了更高的要求,在一定程度上加大了控制難度。

                         除了以上常見構型外,還有許多非常見構型,例如:兩前輪采用全向輪,兩后輪采用直行輪的構型。

                  表1  常見移動機器人構型的應用場景及主要性能對比

                  移動機器人構型

                  應用場景

                  機動性

                  承載性

                  越障性

                  輪差速

                  室內、中載

                  四輪驅動

                  室外、中載

                  向式

                  室內/室外、中載


                  阿克曼式

                  室內/室外、中載


                  全向(麥輪/全向輪)室內、輕載
                  履帶式室外、重載

                         移動機器人的不同構型,會帶來性能上的差異,而性能上的差異又決定了其適用的場景。為了滿足某一特定場景的現實需求,在移動機器人構型的優選上,需要從它的穩定性、承載性、機動性、操縱性、越障性、通過性、耐久性等多個維度加以綜合考慮。

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                  他很懶,什么都沒有留下~