機器人移動技術

##概述

無軌道-自動導引車；有軌道-有軌運輸車或堆垛機

###一 技術範疇

移動機能、移動控制機能、環境感知機能和規劃決策機能

###二 移動環境和移動機構

氣體環境、液體環境、固體環境和混合環境。此處多指陸上表面環境。特殊表面環境專指地面以外的其它表面環境（如壁面、管道內外面等）

1. 車輪式

2. 履帶式

3. 腿足式

此外還有步進式、蠕動式、混合式和蛇行式等。

###三 移動式機器人承受的載荷

自重載荷、摩擦載荷、操作載荷、慣性載荷、振動載荷、風載荷、安裝和運輸載荷等。

##車輪式移動機構設計

車輪的形式和配置、轉向機構以及計算運行阻力和驅動功率

###一 車輪的形式

取決於地面的性質和車輛的承載能力。在軌道上多用實心鋼輪，室外路面多用充氣輪胎，室內平坦地面可用實心輪胎。

傳統車輪、充氣球輪、超輕線編織輪、半球形輪、無緣輪。

###二 車輪的配置和轉向機構

單輪和雙輪移動機構主要障礙在穩定性，目前多為三輪和四輪。

三輪移動結構具有一定的穩定性，主要問題在於移動方向和速度的控制，代表性的車輪配置是一個前輪，兩個後輪，兩個後輪獨立驅動，前輪支承。靠後輪的轉速差轉向。也有採用前輪驅動前輪轉向的和後兩輪差動減速器驅動前輪轉向的方式。

後兩輪獨立驅動的機構，當兩輪轉速大小相等方向相反時，可以實現整車的靈活的零半徑迴轉。但要沿著較長的直線運動時，因兩驅動輪的直徑差和轉速誤差會影響到前輪的偏差，此時採用前輪轉向方式更合適。

四輪移動機構的應用更為廣泛。四輪機構可採用不同的方式實現驅動和轉向。例如後輪分散驅動、連桿實現四輪同步轉向。

輪式移動機構主要在於提高轉向性能和越障性能。

###三 充氣輪胎裝置的構造

充氣輪胎彈性好，能吸收因路面不平引起的衝擊和振動。

輪胎的機械性能與承載能力、平穩性、滾動阻力和牽引性能等。充氣壓力有高壓低壓之分。高壓用於重載，低壓用於鬆軟地面。

車輪的支承結構，通常內圈固定，外圈旋轉。圓錐軸承間隙可調。

##獨特的輪式移動機構

###一 全方位車輪機構

全方位移動機構能夠在保持機體方位不變的前提下沿著平面上任意方向移動。有些全方位車輪機構除了具備全方位移動能力外，還可以像普通車輛一樣改變機體方位。由於這種機構的靈活操縱性能，特別適用於狹小空間（通道）的移動作業。

###二 上下台階車輪式結構

三小輪。

兩小輪。

###三 不平地面移動的多節車輪式機構

##履帶式移動機構設計

###一 概述

適合於未加工的天然路面行走，它是輪式移動機構的拓展，本身起著給車輪連續鋪路的作用。

特點：

1. 支承面積大，接地比壓小。適合於鬆軟或泥濘的場地進行作業，下陷度小，滾動阻力小，通過性能好

2. 越野機動性好，爬坡、越溝等性能均優於輪式移動機構

3. 履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利於發揮較大的牽引力

4. 結構複雜，重量大，運動慣性大，減震性能差，零件易損壞

###二 履帶移動機構的結構

1. 形狀-驅動輪與導向輪兼做支承輪，增大了支承接地面積，改善穩定性；驅動輪和導向輪抬高，適合於穿越障礙，另外因減少泥土夾入引起的磨損和失效，可以提高驅動輪和和和和導向輪的壽命。

2. 支承輪-傳遞重力的壓力分為多支點和少支點式。少支點阻力小，但履帶在支承輪之間的履帶板數目大，可以有很大的彎曲，在支承輪下方的履帶受壓大，而其他履帶板受壓小。適合在石質土壤上工作。當支承輪與履帶梁之間沒有彈性懸掛時，運行時無緩衝，限制速度。宜採用彈性懸掛或半剛性懸掛。支承輪多裝在滑動軸承上，只有在輕載的履帶移動機構上才採用滾動軸承。

3. 托帶輪-履帶上分支的下方，托住履帶減少下垂

4. 履帶輪

5. 驅動輪和導向輪-後輪驅動時減小阻力與載荷

6. 履帶張緊機構

7. 履帶架

###三 卡特彼勒高架鏈輪履帶結構

1. 高置驅動輪，隔離載荷。驅動鏈輪只承受扭轉載荷，而且使其遠離地面環境，減少由於雜物帶入而引起的鏈輪齒鏈磨損。

2. 使得更多的履帶接觸地面，載荷均布。

3. 承載力大，行走平穩，噪音小，機動靈活，離地間隙大和附著性好。

###四 履帶的承載能力與摩擦阻力

##獨特的履帶移動結構

###一 形狀可變的履帶

###二 位置可變的履帶

##移動機器人導航

略