轮腿式机器人

doi:10.16576/ki.1007-4414.2016.02.016轮足两用复合式移动机器人轮腿设计及运动分析∗魏小彪1,魏焕兵1,杨玉枝1,陆㊀恒2,魏㊀田2(1.湖北三江航天红峰控制有限公司,湖北孝感㊀432000;2.上海大众汽车有限公司,上海㊀201805)摘㊀要:设计了一种结构紧凑㊁地形适应性强㊁运行可靠的机器人轮腿㊂该轮腿设计采用轮足复合运动模式㊁模块化设计理念,结构上采用同心轴输出机构,外轴高速旋转带动机器人车轮以获得机器人的高速移动,内轴低速大转矩输出以使机器人能够站立行走,可以根据不同的地形条件变换运动模式,实现机器人轮式㊁关节式以及轮足复合式三种运动形式,并简要分析了各种运动模式轮腿的工作状态及其适用场合,对轮腿转向存在的局限性需进一步研究改进㊂关键词:轮腿复合式;运动模式;运动特性中图分类号:TP242㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:1007-4414(2016)02-0047-02Mechanism Design and Kinematic Analysis of a Double Function Robot Wheel-leg for Mobile Robot WEI Xiao-biao1,WEI Huan-bing1,YANG Yu-zhi1,LU㊀Heng2,WEI㊀Tian2(1.Hubei Sanjing Space Hongfeng Control Equipment Co.,Ltd,Xiaogan Hubei㊀432000,China;2.Shanghai Volkswagen Automobile Co.,Ltd,Shanghai㊀201805,China)Abstract:This paper develops a robot wheel-leg which has compact structure,better adaptability of landform,and dependa-ble motion.This wheel-leg system adopts the model of wheel-legged motion and ideal of modularization.It uses exportable machine of concentric shaft on the structure.The outside shaft circumrotates in high speed which drives robot movement with the same speed,the inside shaft circumrotates in low speed that can gat biggish torsion which drives robot movement with per-pendicular step.This wheel-leg system can change the moving modes according different conditions of terrain.It can complete wheeled mechanism movement,legged mechanism movement and wheel-legged mechanism movement.The work model and application occasion of wheel-leg system is briefly analyzed,the limitation of wheel-leg turnaround needs further improve-ment.Key words:wheel-legged;moving mode;locomotion character0㊀引㊀言目前移动机器人移动机构有轮式㊁履带式㊁关节式(腿式)㊁复合式移动机构等四种方式[1],其中轮式移动效率最高,速度快,转向性好㊁驱动控制方便等特点,但地面适应性差,越障能力由轮子大小决定,适用于较平坦的地面环境;履带式具有较强的地面适应能力,越障能力稍好于轮式机构,但其驱动效率有所降低,越障能力也有限;关节式(腿式)移动机构一般是源于各种仿生机构,该机构在移动过程中以离散点形式与地面接触,具有非常强的非结构环境适应能力,但结构复杂,需要转矩高,控制困难,速度慢㊁能耗高㊁移动效率低㊂因此,在机器人研究中研究人员往往将轮式㊁履带式㊁关节式(腿式)这3种运动形式交叉结合,扬长避短,组合成履带腿式[2]㊁履带轮式[3]㊁轮腿式[4-6]㊁轮履腿式[7]等多种移动机构,以便提升移动机器人的环境适应能力㊂在对移动机构的特性进行综合分析后,结合移动机器人应用环境条件多变的要求,笔者研究了一种既可以实现轮式运动的高速运行,又满足腿式行走大转矩的机构,以期在保持较高移动效率前提下,移动机器人可以根据不同的地形条件变换运动模式,在无障碍环境下采用轮式运动实现高速移动,在有障碍环境下采用腿式运动进行越障,而且机器人轮腿采用模块化设计,具备独立的伺服驱动系统,损坏后仅需更换轮腿,实现快速替换,具有可拆装㊁易维修的特点㊂1㊀机器人轮腿设计机械系统是整个机器人系统的骨架,是其他子系统的载体,它的结构决定了机器人系统的基本性能和构型的可重构能力,而轮腿的设计需要从整个机器人机械系统设计入手,提出轮腿总的设计目标是研究开发一种结构紧凑㊁地形适应性强㊁运行可靠的机器人轮腿,该轮腿能够使机器人移动平台融合轮式的快速运动和腿式的越障功能,适应平地和有障碍物的路段移动,而且该轮腿还需具有通用性㊁集成性和独立性,满足可拆卸㊁易维护等要求㊂1.1㊀机器人轮腿总体方案考虑到整个移动机器人系统结构及轮腿的模块化,初步以机器人系统对称结构形式为基础来设计机㊃74㊃∗收稿日期:2016-02-19作者简介:魏小彪(1983-),男,湖北孝感人,工程师,主要从事机电一体化产品研究㊂器人轮腿,如图1所示,即应用所设计的轮足两用复合式移动机器人轮腿的机器人系统由四个独立的运动轮腿和车体构成,每个运动轮腿由类似人腿形式的大腿㊁小腿㊁足部㊁髋关节和膝关节组成,在关节部位安装充气轮,从而以似人腿结构形式实现腿式运动,而安装在关节部位的充气轮又可以实现轮式移动,中间车体主要用于安装控制系统㊁电源及其它部件[8]㊂图1㊀机器人总体结构1.1.1㊀轮腿一体化互换设计为满足机器人系统可拆卸㊁易维护等要求,机器人轮腿结构采用模块化设计思想㊂由前述总体方案中可看出,整个机器人系统是由四个独立运动轮腿和车体组成,四个独立运动轮腿在机器人系统整体的布局中沿水平㊁垂直线对称,若将这四个独立运动的轮腿设计成完全一样的结构形式,即只需要一条备用轮腿即可实现机器人系统四条轮腿的更换,就如同汽车会有一个全尺寸的备用轮胎一样㊂这就要求将机器人轮腿这个结构复杂㊁组成单元较多的部件,设计成机器人系统中的一个独立的㊁通用的模块,保证机器人轮腿具有独立的驱动系统和动力系统,无论是电气接口还是机械接口都能够在对称位置做到即插即用,互换性比较强,能快速维修替换㊂1.1.2㊀驱动单元轮足两用复合移动机器人轮腿所要实现的运动是在平地路况下使得机器人系统有轮式的高速运行,而在有障碍物的路况下又能够实现腿式越障,而在轮式运动和腿式越障上对驱动力的要求各不一样,在轮式运动中要求充气轮转速快,而在腿式运动中则要求关节处转矩大,针对这两种使用环境下对驱动力要求不同,可以采用不同减速比的减速器实现对力(矩)要求的不同㊂而考虑到整个轮腿的尺寸,可以采用体积小㊁质量轻㊁输出转矩大的直流无刷电机作为驱动电机,与传统的直流有刷电机相比,直流无刷电机利用电子换相技术代替传统直流电动机的电刷换向,具有一般直流电机的运行效率高㊁起动转矩大㊁调速范围宽等优点,又具有交流电机的结构简单㊁运行可靠和维修方便等特点㊂1.2㊀机器人轮腿机械设计1.2.1㊀传动设计轮足两用复合式移动机器人轮腿既要实现轮式快速运动,又要实现似人腿行走的腿式运动,初步总体结构如图2所示㊂图2㊀机器人轮腿传动布局㊀㊀从图2中可看出,轮腿基本由三个充气轮和两个连杆组成,形成似人腿结构的大腿㊁小腿㊁足部(小轮)㊁髋关节和膝关节,分解到轮腿所要实现的运动,即由三个充气轮中的一个作为主动轮,现以大轮1㊁大轮2作为主动轮实现快速的轮式运动,由大腿㊁小腿㊁足部(小轮)㊁髋关节(大轮1处轴)和膝关节(大轮2处轴)组成的似人腿结构来实现腿式运动,这就要求大腿㊁小腿能够分别绕髋关节㊁膝关节旋转,小轮此时不转动㊂综合以上运动情况分析,对需要力矩输出的部位分别采用直流无刷电机配以减速器进行驱动,大轮1㊁大轮2的快速旋转运动由电机3通过两级同步带传递力矩,大腿绕髋关节旋转由电机1通过减速器1直接驱动,小腿绕膝关节旋转由电机2通过减速器2直接驱动,而小轮通过电磁抱闸来控制其是否锁死或随动旋转,通过以上三个驱动电机配合传动机构能够使该机器人轮腿实现轮足两用所要求的功能,而且轮腿带传动的结构形式使其安装在机器人系统车体上无需考虑方向,即机器人系统四个独立运动轮腿只需一种结构形式㊂1.2.2㊀结构设计由图2及传动设计分析可知,髋关节(大轮1处轴)要实现两个旋转运动的传递,即由电机3带动同步带驱动大轮1㊁大轮2的高速旋转运动和电机1配合减速器1驱动大腿旋转运动,其它地方的传动均可通过单轴实现所需力矩传递㊂为此,在髋关节处采用内外轴的机构形式,如图3所示,内外轴的构成是由同步带轮1作为外轴㊁大腿驱动轴作为内轴,采取两级滚动轴承实现两轴的分别旋转运动而不相互干涉,其中两级带传动的带轮分别与大轮1㊁大轮2的轮毂㊃84㊃进行连接,其它传动部件详细结构设计如图4所示,小腿所需的动力驱动装置安装在大腿上,其它动力驱动装置安装在机器人车体内,大腿㊁小腿的转动均通过轴直接用销连接实现其力矩传递,同步带连接的两个高速旋转充气轮轮毂与同步带轮连接,小轮根据运动要求的需要灵活实现旋转与锁紧,采用电磁抱闸实现,电磁抱闸与小轮轮毂连接,由此,要求充气轮轮毂根据结构安装形式的需要进行设计,以满足各零部件的安装要求㊂图3㊀内外轴传动结构图图4㊀轮腿详细结构图2㊀机器人轮腿运动特性该轮足两用复合式移动机器人轮腿能为移动机器人系统提供多种运动模式,除了具备一般轮式移动机器人的运动能力外,还具备关节式(腿式)移动机器人运动特性,可根据不同的道路工况启动不同的运动模式,实现快速移动,同时该轮腿还具备较强的越障和避障能力,为便于分析,假设该轮腿具备足够的驱动力(矩),地面环境也能提供足够的附着力(矩),且轮腿的重量相对移动机器人车体小,不足以影响整个移动机器人的重心变化,以移动机器人中一条轮腿的各种姿态位置来分析该轮腿的运动特性㊂2.1㊀轮式运动轮足两用复合式移动机器人轮腿轮式运动主要体现在高速移动,从图2所示的结构传动形式可以看出,所设计的轮腿轮式运动主要体现在大轮1㊁大轮2或者两者同时着地的高速转动㊂如图5,图5(a)是大轮1㊁大轮2同时着地一起驱动机器人移动,小轮可着地或者停留在绕大轮2轴线(膝关节)旋转的区间内任意位置,当处于内侧着地时,适合平坦路面快速移动,当处于外侧着地时,有利于机器人结构稳定性,适合在崎岖复杂路面或跨越沟渠时快速移动㊂图5(b)是大轮1㊁小轮着地,大轮1驱动㊁小轮辅助支撑机器人移动,大轮2㊁小轮可以分别停留在绕大轮1轴线(髋关节)㊁大轮2轴线(膝关节)小范围转动的任意位置,此种状态适用于移动速度要求不高或者路面摩擦力小的情况下,有利于保证机器人的平衡㊂图5(c)是大轮1着地直接驱动机器人移动,大轮2㊁小轮可以分别停留在绕大轮1轴线(髋关节)㊁大轮2轴线(膝关节)大范围转动的任意位置,此种状态适合前方有多级比较矮的台阶,通过多轮驱动,直接攀越台阶㊂图5(d)是大轮2着地,大轮2㊁小轮可以分别停留在绕大轮1轴线(髋关节)㊁大轮2轴线(膝关节)大范围转动的任意位置,此种状态提高了移动机器人底盘,适合快速穿越矮小障碍物㊁爬坡㊁斜坡上运动等㊂图5㊀轮腿轮式运动图2.2㊀腿式运动轮足两用复合式移动机器人轮腿腿式运动主要体现在关节运动上,主要是小腿和大腿的运动,如图6所示㊂图6㊀轮腿腿式运动图㊀㊀图6(a)㊁(b)只有小腿绕大轮2轴线(膝关节)运动㊁大腿停留在某一位置的情况,两者不同之处在于地面支点上,图6(a)是以大轮1作为支点,图6(b)是以大轮2作为支点,这就造成移动机器人车体底盘高低不一样,图6(a)适合平坦路面㊁攀越小台阶㊃94㊃的腿式运动,图6(b)适合崎岖复杂路面㊁直接越过障碍物的腿式运动;图6(c)只有大腿绕大轮1轴线(髋关节)运动,小轮触地或停留在某一位置的情况,小轮触地时增加了机器人平稳性,此种情况车体底盘抬高,适合比图6(a)情况路面复杂㊁比图6(b)情况路面简单的腿式运动;图6(d)是大腿绕大轮1轴线(髋关节)运动㊁小腿绕大轮2(膝关节)运动的情况,轮腿模块完全当作关节式腿运动,其运动模式较为复杂,且机器人重心抬高很多,需要对轮腿的运动进行步态规划,此种情况适合翻越较大障碍物的运动㊂2.3㊀转向运动单个所设计的轮腿无法实现转向运动,而且在该结构情形下,其转向受到很大的局限性,但在多条轮腿配合运动的情况下,还是能够实现移动机器人小范围的转向运动,其实现方法是其中一条轮腿不做任何运动,其它三条轮腿作轮式运动㊁腿式运动或者轮腿复合式运动,从而实现移动机器人朝某一方向转动,达到转向的目的,但其效率很低㊂对于转向运动的局限性,可以考虑通过轮毂周向安装多个橡胶轮的方式,可实现原地360ʎ旋转㊁侧向平移等操作,这种形式的轮胎结合了普通轮胎与履带的优点,十分轻巧灵活㊂3㊀结㊀论简要分析了现有移动机器人轮腿技术现状,提出了一种结构紧凑㊁地形适应性强㊁运行可靠的机器人轮腿,研究了该轮腿的设计与实现,并对轮腿的运动特性及所适用环境进行了分析㊂功能上采用轮足复合的运动模式,既实现了轮式快速运动又可以满足腿式运动所需的大转矩;结构上采用模块化设计,只需一种结构尺寸的轮腿即可满足整个移动机器人系统要求,通用的电气接口和机械接口便于实现快速维修和更换㊂与其他移动机器人运动模式相比,该轮腿具有反应快速㊁结构紧凑㊁多种运动模式等特点,可根据不同的地形条件变换运动模式,具有很好的环境适用性和运动能力,但单个轮腿无法实现转向运动,需要多条轮腿配合才能实现整个移动机器人的转向,存在一定的局限性,后续需要在现有轮腿设计的基础上进一步完善其转向功能,使其运动更加灵活㊂参考文献:[1]㊀田海波,方宗德,杨㊀坤,等.轮腿式机器人设计及其运动特性分析[J].机械设计,2010,27(6):42-47.[2]㊀Brian Yamauchi.PackBot:a versatile platform for military robotics[C ]//Proceedings of SPIE Conference 5422:Unmanned Ground Vehicle Technology VI,Odando,FL,2004.[3]㊀Lanria M,Piguet Y,Siegwart R.Octopus an autonomous wheeledclimbing robot[C]//Proceedings of the Fifth International Confer-ence on Climbing and Walking Robots.Suffolk,UK:Professional En-gineering Publishing Limited,2002:315-322.[4]㊀刘万里,曲兴华,闫勇刚.轮腿复合式爬壁机器人设计及运动特性分析[C].第26届中国控制会议论文集[A].2007.[5]㊀吴㊀丹,赵旦谱,杨宏源,等.轮足两用式移动机器人[P].中国,200810056851.2.2010.[6]㊀吴㊀丹,赵旦谱,杨宏源,等.仿生轮足两用式机器人[P].中国,200810057399.1.2010.[7]㊀段星光,黄㊀强,李科杰.小型轮履腿复合式机器人设计及运动特性分析[J].机械工程学报,2005,41(8):108-114.[8]㊀吴㊀丹,赵旦谱,杨宏源,等.一种足轮两用机器人腿[P].中国,200810057401.5.2011.ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ(上接第46页)故这一推广也适用于其它圆盘凸轮机构;③导出了该机构4个主要特性值的精确且简洁的表达式㊂据其数值计算结果,可评判该机构与特性值有关的动力学性能的优劣和适用场合;④明确了该机构特性值只和各构件的相对长度有关,以及相对长度m a 和m b 的数值改变对特性值的影响和不同敏感程度㊂参考文献:[1]㊀Bizic M,Bulatovic R,Petrovic D.Modeling profile and kinematic a-nalysis of two circular -arc cams[J].Engineering with Computers,2013(29):535-546.[2]㊀Hsieh J F.Design and analysis of cams with three circular -arc pro-files[J].Mechanism and Machine Theory,2010(45):955-965.[3]㊀杨㊀俊,谭建平,杨㊀武,等.大型水压机阀芯驱动系统双圆弧凸轮设计及应用[J].湖南大学学报(自然科学版),2013,40(7):53-58.[4]㊀陈㊀玲,谭建平,杨㊀俊,等.大型水压机阀芯驱动系统凸轮升程曲线设计[J].锻压技术,2013,38(2):85-89.[5]㊀姚㊀强,张光德,王卫华,等.二甲醚发动机凸轮转矩的研究[J].汽车科技,2012,(4):12-15.[6]㊀赵向阳,赵宇婷.电控单体泵凸轮的精密磨削工艺研究[J].现代车用动力,2012,146(2):57-60.[7]㊀牛㊀可,王忠宾.一种新型矿用润滑脂泵的优化设计[J].润滑与密封,2011,36(2):103-105.[8]㊀崔双双.高压共轨系统高压泵关键部件研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2011.[9]㊀孙永峰,张海兵,金之椰.圆盘形凸轮机构及其优化设计[J].新技术新工艺,2010,30(10):39-41.[10]㊀施雄泉.偏置式偏心圆凸轮机构的研究[J].苏州市职业大学学报,2008,19(3):34-36.[11]㊀魏引焕.摆动从动件单圆弧盘状凸轮机构[J].机械设计,2006,23(4):45-47.[12]㊀高㊀洪,李绍成.单圆弧盘型凸轮机构特性的比较研究[J].安徽科技工程学院学报,2003,18(1):33-35.[13]㊀石永刚,吴央芳.凸轮机构设计与应用创新[M].北京:机械工业出版社,2007.[14]㊀刘昌祺,刘庆立,蔡昌蔚.自动机械凸轮机构实用设计手册[M].北京:科学出版社,2013.[15]㊀于靖军.机械原理[M].北京:机械工业出版社,2013.㊃05㊃。

ARTROBOT Product Manual 智慧课堂：:8080/login/版本号：V7.00北京市丰台区汉威国际广场4区8号楼3层领先的人工智能机器人服务商03 行业应用产品11 核心零部件14 教育类产品行业应用产品二次开发导航避障控制形式最大载重四轮差速原地自转+100k g智能负载移动机器人技术参数9341171130822965342330540动力充沛方便改装负载移动线控底盘ARC-04-1为纯底盘版本，不含电脑、雷达、相机，但留有安装位置，可后续自行加装。

纯底盘版本可使用遥控器操控，开放上位机通讯协议，可二次开发。

纯底盘版手柄操控超长续航灵活可靠整车尺寸扫码观看视频钢铁侠智能线控底盘ARC-L04-1搭载16线激光雷达，工业相机，GPS等传感器，采用四轮驱动，差速自转，动力充沛，可广泛适应各种复杂应用环境。

线控底盘主要由下位机的电机与驱动系统、上位机的雷达与计算机构成的导航系统、车身悬架系统电池与电源管理系统构成。

驱动系统采用标准CAN通信协议，上位机通过RS232串口实现与下位机的通信。

可实现雷达建图、轨迹规划与导航、循迹避障等功能。

产品支持二次开发，可为您呈现最佳移动平台解决方案。

长宽高：1020mm*605mm*795mm离地间隙：65mm 轮间距：817mm电机：4×400W伺服电机爬坡角度：＜30°额定运动载重：100kg 额定运动载重：100kg 最大运动载重：160kg 电池参数：48V/50Ah悬挂形式：双横臂独立悬架驱动形式：四轮独立驱动、差速转向控制形式：手柄遥控GPS:GPS辅助定位处理器：intel i7 + RTX独立显卡相机：海康威视1080p高帧率工业相机雷达：16线激光雷达（Velodyne VLP-16/WLR-720）行业应用产品地图构建过坎高度自主导航最大爬坡最大载重最大速度20mm3°80k g1M/SClaa ss.1%g mm 3mm SA h U b u nt u18.04or c h P y thon3YO L O 50.6M/S1.2M/S行进速度发送定位应用场景。

机器人移动底盘一、引言机器人作为人工智能技术的重要应用，已经广泛应用于各个领域，如工业制造、医疗护理、农业等。

而机器人的移动底盘作为机器人的基础部分之一，对机器人的性能和功能起到了重要的影响。

本文将从机器人移动底盘的分类和组成、特点及应用等方面进行介绍，以加深对机器人移动底盘的理解和认识。

二、机器人移动底盘的分类和组成机器人移动底盘根据其功能和结构特点的不同，可以分为几种不同的类型，如轮式移动底盘、履带式移动底盘、腿式移动底盘等。

其中，轮式移动底盘是应用最广泛的一种。

1. 轮式移动底盘轮式移动底盘采用轮子作为主要的移动装置，具有移动速度快、灵活性高的特点。

其组成通常包括轮子、驱动装置、悬挂系统等。

根据轮子的数量和形状的不同，轮式移动底盘又可以分为两轮、四轮、六轮等类型。

2. 履带式移动底盘履带式移动底盘采用履带作为主要的移动装置，具有抗颠簸、抓地性能好的特点。

其组成通常包括履带、驱动装置、张紧装置等。

履带式移动底盘适用于复杂地形、不平坦的环境，如农田、沙漠等。

3. 腿式移动底盘腿式移动底盘采用腿部结构作为主要的移动装置，具有能够克服障碍物和攀爬等特点。

其组成通常包括腿部、驱动装置、关节等。

腿式移动底盘适用于需要面对非常规地形和环境的任务，如救援、探险等。

三、机器人移动底盘的特点机器人移动底盘具有以下几个特点：1. 灵活性和机动性机器人移动底盘可以根据需要进行灵活的转向和前进后退等运动，具有较好的机动性。

这使得机器人能够适应不同环境、完成不同任务。

2. 抗颠簸性和平稳性机器人移动底盘的设计使得其能够在不平坦地面上保持稳定的移动。

对于需要在复杂地形中操作的机器人，抗颠簸和平稳性是非常重要的特点。

3. 载荷能力机器人移动底盘的设计通常考虑到了机器人整体的载荷能力。

这使得机器人能够携带更多的装备、工具或载荷，能够胜任更复杂的任务。

四、机器人移动底盘的应用机器人移动底盘在各个领域都有广泛的应用，以下是几个典型的应用场景：1. 工业制造在工业制造领域，机器人移动底盘广泛应用于物料搬运、组装、焊接等操作。

四足机器人运动原理
四足机器人是一种仿生机器人，它的运动原理基于模拟动物的行走方式。

它拥有四条类似于四肢的机械结构，通过一系列的电动和机械部件来实现运动。

四足机器人的运动分为步态运动和平衡控制两个主要部分。

在步态运动方面，四足机器人采用类似于动物的步态，即通过交替运动四条腿来实现行进。

通常有两种常见的步态模式：波浪步态和踏步步态。

波浪步态是指后腿向前迈进，前腿向后摆出的运动方式，这种步态在速度较慢的情况下运动稳定；而踏步步态是指前后两条腿轮流进行迈步的运动方式，这种步态在速度较快时更适用。

为了实现平衡控制，四足机器人通常配备了倾角传感器和陀螺仪等传感器来检测机器人的倾斜情况。

通过实时检测和反馈机制，机器人可以根据倾斜情况进行动态平衡调整，以保持稳定的行走状态。

除了步态和平衡控制，四足机器人的运动还涉及到其他方面的技术，比如轮辐传动、电机驱动、关节设计等。

这些技术的应用使得四足机器人能够在不同的地形和环境中自如地行走，并完成一系列特定的任务。

总的来说，四足机器人的运动原理是通过模拟动物的行走方式，配合平衡控制和其他关键技术，实现机器人的步态运动和移动
能力。

这种仿生设计使得四足机器人能够在各种复杂的环境中进行灵活的运动和任务执行。

论述典型机器人构型机器人构型是指机器人的外形和结构设计，不同的机器人构型适用于不同的任务和环境。

以下将从人类视角出发，介绍几种典型的机器人构型。

首先是人形机器人。

人形机器人是模仿人类外貌和行为设计的机器人，可以在人类活动的环境中执行各种任务。

人形机器人通常具备类似于人类的头、躯干、四肢等部件，能够模仿人类的步态和动作。

这种机器人构型在服务机器人、助力机器人等领域有广泛的应用。

例如，某些人形机器人可以在医院中扮演陪护员的角色，给病人提供日常生活的帮助。

其次是轮式机器人。

轮式机器人是使用轮子作为运动装置的机器人，可以在平面上自由移动。

这种构型的机器人通常具有一个或多个轮子，可以通过控制轮子的转动来改变自身的位置和方向。

轮式机器人适用于需要大范围移动的任务，如巡逻、搬运等。

例如，某些轮式机器人可以在仓库中自动搬运货物，提高工作效率。

另外一种典型的机器人构型是足式机器人。

足式机器人使用类似于动物的腿部结构作为运动装置，可以在复杂的环境中行走、攀爬等。

足式机器人的腿部结构通常具有多个关节，可以灵活地调整姿态和步态。

这种机器人构型适用于需要在不规则地形中执行任务的场景，如救援、勘察等。

例如，某些足式机器人可以在山区进行救援行动，到达人类难以到达的地方。

还有一种常见的机器人构型是飞行器机器人。

飞行器机器人是通过飞行装置实现空中运动的机器人，可以在空中进行巡航、侦查等任务。

飞行器机器人通常具有旋翼或喷气等飞行装置，可以垂直起降和自由飞行。

这种机器人构型适用于需要快速到达目的地或在高空进行观测的应用，如无人机。

例如，某些飞行器机器人可以在灾区进行空中勘察，提供救援人员所需的信息。

机器人构型的选择应根据任务和环境的需求来确定。

人形机器人、轮式机器人、足式机器人和飞行器机器人是常见的典型机器人构型，它们各自适用于不同的场景和任务。

通过合理选择和设计机器人构型，可以提高机器人的适应性和效率，使其在各种任务中发挥更大的作用。

机器人行走机构原理机器人行走机构是指用于控制机器人移动和行走的结构和装置。

它是实现机器人在不同环境中自由移动和执行任务的关键部件。

机器人行走机构的设计和原理直接影响着机器人的稳定性、速度、灵活性和适应性。

1. 基本概念在探讨机器人行走机构的原理之前，先来了解一些基本概念：•步态（Gait）：指机器人在运动过程中，支撑腿与摆动腿之间的相对运动规律。

不同步态适用于不同环境和任务需求。

•支撑腿（Support Leg）：指在行走过程中用于支撑和稳定身体的腿。

•摆动腿（Swing Leg）：指在行走过程中用于推进身体向前移动的腿。

•步态周期（Gait Cycle）：指完成一次完整步态所需要的时间。

•步幅（Stride Length）：指每一步前进的距离。

2. 行走方式2.1. 轮式行走轮式行走是最常见且简单的行走方式之一。

它使用轮子作为机器人的运动部件，通过控制轮子的转动来实现机器人的行走。

轮式行走机构可以分为两种类型：差速驱动和全向驱动。

2.1.1. 差速驱动差速驱动是指通过控制左右两侧轮子的转速差异来实现机器人的转弯和定位。

当左右两侧轮子转速相等时，机器人直线行走；当两侧轮子转速不等时，机器人会产生转向力矩，从而实现转弯。

差速驱动的优点是结构简单、成本低廉，适用于平坦且无障碍物的环境。

然而，它在不同地面上的摩擦力变化较大时容易出现滑移现象，并且在越野或不平坦地形上表现较差。

2.1.2. 全向驱动全向驱动是指通过控制多个轮子（通常是三个或四个）以不同方向和速度旋转来实现机器人的任意方向移动。

全向驱动可以通过组合直线运动和旋转运动来实现复杂路径的行走。

全向驱动的优点是机器人具有更好的机动性和灵活性，能够在狭窄空间中进行精确移动和定位。

然而，全向驱动的结构复杂、成本较高，并且对地面摩擦力要求较高。

2.2. 腿式行走腿式行走是模仿生物行走方式的一种机器人行走方式。

它使用类似于生物的腿部结构来实现机器人的行走。

轮式移动机器人的结构设计学生姓名：张华班级：078105131指导老师：许瑛摘要：随着机器人技术在外星探索、野外考察、军事、安全等全新的领域得到日益广泛的采用，机器人技术由室内走向室外，由固定、人工的环境走向移动、非人工的环境。

本课题是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。

本文介绍了已有的机器人移动平台的发展现状和趋势，分析操作手臂常用的结构和工作原理，根据选定的方案对带有机械臂的全方位移动机器人进行本体设计，包括全方位车轮旋转机构的设计、车轮转向机构的设计和机器人操作臂的设计。

要求全方位移动机构转向、移动灵活，可以快速、有效的到达指定地点；机械臂操作范围广、运动灵活、结构简单紧凑且尺寸小，可以快速、准确的完成指定工作。

设计完成后要分析全方位移动机构的性能，为后续的研究提供可靠的参考和依据。

关键字：机器人移动平台操作臂简单快速准确指导老师签名：Structure design of wheeled mobile robotsStudent name: Zhang hua Class: 0781051Supervisor: Xu yingAbstract:with the robot technology in an alien exploration, field survey, military and security new areas to be increasingly widely adopted, robot technology by indoor, outdoor by fixed, to move towards artificial environment, the artificial environment. This topic is the basic link, robot design for the follow-up about robots can provide valuable reference and useful ideas platform.This article summarizes the existing robot mobile platform development status and trends of operating the arm structure and principle of common, According to the selected scheme of mechanical arm with ontology omni-directional mobile robots designed, including the design of all-round wheel rotating mechanism, wheel steering mechanism of design and the design of robot manipulator. Request to change direction, move the omni-directional mobile institution, can quickly and effectively flexible the reaches the specified location; Mechanical arm operation scope, sports flexible, simple and compact structure and size is small, can quickly and accurately completed tasks. The design is completed to analyze the performance of the omni-directional mobile institutions for subsequent research, provide reliable reference and basis.Keywords: Robot mobile platform manipulator simple accurate and quickSignature of Supervisor:本文由闰土服务机械外文文献翻译成品淘宝店整理目录1.绪论1.1引言 (1)1.2国内外相关领域的研究现状 (1)1.3主要研究内容 (5)2.全向移动机器人移动结构设计2.1引言 (5)2.2机械设计的基本要求 (6)2.3全方位轮式移动机构的设计 (6)2.3.1移动机器人车轮旋转机构设计 (7)2.3.2移动机器人转向机构设计 (10)2.3.3电机的选型与计算 (12)2.4移动机器人车体机构设计 (15)2.5本章小结 (16)3.机械手臂的设计3.1末端执行器的设计 (16)3.1.1末端执行器的设计要求 (17)3.1.2末端执行器的设计 (17)3.1.3电机的选型与计算 (20)3.2机械手臂杆件的设计 (21)3.2.1腕部结构设计 (21)3.2.2臂部结构设计 (21)3.2.3机械臂电机的选型与计算 (23)3.3本章小结 (23)4.机械材料的选择和零件的校核4.1机械材料的选用原则 (24)4.2零件材料选择和强度校核 (25)4.3本章小结 (29)参考文献 (30)致谢 (31)附录1 绪论1.1 引言移动机器人已经成为机器人研究领域的一个重要分支。

机器人的组成与结构机器人作为现代科技领域的重要成果，已经在许多领域得到广泛应用。

它们能够进行各种复杂的工作任务，如生产线上的装配、医疗手术、甚至是太空探索。

要了解机器人的功能和作用，首先需要了解它们的组成和结构。

本文将介绍机器人的主要组成部分，并探讨它们之间的关系。

一、机器人的主要组成部分1. 机械结构：机器人的机械结构决定了它的动作能力和灵活性。

机械结构通常由连杆装置、齿轮装置和关节装置等组成。

连杆装置通过连接各个关节，使机器人可以实现各种运动。

齿轮装置则通过齿轮传动机构实现力的调节和转换。

关节装置负责连接机器人的各个部件，使其能够进行不同方向的运动。

2. 传感系统：机器人的传感系统用于感知和获取外部信息，并将其转化为对机器人动作的指令。

传感系统通常包括视觉传感器、触觉传感器、声音传感器等。

视觉传感器可以识别图像和物体的位置、形状等信息。

触觉传感器可以感知外部物体的力度和压力。

声音传感器则能够接收和识别声音信号。

3. 控制系统：机器人的控制系统相当于其“大脑”，能够接收传感器的信息并做出相应的决策。

控制系统通常由中央处理器（CPU）、微控制器和编程算法组成。

中央处理器负责处理机器人的控制指令，微控制器则控制机器人的动作执行。

编程算法则是指令的逻辑和流程。

4. 能源源：机器人需要一定的能源驱动其运动和功能，常见的能源源有电能、液压和气压。

电能是最常用的能源，通过电池或电源驱动机器人的运动和执行任务。

液压系统利用流体的压力来控制机器人的动作。

气压系统则利用气体的压力来驱动机器人的运动和执行任务。

二、机器人的结构模式机器人的结构模式主要包括固定型结构、轮式结构和腿式结构。

1. 固定型结构：固定型结构的机器人通常被固定在一个位置，不具备主动移动的能力。

它们通过机械臂和电动机等装置完成其任务。

这种结构的机器人适用于需要固定在某个位置进行重复操作的场景，如流水线上的装配机器人。

2. 轮式结构：轮式结构的机器人通过配备轮子和电动机等装置实现移动能力。