全向移动机器人底盘设计开题报告含文献综述外文翻译可编辑.doc

全向移动机器人底盘设计开题报告(含文献综述、外文翻译) 2.2 拟解决的关键问题 移动服务机器人的应用场合决定了要求具有能在狭窄、拥挤的场合灵活快捷地自由运动的性能,这也成为了机器人研究和设计的难点问题。 能在工作环境内移动和执行功能是移动服务机器人的两大特点。因此,移动机构是组成移动机器人的重要部分,它是保证机器人实现功能要求的关键,其设计的成功与否将直接影响机器人系统。 3.设计的方法及措施 3.1方法及措施 3.1.1三轮机构 三轮移动机构具有一定的稳定性,是轮式机器人的基本移动机构之一,在机器人领域已经得到广泛的应用,而且在实现方式上也呈现多样化。 1)两轮独立驱动机构 两轮独立驱动机构是最常用的一种驱动机构。如图(1),该机构利用一个高精度驱动轮和两个随机轮构成。左右两个驱动轮由两个电动机经过减速器独立驱动,随机轮置于机器人底盘的前方位置。机器人的行进方向由两轮驱动机构的速度差值决定,通过对两个电机施加不同的速度可实现任意方向的驱动,因此属于差分驱动方式。这种结构的特点是运动灵活,机构组成简单;当两轮转速大小相等方向相反时,可以实现机器人本体的灵半径回转。该机构的缺点是对伺服系统的要求较高,如进行严格的直线运动则需保证左右两个轮子的旋转速度完全一样,且在加减速时的动态特性也应完全一致,这就要求伺服驱动系统要求有足够的精度和优异的动态特性,从而会导致机器人底盘的成本增加。 2)前轮驱动前轮导向机构 如图(2),该机构中的前轮既是驱动轮又是导向轮(操舵轮),采用两个电机分别控制:导向电机控制前轮的转向角度,驱动电机控制前轮的旋转速度。因此,通过对前轮的这两个自由度进行复合控制,可以同时实现对机器人本体的运行速度和运行方向的控制。两个被动后轮没有电机控制,完全是随机轮。该种移动机构的特点是控制比较方便,能耗低,对于伺服系统和制造装备精度要求不高,而且旋转半径可以从0到无穷大连续变化;缺点是由于导向和驱动的驱动器均集中在前轮部分,复合运动结构设计复杂,而且车体本身的运动并不十分灵活。 3)后轮差动减速器驱动前轮导向机构 该种机构如图(3),导向控制电机通过减速器控制导向前轮,决定了机器人本体的运动方向。驱动轮同驱动控制电机通过驱动齿轮箱体连接,在箱体内安装有全部传动系统的减速齿轮、差动器等传动零件,通过箱体两端的半轴带动左、右驱动轮运动。差速器的作用是在进行转弯操作是为左、右两轮分配不同的旋转速度。这种移动机构和驱动系统可以利用一些通用的传动系统零部件,传动效率较高,制造成本较低;但在传动模式上仍是机械传动模式,结构比较复杂,体积较大,质量也比较大,同时运动不灵活,不能实现机器人本体的小半径回转运动。 4)两后轮独立驱动前轮导向机构 由图(4)可以看出,该机构同后轮差速器驱动前轮导向机构在原理上具有相似之处,不同之处在于利用两个独立伺服驱动电机取代了差速器装置,用以分别控制左、右驱动轮。该机构在控制上需要按照机器人运动学模型把移动平台的整体运动分解为对三个电机的控制命令,然后控制导向轮的转动和两个驱动轮的差动实现本体运动。同后轮差动器驱动前轮导向机构相比,该机构采用纯粹的电气传动模式,结构比较简单,体积和质量能够得到很好的控制,且方向控制精度更高,运动更为灵活;缺点是需要对三轮进行协调控制,同步性要求较高,且自转时的本体方向定位精度较低。 5)三轮全驱动全导向机构 三轮全驱动全导向机构属于同步驱动的装置方式。如图(5)所示,在该机构中,三个轮子成120°放置,用齿轮或者链条将轮子同分别用以进行方向控制和驱动的电机相连。每个轮子都可独立地进行转向控制和速度控制,因此在结构和原理上类似于前轮驱动前轮导向机构的前轮。当三个轮子保持初始位置以相同的速度转动时,及其本体做原地零半径旋转运动;当三个轮子导向角度相同并以相同速度驱动时,本体按照该导向角方向做直线运动。施加适当的控制,利用该机构实现的机器人本体能够按照任意指定的轨迹运动,具有很高的运动灵活性。但是该机构的整体结构比较复杂,完成每个动作都需要对6个伺服电机进行合理控制,且对于方向和驱动控制精度有较高要求,因此控制难度较大。 3.1.2四轮机构 四轮机构在驱动方式上和结构上类似于三轮机构,其优点是驱动轮和负载能力更强,具有较高的地面适应能力和稳定性。同三轮机构相比,四轮机构的缺点在于其回转半径较大,转向不灵活。常见的几种四轮移动机构如图所示 1)两轮独立驱动机构 如图(6)所示,四轮机器人中的两轮独立驱动机构和三轮机器人中的两轮独立驱动机构在工作原理上完全相同,两者之间唯一的差别在于前者多用了一个随机轮,以增加平台的稳定性和伏在承受能力。 2四轮全驱动全导向机构