全方位移动机器人国内外研究现状
时间:2017-01-04 20:33 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 国外很多研究机构开展了全方位移动机器人的研制工作，在车轮设计制造，机器人上轮子的配置方案，以及机器人的运动学分析等方面，进行了广泛的研究，形成了许多具有不同特色的移动机器人产品。这方面日本、美国和德国处于领先地位。八十年代初期，美国在 DARPA 的支持下，卡内基 梅隆大学（Carnegie Mellon universityCUM）、斯坦福（Stanford）和麻省理工（Massachusetts Institute of TechnologyMIT）等院校开展了自主移动车辆的研究，NASA 下属的 Jet Propulsion LaborateryL也开展了这方面的研究。CMU 机器人研究所研制的 Navlab-1 和 Navlab-5 系列机器人代表了室外移动机器人的发展方向。德国联邦国防大学和奔驰公司于二十世纪九十年代研制成 VaMoRs-P 移动机器人。其车体采用奔驰 500 轿车。传感器系统包括：4 个小型彩色 CCD 摄像机，构成两组主动式双目视觉系统；3 个惯性线性加速度计和角度变化传感器。SONY 公司 1999 年推出的宠物机器狗 Aibo 具有喜、怒、哀、厌、惊和奇 6 种情感状态。它能爬行、坐立、伸展和打滚，而且摔倒后可以立即爬起来。本田公司 1997 年研制的 Honda P3 类人机器人代表双足步行机器人的最高水平。它重 130 公斤、高 1.60 米、宽 0.6 米，工作时间为 25 分钟，最大步行速度为 2.0 公里/小时。 国外研究的一些典型的全方位轮有麦克纳姆轮、正交轮、球轮、偏心方向轮等。下面就这些轮进行介绍。 麦克纳姆轮，如图 2.1所示，它由轮辐和固定在外周的许多小滚子构成，轮子和滚子之间的夹角为 Y，通常夹角 Y 为 45°，每个轮子具有三个自由度，第一个是绕轮子轴心转动，第二个是绕滚子轴心转动，第三个是绕轮子和地面的接触点转动。轮子由电机驱动，其余两个自由度自由运动。由三个或三个以上的 Mecanum 轮可以构成全方位移动机器人。 图2.1 麦克纳姆轮 正交轮，由两个形状相同的球形轮子削去球冠的球架，固定在一个共同的壳体上构成，如图2.2所示.每个球形轮子架有 2 个自由度，即绕轮子架的电机驱动转动和绕轮子轴心的自由转动。两个轮子架的转动轴方向相同，由一个电机驱动，两个轮子的轴线方向相互垂直，因而称为正交轮。中国科学院沈阳自动化研究所所研制的全方位移动机器人采用了这种结构。 图2.2正交轮的应用 球轮由一个滚动球体、一组支撑滚子和一组驱动滚子组成，其中支撑滚子固定在车底盘上，驱动滚子固定在一个可以绕球体中心转动的支架上，如图 2.3 所示。每个球轮上的驱动滚子由一个电机驱动，使球轮绕驱动滚子所构成平面的法线转动，同时可以绕垂直的轴线自由转动。 图2.3 球轮 偏心万向轮，如图2.4所示，它采用轮盘上不连续滚子切换的运动方式，轮子在滚动和换向过程中同地面的接触点不变，因而在运动过程中不会使机器人振动，同时明显减少了机器人打滑现象的发生。 图2.4 偏心万向轮 2.2国内研究现状 我国在移动机器人方面的研究工作起步较晚，上世纪八十年代末，国家 863 计划自动化领域自动机器人主题确立立项，开始了这方面的研究。在国防科工委和国家 863 计划的资助下，由国防科大、清华大学等多所高校联合研制军用户外移动机器人 7B.8并于1995 年 12 月通过验收。7B.8 的车体是由跃进客车改进而成车上有二文彩色摄像机、三文激光雷达、超声传感器。其体系结构以水平式机构为主采用传统的“感知-建模-规划-执行”算法其直线跟踪速度达到 20km/h。避障速度达到 5-10km/h。 上海大学研制了一种全方位越障爬壁机器人针对清洗壁面作业对机器人提出的特殊要求，研制了可越障轮式全方位移动机构—车轮组机构该机构保证机器人可在保持姿态不变的前提下沿壁面任意方向直线移动或在原地任意角度旋转同时能跨越存在于机器人运行中的障碍不需要复杂的辅助机构来实现平面上运动和越障运动之间转换。 (责任编辑：qin) |