不同行走方式的机器人

1、不同行走方式的机器人引言行走机器人是机器人学中的一个重要分支。关于行走机器人的研究涉及许多方面。首先，要考虑移动方式，可以是轮式的、履带式的和腿式的等；其次，必须考虑驱动器的控制，以使机器人达到期望的行为；第三，必须考虑导航或路径规划。因此，行走机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。机器人的机械结构形式的选型和设计，应该根据实际需要进行。在机器人机构方面，应当结合机器人在各个领域及各种场合的应用，开展丰富而富有创造性的工作。对于行走机器人，研究能适应地上、地下、水中、空中、宇宙等作业环境的各种移动机构。当前，对足式步行机器人、履带式和特种机器人研究较

2、多，但大多数仍处于实验阶段，而轮式移动机器人由于其自重轻、承载大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、工作效率高等特点，正在向实用化迅速发展，从阿波罗登月计划中的月球车到火星探险机器人都是轮式移动机器人。显而易见行走机器人将是机器人发展的一个重要方向，而移动方式是行走机器人的最重要的方面，所以我们有必要了解一下它。轮式行走轮式行走机器人，既以驱动轮子来带动机器人进行移动和工作的机器人。虽然其运动稳定性与路面的路况有很大关系，但是由于其具有自重轻、承载大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、工作效率高等特点，从而被广泛应用.轮式机器人的分类由于轮子的多少，直接关系到机器人设计的技术和

3、难度，以及其功用。所以轮式机器人的分类一般都是根据其轮子多少进行分类。按照已经出现的机器人，可以分为如下几类：单轮滚动机器人（如球形机器人）、两轮移动机器人在（如自行车机器人）、三、四轮机器人（如智能车）、六轮机器人和复合机器人。一般而言，三轮机器人简单实用，四轮机器人稳定性好，承载能力大，而相比之下，六轮机器人比四轮机器人更为优越。1.2轮式机器人的特点轮式移动机器人虽然具有运动稳定性与路面的路况有很大关系、在复杂地形如何实现精确的轨迹控制等问题,但是由于其具有自重轻、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,而被大量应用于工业、农业、反恐防爆、家庭、空间

4、探测等领域.1.3轮式机器人图例图1 轮式机器人 履带式行走履带式移动机器人能够很好地适应地面的变化，因此对履带式移动机器人的研究得以蓬勃发展.履带式机器人分类履带式机器人的分类主要有以下几类：单节双履带式移动机器人、双节双履带式移动机器人、多节多履带式移动机器人、多节轮履复合式移动机器人、自重构式移动机器人。履带式机器人特点(1) 支撑面积大，接地比压小，适合于松软或泥泞场地作业，下陷度小，滚动阻力小，越野机动性能好。(2) 转向半径极小，可以实现原地转向。 (3) 履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。 (4) 具有良好的自复位和越障能力，带有履带臂的机器人

5、还可以像腿式机器人一样实现行走。2.3履带式机器人图例 图2 履带式机器人腿式行走在自然界和人类社会中,存在人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合,如行星表面、工地、矿井、防灾救援和反恐斗争等,对这些环境进行不断的探索和研究,寻求一条解决问题的可行途径成为科学技术发展和人类社会进步的需要。不规则和不平坦的地形是这些环境的共同特点。使轮式机器人和履带式机器人的应用受到限制。在这种背景下，腿式机器人的研究蓬勃发展起来。而仿生腿式机器人的出现更加显示出腿式机器人的优势。3.1腿式机器人分类腿式机器人的分类主要是根据腿的数量进行的。有单腿机器人、双腿机器人、四腿机器人、六腿机器人、八腿机器人等

6、等。3.2腿式机器人的特点（1）腿式机器人的运动轨迹是一系列离散的足印,轮式和履带式机器人的则是一条条连续的辙迹.崎岖地形中往往含有岩石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障碍物,可以稳定支撑机器人的连续路径十分有限,这意味着轮式和履带式机器人在这种地形中已经不适用.而腿式机器人运动时只需要离散的点接触地面,对这种地形的适应性较强,正因为如此,腿式机器人对环境的破坏程度也较小.（2）腿式机器人的腿部具有多个自由度,使运动的灵活性大大增强.它可以通过调节腿的长度保持身体水平,也可以通过调节腿的伸展程度调整重心的位置,因此不易翻倒,稳定性更高.（3）腿式机器人的身体与地面是分离的,这种机械结构的优点在于,

7、机器人的身体可以平稳地运动而不必考虑地面的粗糙程度和腿的放置位置.当机器人需要携带科学仪器和工具工作时,首先将腿部固定,然后精确控制身体在三维空间中的运动,就可以达到对对象进行操作的目的了.当然,腿式机器人也存在一些不足之处.比如为使腿部协调而稳定运动,从机械结构设计到控制系统算法都比较复杂;相比自然界的节肢动物,仿生腿式机器人的机动性还有很大差距.3.3腿式机器人图例 图3 腿式机器人跳跃式行走跳跃式机器人可以跳跃很高的高度，也可以跳过很远的距离，在某些特殊的场合，他们能做到其他地面行走机器人做不到的事情。日本的Yamanaka把滚动运动方式和跳跃运动方式结合起来，构建了可以进行跳跃运动的滚

8、动式球形机器人 ，Birch等研制的机械蟋蟀，同时具有爬行运动方式和跳跃运动方式 。4.1跳跃式机器人的特点跳跃式机器人可以跃过数倍于自身高度的障碍物或沟渠，对地形有较强的适应力。但是，跳跃运动首先需要克服自身重力影响，由于需要跳跃，自身重力必然要小。重力要小，因而携带的能源不可能太多，这又会导致能量不足。而且腾空和触地阶段动力学方程复杂，平衡难以控制。跳跃后半段要从高空坠落，机器人本身的抗摔能力又要求较高。4.2跳跃式机器人图 图4 跳跃式机器人 结论目前机器人技术发展突飞猛进，机器人正在不断的渗入生产生活的方方面面，人们避免不了和机器人的接触。既然接触是不可避免的，那么在接触机器人的时侯人们应该对机器人有所了解，这样才能更好的使用他们，不至于在接触的时候对它们很陌生。1吴俊. 机器人行走机构 C.百度百科，2011.2轮式机器人调研报告 C.百度百科，2011.3履带式机器人综述