移動機器人越障能力的分級

來自專欄 移動機器人

移動機器人在實際應用過程中, 越障能力是一個非常重要的指標. 汽車行業對路面分級的研究是有標準可循的, 但是並不完全適用於移動機器人.

本文從實際應用出發,試著給出一種對移動機器人進行分級的方法.

• Level 1: 無障礙級別
• Level 2: 室內級別
• Level 3: 樓內級別
• Level 4: 城市級別
• Level 5: 郊外級別
• Level 6: 丘陵級別
• Level 7: 山地級別
• Level 8: 攀岩級別
• Level 9: 特種級別

下面詳細展開講解

• Level 1: 無障礙級別
• 這個級別是指路面上沒有明顯的障礙, 平之又平, 這對路面的要求最高, 地板不允許有大的縫隙, 不能有門檻, 不能出現1cm以上的石子或硬物, 3mm以下的 , 5度以下的地面
• 主要障礙低於0.01米(1厘米),
• 無法達到Level 1級別的移動機器人, 通常更傾向於列入玩具機器人/教育機器人/展示機器人, 而不歸入功能機器人, 無法達到商業級, 更無法達到工業級的應用.
• Level 2: 室內級別
• 主要障礙低於0.03米(3厘米), 包括:
• 深溝: 3厘米寬的電梯縫隙, 3cm寬,
• 門檻: 1cm高的地面式移門軌道,
• 淺溝: 3cm寬1cm深的軌道,
• 雜物/石子: 1cm以下的石子,
• 台階: 1cm以下的台階,
• 斜坡: 10度以下的地面,
• 室內還要考慮
• 濕滑和積水: 3cm以下的積水造成的地面濕滑
• Level 3: 樓內級別
• 主要障礙低於0.05米, 15度以下坡度
• Level 4: 城市級別
• 主要障礙低於0.1米, 20度以下坡度
• Level 5: 郊外級別
• 主要障礙低於0.2米(台階高度), 25度以下坡度,
• Level 6: 丘陵級別
• 主要障礙低於0.3米(膝蓋高度),30度以下坡度
• Level 7: 山地級別
• 障礙低於1米(腰胯高度), 35度以下坡度
• Level 8: 攀爬級別
• 障礙高於單人高度, 坡度大於常見摩擦係數, 40度以下坡度
• 如塔筒, 這一類通常歸類為"攀爬型移動機器人", 而區別於簡單的"移動機器人"
• Level 9: 特種級別
• 障礙很高,
• 超重力地區, 無重力地區, 弱重力地區, 重力異常地區: 如太空, 其他星球表面

移動機器人的越障能力主要是有輪子和底盤的設計來提升的.

－１）輪子半徑越大，則越障能力越強．通常越障能力的設計，為輪子半徑的１／２左右，　或者說輪子直徑的１/４左右．

－２）驅動力有利於加大輪子的越障能力．輪子的驅動力在遇到障礙的時候，將分解為兩個分量，一部分能量用於驅動車輛向前，一部分用於提升車的重心，在越障瞬間，如果動力不足，也會在造成無法提供足夠的向上動力，特別是在車輛重載的情況下．　

－３）輪子的摩擦力越大，越有利於越障，避免輪子打滑的最小摩擦係數是必須保證的．在某些情況下，加大輪子與地面的壓力能夠提高越障能力．在實際情況下，特別是餐飲機器人運行在油膩的場所，經常會出現摩擦力不足的情況，主要是輪胎表面長期接觸油污，造成摩擦係數下降．

－４）合理的車輛速度控制演算法，可以改善越障能力．依靠車輛自身的動能，衝過障礙，這種方式在室外車輛駕駛中經常遇到，但是在室內通常不建議採用．

汽車的越障能力與汽車的接近角、離去角、縱向通過角、底盤結構、懸掛行程、驅動方式、輪胎附著力，發動機輸出扭矩，檔位，齒輪箱速比有關。

國內目前移動機器人領域，室外運行的可以參考車輛工程的相關標準, 缺乏關於室內機器人的越障能力的相關標準, 使得在實際使用過程中, 面向變化場景的服務機器人的推廣缺少統一的依據. (在工業領域, 這個問題不存在, 因為現場勘察的階段, 會識別出相關的問題).