四足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】

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編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯 （譯文） 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師單位： 姓 名： 職 稱： 2. 運(yùn)動(dòng) 2.1 介紹 移動(dòng)機(jī)器人需要運(yùn)動(dòng)的機(jī)制，使其能夠在其整個(gè)環(huán)境中移動(dòng)無限。但也有大量的各種可能的方式移動(dòng)，因此機(jī)器人的方式來運(yùn)動(dòng)的選擇是移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。在實(shí)驗(yàn)室中，有研究機(jī)器人，可以行走，跳躍，奔跑，滑板，滑冰，游泳，飛行，滾動(dòng)。大多數(shù)這些運(yùn)動(dòng)機(jī)制已經(jīng)啟發(fā)其生物同行（見圖2.1）。 然而，一個(gè)例外：積極動(dòng)力的車輪是人類發(fā)明的實(shí)現(xiàn)了在平地上極高的效率。這種機(jī)制并不完全外來生物系統(tǒng)。我們的雙足行走系統(tǒng)可以通過滾動(dòng)多邊形來近似，以邊長度等于在步驟（圖2.2）的跨度。作為工序尺寸減小，多邊形接近圓或車輪。但是，自然沒有發(fā)展一個(gè)完全旋轉(zhuǎn)，積極動(dòng)力關(guān)節(jié)，這是必要的輪式運(yùn)動(dòng)的技術(shù)。 生物系統(tǒng)通過各種惡劣環(huán)境下的移動(dòng)成功。因此它可以是理想的復(fù)制自己的運(yùn)動(dòng)的機(jī)制選擇。然而，在這方面，復(fù)制性質(zhì)是有幾個(gè)原因非常困難。首先，機(jī)械復(fù)雜性是很容易在生物系統(tǒng)中，通過結(jié)構(gòu)的復(fù)制來實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞分裂，與專業(yè)化相結(jié)合，可以很容易地生產(chǎn)出幾百腿和數(shù)萬獨(dú)立感應(yīng)纖毛的千足蟲。在人造結(jié)構(gòu)中，每個(gè)部分必須單獨(dú)制造，并且這樣規(guī)模的沒有這樣的經(jīng)濟(jì)存在。此外，細(xì)胞是微觀構(gòu)建塊，使極端小型化。具有非常小的尺寸和重量，昆蟲實(shí)現(xiàn)魯棒性的水平，我們還沒有能夠以配合人的制造技術(shù)。最后，生物能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和大型動(dòng)物和昆蟲所使用的肌肉和液壓激活系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)扭矩，響應(yīng)時(shí)間，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過類似縮放人造系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。 運(yùn)動(dòng)類型 阻力運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)的基本運(yùn)動(dòng)學(xué) 流入頻道 流體運(yùn)動(dòng) 渦流 爬行 摩擦力 縱向振動(dòng) 滑動(dòng) 摩擦力 橫向振動(dòng) 奔跑 動(dòng)能的損失 振動(dòng)性多連桿的運(yùn)動(dòng)擺動(dòng) 跳躍 動(dòng)能的損失 振動(dòng)性多連桿的運(yùn)動(dòng)擺動(dòng) 行走 引力 多邊形的滾動(dòng)（見圖2.2） 圖2.1 在生物系統(tǒng)中使用的運(yùn)動(dòng)的機(jī)制。 由于這些限制，移動(dòng)機(jī)器人通常使用輪式機(jī)制，一個(gè)公知的人類技術(shù)用于車輛，或者使用少量的關(guān)節(jié)的腿，最簡單的生物途徑運(yùn)動(dòng)（見圖2.2）。 圖2.2 人行走 在一般情況下，腿式移動(dòng)需要更高的自由度，并因此更大機(jī)械復(fù)雜性比輪式運(yùn)動(dòng)。車輪，除了是簡單的，是極其適合最平坦的地面。如圖2.3描繪，在平坦的表面輪式運(yùn)動(dòng)是要比腿式移動(dòng)更有效的一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。這條鐵路是理想專為輪式運(yùn)動(dòng)，因?yàn)闈L動(dòng)摩擦最小化的硬和扁鋼的表面。但隨著表面變得柔軟，輪式運(yùn)動(dòng)積累，由于滾動(dòng)摩擦的低效率而腿患有運(yùn)動(dòng)少得多。因?yàn)樗鼉H由與地面點(diǎn)接觸。這表現(xiàn)在圖2.3效率在軟土地基于輪胎的情況下是很大的消耗。 圖2.3 具體功率與各種運(yùn)動(dòng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的速度 圖2.4 混合輪腿車輛崎嶇地形 實(shí)際上，輪式運(yùn)動(dòng)的效率在很大程度上取決于環(huán)境質(zhì)量，尤其是平面度和地面的硬度，同時(shí)腿式移動(dòng)的效率取決于腿部質(zhì)量和體重，這兩者的機(jī)器人必須在一個(gè)不同點(diǎn)支持足步態(tài)。這是可以理解的，自然有利于腿運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樵谧匀唤邕\(yùn)動(dòng)系統(tǒng)必須在粗糙化和非結(jié)構(gòu)化的地形操作。例如，在昆蟲在森林的情況下在地面高度的垂直變化常常是數(shù)量級(jí)比昆蟲的總高度大一個(gè)數(shù)量級(jí)。由于同樣的原因，人的環(huán)境，往往由工程改造，光滑的表面，在室內(nèi)和室外。因此，這也是可以理解的，幾乎移動(dòng)機(jī)器人的所有工業(yè)應(yīng)用中使用某種形式的輪式運(yùn)動(dòng)的。最近，更自然的室外環(huán)境中，出現(xiàn)了對(duì)混合動(dòng)力和腿的工業(yè)機(jī)器人的一些進(jìn)展，如在圖2.4所示的林業(yè)機(jī)器人。在第2.1.1節(jié)中，我們提出了涉及所有形式的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的一般考慮。在此之后，在部分2.2和2.3中，我們提出腿式移動(dòng)并移動(dòng)機(jī)器人輪式運(yùn)動(dòng)技術(shù)的概述。 2.1.1 運(yùn)動(dòng)的主要問題 運(yùn)動(dòng)是操縱的補(bǔ)碼。在操作中，機(jī)器人臂是固定的，但在工作區(qū)中通過賦予力以將它們移動(dòng)物體。在運(yùn)動(dòng)中，環(huán)境是固定的，所述機(jī)器人通過賦予力對(duì)環(huán)境移動(dòng)。在這兩種情況下，科學(xué)依據(jù)是，產(chǎn)生相互作用力實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)特性執(zhí)行機(jī)構(gòu)，和機(jī)制的研究。運(yùn)動(dòng)和操縱從而分享穩(wěn)定，接觸特性和環(huán)保型相同的核心問題： ?穩(wěn)定性 - 數(shù)量和接觸點(diǎn)幾何 - 重心 - 靜態(tài)/動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 - 地形傾斜 ?聯(lián)系的特點(diǎn) - 接觸點(diǎn)/通道的大小和形狀 - 接觸角 - 摩擦 ?環(huán)境類型 - 結(jié)構(gòu)體 - 介質(zhì)（例如水，空氣，軟或硬地面） 運(yùn)動(dòng)的理論分析，首先是機(jī)械與物理研究所。從這個(gè)出發(fā)點(diǎn)，我們就可以正式定義和分析移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的所有方式。然而，這本書的重點(diǎn)是移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航問題，特別是強(qiáng)調(diào)感知，定位和認(rèn)知。因此，我們不會(huì)深入到運(yùn)動(dòng)的物理基礎(chǔ)。然而，在這一章的腿運(yùn)動(dòng)[33]和輪式運(yùn)動(dòng)問題概述目前剩下的兩個(gè)部分。然后，第3章介紹運(yùn)動(dòng)學(xué)和輪式移動(dòng)機(jī)器人的控制的更詳細(xì)的分析。 2.2 腿移動(dòng)機(jī)器人 腿式移動(dòng)的特征在于一系列機(jī)器人和地面之間點(diǎn)接觸。關(guān)鍵優(yōu)勢包括在崎嶇地形的適應(yīng)性和可操作性。因?yàn)橹挥幸唤M點(diǎn)接觸是必需的，這些點(diǎn)之間的接地的質(zhì)量并不重要，只要該機(jī)器人能維持足夠的離地間隙。此外，行走機(jī)器人能夠跨過一個(gè)孔或中斷區(qū)，只要其范圍超過孔的寬度。腿式移動(dòng)的最后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是操縱在環(huán)境中的對(duì)象以高超的技巧的潛力。一個(gè)很好的例子蟲，甲蟲，能夠滾動(dòng)球。 腿式移動(dòng)的主要缺點(diǎn)包括電力和機(jī)械復(fù)雜性。腿，其可包括若干個(gè)自由度，必須能承受機(jī)器人的總重量的一部分，并且在許多的機(jī)器人必須能夠升降的機(jī)器人。此外，高機(jī)動(dòng)性將僅在腿有足夠數(shù)量的自由度，以賦予力在許多不同的方向來實(shí)現(xiàn)。 圖2.5 各種動(dòng)物的腿的布置。 2.2.1 腿配置和穩(wěn)定性 由于腿的機(jī)器人仿生，這是有益的生物研究成功腿系統(tǒng)。許多不同的腿配置已經(jīng)成功應(yīng)用在多種生物體（圖2.5）。大型動(dòng)物，如哺乳動(dòng)物和爬行動(dòng)物，有四條腿，而昆蟲有六個(gè)或更多個(gè)腿。在一些哺乳動(dòng)物，走在只有兩條腿的能力已經(jīng)完善。特別是在人類的情況下，平衡已經(jīng)進(jìn)展到，我們甚至可以用一條腿1跳點(diǎn)。這個(gè)特殊的可操作性是有代價(jià)的：更加復(fù)雜的主動(dòng)控制，以保持平衡。 與此相反，用三條腿的生物可呈現(xiàn)姿勢提供了一種靜態(tài)的，穩(wěn)定的，它可以確保其重心是地面接觸的三腳架之內(nèi)。靜態(tài)穩(wěn)定性，由一個(gè)三條腿的凳子證明，這意味著保持平衡，無需運(yùn)動(dòng)。從穩(wěn)定性（例如，輕輕推凳）小偏差被動(dòng)地朝著穩(wěn)定的姿勢時(shí)，鐓粗力停止修正。 但一個(gè)機(jī)器人必須能夠舉起它的腿實(shí)現(xiàn)行走。為了實(shí)現(xiàn)靜態(tài)行走，機(jī)器人必須至少有六條腿。在這樣的結(jié)構(gòu)，有可能設(shè)計(jì)一個(gè)步態(tài)，其中腿的靜態(tài)穩(wěn)定三角架是在任何時(shí)候（圖2.8）與地面接觸。 昆蟲和蜘蛛都能夠立即出生的時(shí)候走路。對(duì)于他們來說，問題行走過程中的平衡也比較簡單。哺乳動(dòng)物，有四條腿，無法實(shí)現(xiàn)靜態(tài)走路，但能夠在四條腿站立容易。例如，花幾分鐘的時(shí)間試圖站在他們能夠做到這一點(diǎn)之前，再花幾個(gè)多分鐘的學(xué)習(xí)而不墜走路。人類，用兩條腿走路，甚至不能站在一個(gè)地方靜態(tài)穩(wěn)定性。嬰兒需要幾個(gè)月站立和行走，甚至更長的時(shí)間來學(xué)習(xí)跳，跑，并單腿站立。 圖2.6 腿與三個(gè)自由度的兩個(gè)例子。 這里也有各個(gè)腿的復(fù)雜花樣繁多的潛力。再次，生物世界提供了兩個(gè)極端的例子。例如，在履帶的情況下，每條腿用液壓由收縮的體腔并迫使在壓力上升延伸，每個(gè)腿由減輕的油壓，然后激活單個(gè)拉伸肌肉，拉縱向縮回腿朝向身體。每個(gè)腿具有唯一的自由，其沿著腿縱向定向的單個(gè)程度。向前運(yùn)動(dòng)取決于在體內(nèi)，延伸對(duì)腿之間的距離的油壓。毛毛蟲的腿因此機(jī)械很簡單，用外在肌肉的最小數(shù)量來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的整體運(yùn)動(dòng)。 在另一個(gè)極端，人腿具有多于七個(gè)主要自由度，與腳趾進(jìn)一步致動(dòng)相結(jié)合。超過十五肌肉組織驅(qū)動(dòng)8復(fù)雜的關(guān)節(jié)。 在腿式移動(dòng)機(jī)器人的情況下，最低的兩個(gè)自由度通常是由抬起腿向前擺動(dòng)它向前移動(dòng)腿必需的。更常見的是在加入更多的復(fù)雜機(jī)動(dòng)第三自由度，造成腿諸如圖2.6中所示的。在創(chuàng)建雙足行走機(jī)器人最近取得的成功已在踝關(guān)節(jié)更多自由的第四個(gè)自由度。腳踝使得通過致動(dòng)腳的鞋底的姿勢更一致的地面接觸。 在一般情況下，加入自由度的機(jī)器人腿增加了機(jī)器人的可操作性，既充實(shí)的地形上，它可以行駛的范圍，所述機(jī)器人具有多種步態(tài)的行進(jìn)的能力。附加關(guān)節(jié)和執(zhí)行器的主要缺點(diǎn)，當(dāng)然是，能量，控制和質(zhì)量。額外執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要能量和控制，并且它們也增加了腿質(zhì)量，進(jìn)一步增加了對(duì)現(xiàn)有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率和負(fù)荷的要求。 圖2.7 二步法有四條腿 由于這種機(jī)器人有少于六條腿，靜態(tài)走路一般是不可能。 在機(jī)器人移動(dòng)的情況下，存在對(duì)運(yùn)動(dòng)腿協(xié)調(diào)，或步態(tài)控制的問題。步態(tài)的數(shù)量可能取決于腿的數(shù)目。腿式移動(dòng)機(jī)器人，可能發(fā)生的事件的一個(gè)步行機(jī)的總數(shù)為 一個(gè)兩足步行器腿，可能發(fā)生的事件的數(shù)量是 六個(gè)不同的事件是 1.抬起右腿; 2.抬起左腿; 3.釋放右腿; 4.釋放左腿; 5.抬起雙腿在一起; 6.釋放雙腿在一起。 當(dāng)然，這種快速增長相當(dāng)大。例如，具有六個(gè)腿機(jī)器人具有更 步態(tài)理論上： 圖2.7和2.8描繪幾個(gè)四條腿的步態(tài)和靜態(tài)六條腿的三角步態(tài)。 2.2.2 腿機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的例子 目前雖然沒有大批量工業(yè)應(yīng)用，但腿式移動(dòng)是長期研究的重要領(lǐng)域。一些有趣的設(shè)計(jì)介紹如下，以獨(dú)腿機(jī)器人開始和六條腿的機(jī)器人完成。對(duì)于登山和步行機(jī)器人的一個(gè)很好的概述，請(qǐng)參閱http://www.uwe.ac.uk/clawar/。 2.2.2.1 一條腿 腿式機(jī)器人可具有腿的最小數(shù)目。最小化腿的數(shù)目為幾個(gè)原因是有益的。體重是尤為重要。行走機(jī)器，單腿減少腿部累積的質(zhì)量。當(dāng)機(jī)器人具有多個(gè)腿腿協(xié)調(diào)是必需的，但有一個(gè)腿不需要這種協(xié)調(diào)?；蛟S最重要的是，一腿式機(jī)器人最大化腿式移動(dòng)的基本優(yōu)點(diǎn)：腿有代替整個(gè)軌道的與地面接觸的單點(diǎn)。單足機(jī)器人只需要一個(gè)觸點(diǎn)，使它適合于最惡劣的地形。此外，跳躍機(jī)器人可以動(dòng)態(tài)地穿過缺口比通過采取運(yùn)行開始它的步幅較大，而步行機(jī)器人由于其覆蓋面大不能運(yùn)行僅限于交叉差距。 創(chuàng)建一個(gè)單一的腿機(jī)器人的主要挑戰(zhàn)是平衡。用于與一個(gè)機(jī)器人腿，靜態(tài)走路不僅是不可能的，但是靜態(tài)穩(wěn)定靜止時(shí)也不可能。機(jī)器人必須由改變其重心或通過賦予矯正力主動(dòng)均衡本身。因此，成功的單腿式機(jī)器人必須是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。 圖2.8 靜態(tài)行走六腿 圖2.9示出了Raibert料斗[28，124]中，最廣為人知的單一腿跳躍機(jī)器人。該機(jī)器人通過相對(duì)于所述主體調(diào)整腿角度使得連續(xù)修正車體姿態(tài)和機(jī)器人速度。驅(qū)動(dòng)是液壓，包括姿態(tài)中的腿的高功率縱向延伸到跳回到空氣中。雖然強(qiáng)大，這些致動(dòng)器需要大，離板液壓泵在任何時(shí)候都可以連接到機(jī)器人。 圖2.10示出了最近[46]開發(fā)了一種更節(jié)能的設(shè)計(jì)。 代替通過一個(gè)非車載液壓泵裝置供給電力的，弓腿料斗是設(shè)計(jì)為捕獲所述機(jī)器人的動(dòng)能作為它的土地，使用高效的弓形彈簧腿。此彈簧返回的能量的大約85％，這意味著穩(wěn)定跳頻僅需要在每一跳中加入所需的能量的15％。這種機(jī)器人，它是由一個(gè)懸臂沿一個(gè)軸的限制，已經(jīng)證明連續(xù)跳頻用于使用一組在船上承載的機(jī)器人電池20分鐘。作為與Raibert料斗，弓腿料斗控制通過在髖關(guān)節(jié)改變腿的角度，身體的速度。 圖2.9 Raibert料斗[28，124]。 圖2.10 二維單弓腿斗 圖2.11 索尼SDR-4X II機(jī)器人 林格羅塞的論證力學(xué)中非常重要的兩重性和適用于單足跳機(jī)的控制。經(jīng)常巧妙的機(jī)械設(shè)計(jì)可以作為復(fù)雜的有源控制電路執(zhí)行相同的操作。在該機(jī)器人中，腳的物理形狀是完全正確的曲線，這樣，當(dāng)沒有被完全垂直的機(jī)器人的土地中，從沖擊提供適當(dāng)?shù)某C正力，使機(jī)器人由下一個(gè)著陸垂直。該機(jī)器人是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的，并且還被動(dòng)。校正由機(jī)器人及其環(huán)境之間的物理相互作用提供，沒有計(jì)算機(jī)或在循環(huán)中的任何主動(dòng)控制。 2.2.2.2 兩條腿（雙足） 在過去的十年各種成功的雙足機(jī)器人已被證明。兩足機(jī)器人已經(jīng)被證明跑，跳，行走上下樓梯，甚至做空中技巧，如翻跟頭。在商業(yè)領(lǐng)域，本田和索尼公司都取得了那些啟用了精干的雙足機(jī)器人在過去十年顯著的進(jìn)步。兩家公司設(shè)計(jì)的小型，供電接頭是實(shí)現(xiàn)電力 - 重量性能聞所未聞的，在市售的伺服電機(jī)。這些新的“智能”舵機(jī)采用力矩傳感和閉環(huán)控制方式不僅提供了強(qiáng)有力的激勵(lì)，也兼容驅(qū)動(dòng)。 圖2.12 日本的人形機(jī)器人P2 索尼夢機(jī)器人，型號(hào)SDR-4X II，見圖2.11。該電流模式是在1997年開始與移動(dòng)娛樂和通信娛樂（即，跳舞和唱歌）的基本目標(biāo)研究的結(jié)果。這種機(jī)器人38自由度有七個(gè)麥克風(fēng)聲音的精細(xì)定位，基于圖像人識(shí)別，板上微型立體聲深度圖重建，和有限的語音識(shí)別。給的流體和娛樂運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，索尼花了考慮，能夠努力設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)動(dòng)原型應(yīng)用系統(tǒng)，以使他們的工程師編寫腳本以直接的方式跳舞。注意，SDR-4X II是比較小的，站立高度58厘米，體重只有6.5公斤。 本田人形項(xiàng)目有顯著的歷史，但同樣，先后攻克了很動(dòng)的重要的工程挑戰(zhàn)。圖2.12示出了模型的P2，這是一個(gè)前任到最近的Asimo機(jī)器人模型（創(chuàng)新先進(jìn)步流動(dòng)性）。從這張照片的本田人形比大得多注意SDR-4X在120厘米高和重52公斤。這使得在樓梯和暗礁的人類世界的實(shí)際流動(dòng)性，同時(shí)保持一個(gè)沒有威脅的大小和姿勢。也許第一次機(jī)器人展示著名仿生雙足爬樓梯降，這些人形本田系列機(jī)器人被設(shè)計(jì)不是為了娛樂的目的，但在整個(gè)社會(huì)中的人類輔助工具。本田指，例如，以阿西莫的高度為最小高度使其能夠仍然管理人類世界的操作中，例如，光開關(guān)的控制。 圖2.13 人形機(jī)器人WABIAN-R III 雙足機(jī)器人的一個(gè)重要特征是它們的擬人化的形狀。它們可建為具有相同的近似尺寸為人類，這使得它們優(yōu)良的車輛在人機(jī)交互研究。 WABIAN是在早稻田大學(xué)日本（圖2.13）建為這樣的研究[75]的機(jī)器人。 WABIAN旨在模擬人體運(yùn)動(dòng)，而且甚至還設(shè)計(jì)跳舞像一個(gè)人。 雙足機(jī)器人只能在一定的限度之內(nèi)靜態(tài)穩(wěn)定，因此機(jī)器人，如P2和一般WABIAN必須即使進(jìn)行連續(xù)的平衡校正伺服。此外，每條腿必須有足夠的容量來支持的全部重量的機(jī)器人。在四足機(jī)器人的情況下，平衡的問題是伴隨著促進(jìn)各腿的負(fù)載要求。一個(gè)雙足機(jī)器人的一個(gè)優(yōu)雅的設(shè)計(jì)是麻省理工學(xué)院（圖2.14）的春季火烈鳥。這個(gè)機(jī)器人插入彈簧串聯(lián)腿執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)了更有彈性的步態(tài)。與限制膝關(guān)節(jié)角度“膝蓋”相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了火烈鳥仿生出奇運(yùn)動(dòng)。 2.2.2.3 四條腿（四足動(dòng)物） 圖2.14 麻省理工學(xué)院火烈鳥 雖然仍站在四條腿是被動(dòng)的穩(wěn)定，走路仍然具有挑戰(zhàn)性因?yàn)橐３址€(wěn)定重心機(jī)器人的中心必須步態(tài)過程中積極轉(zhuǎn)變。索尼公司最近投資數(shù)百萬美元開發(fā)了一個(gè)名為AIBO（圖2.15），四條腿的機(jī)器人。為了創(chuàng)建這種機(jī)器人，索尼產(chǎn)生兩個(gè)新的機(jī)器人操作系統(tǒng)是近實(shí)時(shí)和新齒輪伺服電動(dòng)機(jī)是足夠高的轉(zhuǎn)矩，以支持該機(jī)器人中，用于安全尚未回驅(qū)動(dòng)。除了開發(fā)定制的電機(jī)和軟件，索尼成立的彩色視覺系統(tǒng)，使AIBO追逐光亮的彩球。該機(jī)器人能夠需要再充電之前為最多一小時(shí)運(yùn)行。機(jī)器人的早期銷售一直非常強(qiáng)勁，第一年銷量超過60000臺(tái)。然而，電機(jī)的數(shù)量，這種機(jī)器狗背后的技術(shù)投資產(chǎn)生了非常高的價(jià)格大約為$ 1500。 四足機(jī)器人在作為有效的有潛力研究對(duì)象進(jìn)行人類與機(jī)器人互動(dòng)（圖2.16）。人類可以治療索尼機(jī)器人，例如，作為寵物，并可能發(fā)展人與狗之間類似情緒的關(guān)系。此外，索尼AIBO設(shè)計(jì)的行走方式和一般的行為模仿學(xué)習(xí)和成熟，從而隨著時(shí)間的推移是誰可以跟蹤變化的行為，車主更有趣的動(dòng)態(tài)行為。作為高能量儲(chǔ)存和馬達(dá)技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)是解決了，它很可能是四足機(jī)器人比AIBO更有能力在很大程度上將整個(gè)人類環(huán)境變得很普遍。 2.2.2.4 六條腿（昆蟲） 六足結(jié)構(gòu)已經(jīng)在移動(dòng)機(jī)器人非常流行，因?yàn)椴叫衅陂g它們的靜態(tài)穩(wěn)定性，從而降低了控制的復(fù)雜性（圖2.17和1.3）。 在大多數(shù)情況下，每個(gè)腿具有三個(gè)自由度，包括髖關(guān)節(jié)屈曲，膝屈曲，和髖部外展（見圖2.6）。成吉思汗是具有六個(gè)腿，每一個(gè)都具有兩個(gè)自由度由嗜好伺服提供（圖2.18）市售嗜好機(jī)器人。這樣的機(jī)器人，它僅包括髖關(guān)節(jié)屈曲及髖關(guān)節(jié)外展，在崎嶇的地形較少的可操作性，但在平地上表現(xiàn)相當(dāng)好。因?yàn)樗怯伤欧妱?dòng)機(jī)和直腿的一個(gè)簡單的安排，這種機(jī)器人可以容易地由機(jī)器人愛好者建造。 圖2.15 機(jī)器狗 圖2.16 東京工業(yè)大學(xué)開發(fā)的四足機(jī)器人 產(chǎn)品規(guī)格： 最大速度：0.5米/秒 重量：16千克 身高：0.3米 長度：0.7米 腿數(shù)：6 自由度總數(shù)：6×3 消耗功率：10瓦 圖2.17 德國卡爾斯魯厄大學(xué)開發(fā)的六足平臺(tái)。 圖2.18 麻省理工學(xué)院最有名的步行機(jī)器人 采用伺服電機(jī)的愛好作為其執(zhí)行機(jī)構(gòu)（http://www.ai.mit.edu/projects/genghis）。這是從上面的例子清楚地表明腿的機(jī)器人有很大的進(jìn)步，使之前，他們對(duì)自己的生物等效競爭力。然而，顯著增益最近已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，這主要是由于在馬達(dá)設(shè)計(jì)的進(jìn)步。創(chuàng)建該接近動(dòng)物的肌肉的效率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從仍遠(yuǎn)到達(dá)機(jī)器人一樣，儲(chǔ)能與有機(jī)生命中發(fā)現(xiàn)的能量密度形式 2.3 輪式移動(dòng)機(jī)器人 車輪已經(jīng)是移動(dòng)機(jī)器人和一般人造車最流行的運(yùn)動(dòng)機(jī)制。它可以達(dá)到很好的效率，如圖2.3論證，并以相對(duì)簡單的機(jī)械實(shí)現(xiàn)這樣做。 此外，平衡不是通常在輪式機(jī)器人設(shè)計(jì)研究的問題，因?yàn)檩喪綑C(jī)器人幾乎總是設(shè)計(jì)成使得所有的車輪在任何時(shí)候都接觸地面。于是，三個(gè)輪子足以保證穩(wěn)定的平衡，但正如我們將在下面看到，兩個(gè)輪子的機(jī)器人也能保持穩(wěn)定。當(dāng)使用三個(gè)以上的車輪，需要懸掛系統(tǒng)，以允許所有車輪當(dāng)機(jī)器人遇到不平地形保持接觸地面。從而不必?fù)?dān)心平衡，輪式機(jī)器人的研究往往側(cè)重于牽引力和穩(wěn)定性，可操作性和控制的問題：可以在機(jī)器人輪子的機(jī)器人，以覆蓋所有需要的地形提供足夠的牽引力和穩(wěn)定性，并且做機(jī)器人的輪子配置允許通過機(jī)器人的速度足以控制？ 圖2.19 四種基本的車輪類型 （a）標(biāo)準(zhǔn)輪：兩個(gè)自由度的;周圍的旋轉(zhuǎn)（電動(dòng)化）輪軸和接觸點(diǎn)。 （b）腳輪：兩個(gè)自由度;圍繞旋轉(zhuǎn)膠印轉(zhuǎn)向節(jié)。 （c）瑞典輪：三個(gè)自由度;周圍的旋轉(zhuǎn)（電動(dòng)）輪軸，繞輥?zhàn)?，和周圍的接觸點(diǎn)。 （d）球或球形輪：實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的困難。 2.3.1 輪式運(yùn)動(dòng)：設(shè)計(jì)空間 正如我們看到的，有當(dāng)一個(gè)人認(rèn)為的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)可能的技術(shù)可能車輪的配置非常大的空間。我們首先討論了詳細(xì)的車輪，因?yàn)橛性S多不同類型的車輪與特定的長處和短處。然后，我們研究完整的車輪配置，可提供運(yùn)動(dòng)的特殊形式的移動(dòng)機(jī)器人。 2.3.1.1 輪轂設(shè)計(jì) 共有四種主要輪類如圖2.19。他們有很大的不同其 運(yùn)動(dòng)學(xué)，因此車輪類型的選擇對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的整體運(yùn)動(dòng)有很大影響。標(biāo)準(zhǔn)輪和腳輪有旋轉(zhuǎn)的主軸，因而高度定向。以在不同的方向上移動(dòng)時(shí)，車輪必須首先沿一垂直軸線轉(zhuǎn)向。這兩個(gè)輪之間的關(guān)鍵區(qū)別在于，標(biāo)準(zhǔn)輪可完成無副作用該轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，作為旋轉(zhuǎn)的中心穿過與地面接觸印痕，而腳輪圍繞偏移軸線旋轉(zhuǎn)，造成的力轉(zhuǎn)向期間賦予給機(jī)器人底盤。 圖2.20 汽車上的輪轂 瑞典輪和球形輪是較少受方向性比常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)輪約束兩種設(shè)計(jì)。瑞典輪用作正常輪，但是，有時(shí)在中間角度提供在另一個(gè)方向低電阻，以及，有時(shí)在垂直于常規(guī)的方向，如在瑞典90，如在瑞典45繞輪的圓周附小滾筒被動(dòng)和車輪的主軸線作為唯一積極供電接頭。這種設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是，雖然車輪旋轉(zhuǎn)僅沿一個(gè)主軸線供電（通過軸），該輪可運(yùn)動(dòng)地用很少的摩擦移動(dòng)沿著許多可能的軌跡，不只是前進(jìn)和后退。 球形輪是一個(gè)真正的全向車輪，常常設(shè)計(jì)成使得它可以是積極動(dòng)力沿任意方向旋轉(zhuǎn)。用于實(shí)現(xiàn)該球面設(shè)計(jì)一種機(jī)制仿計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)，提供積極驅(qū)動(dòng)輥即靠在球體的頂部表面并賦予旋轉(zhuǎn)力。 不管什么輪被使用，適用于所有地形環(huán)境和三個(gè)以上的輪子的機(jī)器人，懸浮系統(tǒng)通常需要保持與地面輪接觸。一對(duì)懸掛的最簡單的辦法是設(shè)計(jì)的靈活性入輪本身。例如，在使用腳輪一些四輪室內(nèi)機(jī)器人的情況下，制造商已應(yīng)用軟橡膠的可變形的輪胎到輪以創(chuàng)建原始懸浮液。當(dāng)然，這種限制的解決方案不能用在應(yīng)用程序的復(fù)雜的懸掛系統(tǒng)，其中，機(jī)器人需要為顯著非平坦地形更加動(dòng)態(tài)懸浮競爭。 2.3.1.2 輪幾何 輪類型的用于在移動(dòng)機(jī)器人的選擇強(qiáng)烈掛輪的選擇安排，或輪的幾何形狀。移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)者必須設(shè)計(jì)一個(gè)輪式機(jī)器人的機(jī)制時(shí)，同時(shí)考慮到這兩個(gè)問題。為什么輪式和輪幾何關(guān)系嗎？機(jī)器人的三個(gè)基本特性由這些選擇決定：機(jī)動(dòng)性，可控性，和穩(wěn)定性。 不同于汽車，這在很大程度上是專為一個(gè)高度標(biāo)準(zhǔn)化的環(huán)境（道路網(wǎng)絡(luò)），移動(dòng)機(jī)器人被設(shè)計(jì)用于在各種情況下的應(yīng)用程序。汽車都有著類似的輪結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵谧畲蠡目刹僮餍?，可控性和穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境設(shè)計(jì)的空間區(qū)域：鋪成的巷道。但是，存在的各種面對(duì)不同的移動(dòng)機(jī)器人，你將在移動(dòng)機(jī)器人的車輪配置看到極大各種環(huán)境中最大限度地提高這些性質(zhì)沒有單一的輪配置。事實(shí)上，很少使用的機(jī)器人汽車的車輪阿克曼配置，因?yàn)槠淇刹僮餍圆?，與專為道路系統(tǒng)（圖2.20）移動(dòng)機(jī)器人的除外。 表2.1給出了由輪的數(shù)量有序車輪配置的概述。 此表顯示特定車輪類型都選擇和機(jī)器人底盤上它們的幾何構(gòu)型。請(qǐng)注意，一些示出的配置是在移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用很少使用。例如，這兩個(gè)輪子的自行車裝置具有適度的可操作性和控制性差。就像一個(gè)單跳腿的機(jī)器，它永遠(yuǎn)停滯不前。然而，該表提供了大量的各種輪的配置，在移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)是可能的指示。 表2.1變異的數(shù)量是相當(dāng)大的。但是，也有重要的趨勢和分組，可以在理解的優(yōu)點(diǎn)和每個(gè)配置的缺點(diǎn)幫助。下面，我們確定我們前面已經(jīng)確定的三個(gè)問題方面有一些關(guān)鍵的權(quán)衡：穩(wěn)定性，可操作性，和可控性。 2.3.1.3穩(wěn)定性 出人意料的是，對(duì)于靜態(tài)穩(wěn)定性所需車輪的最小數(shù)量為兩個(gè)。兩輪差分驅(qū)動(dòng)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)穩(wěn)定性，如果質(zhì)量中心是輪軸的下方。 CYE是使用該輪配置（圖2.21）商用移動(dòng)機(jī)器人。然而，在一般情況下這樣的解決方案，需要車輪直徑的是不切實(shí)際的大。動(dòng)力學(xué)也能引起二輪車機(jī)器人求取地板與第三接觸點(diǎn)，例如，與從待機(jī)足夠高的電機(jī)轉(zhuǎn)矩。靜穩(wěn)定性需要至少三個(gè)輪子的，與重心必須包含由車輪的地面接觸點(diǎn)形成的三角形內(nèi)的附加警告。穩(wěn)定性可以通過添加更多的車輪得到進(jìn)一步改善，雖然曾經(jīng)接觸點(diǎn)的數(shù)目超過3，幾何性質(zhì)的超靜將需要某種形式的不平坦的地形靈活的懸架。 表2.1對(duì)于車輛軋車輪配置 #車輪排名 布局 描述 典型的例子 2 一方向盤在前方，在后一個(gè)牽引輪 自行車，摩托車 與大眾（COM）的軸下方的中間兩輪差分驅(qū)動(dòng) CYE個(gè)人機(jī)器人 3 接觸的第三點(diǎn)兩輪中心差分驅(qū)動(dòng) 游牧偵察員 在后方/前方兩個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的車輪，前/后1無動(dòng)力全向輪 許多室內(nèi)機(jī)器人， 包括EPFL機(jī)器人 皮格馬利翁和愛麗絲 兩個(gè)連接的牽引輪（差）的后方，1轉(zhuǎn)向自由輪在前面 比亞喬微型車 在后兩個(gè)自由輪，1轉(zhuǎn)向曳引輪在前面 海王星（卡內(nèi)基·梅隆 大學(xué)），英雄 - 1 安排在一個(gè)三角形的三個(gè)機(jī)動(dòng)瑞典或球形車輪;全向運(yùn)動(dòng)是可能的 斯坦福輪Tribolo EPFL，Palm Pilot掌上電腦機(jī)器人套件 （CMU） 三同步機(jī)動(dòng)和轉(zhuǎn)向車輪;方向是不可控的 “同步驅(qū)動(dòng)器” 丹寧MR2，佐治亞理工學(xué)院，I-B24機(jī)器人，游牧 200 2.3.1.4 機(jī)動(dòng)性 一些機(jī)器人全向的，這意味著它們可以在沿著接地平面的任何方向隨時(shí)走動(dòng)其垂直軸機(jī)器人的取向無關(guān)?？刹僮餍缘倪@個(gè)級(jí)別要求輪子可在不止一個(gè)方向上移動(dòng)，并且因此全向機(jī)器人通常采用被供電瑞典語或球形輪。一個(gè)很好的例子是天王星，如圖所示2.24。該機(jī)器人使用四個(gè)輪子瑞典旋轉(zhuǎn)，獨(dú)立和沒有約束的轉(zhuǎn)換。 圖2.21 市售的家用機(jī)器人 在一般情況下，與瑞典和球形輪機(jī)器人的離地間隙是比較有限由于構(gòu)成全向車輪的機(jī)械約束。一個(gè)有趣的最近溶液，同時(shí)解決該地面凈空問題全向?qū)Ш降膯栴}是四腳輪結(jié)構(gòu)，其中每一個(gè)腳輪積極轉(zhuǎn)向積極翻譯。在這種結(jié)構(gòu)中，機(jī)器人是真正的全向因?yàn)?，即使腳輪都垂直于行進(jìn)的所需方向朝向的方向，機(jī)器人可以仍然在所希望的方向上被操縱這些輪子運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榇怪陛S是從地面接觸路徑偏移，該轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。 在研究界，其他類移動(dòng)機(jī)器人很受歡迎因?yàn)閷?shí)現(xiàn)很高的可操作性，只有略劣于全向結(jié)構(gòu)。在這樣的機(jī)器人，在特定方向上的運(yùn)動(dòng)開始時(shí)可能需要的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。具有圓形底盤和在機(jī)器人的中心旋轉(zhuǎn)軸，這種機(jī)器人可以旋轉(zhuǎn)而不改變其地面足跡。最流行的這樣的機(jī)器人是兩輪差分驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，其中兩個(gè)輪子繞機(jī)器人的中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)?？捎糜诜€(wěn)定一個(gè)或兩個(gè)額外的接地接觸點(diǎn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用程序的細(xì)節(jié)。相較于上述配置，考慮轉(zhuǎn)向梯形配置。 通用汽車。這種車輛典型地具有一轉(zhuǎn)彎直徑比所述車大。另外，對(duì)于車輛側(cè)向移動(dòng)需要駐車操作方向包括反復(fù)修改前進(jìn)和后退。盡管如此，轉(zhuǎn)向梯形幾何一直在愛好機(jī)器人市場，一個(gè)機(jī)器人可以通過一個(gè)遙控賽車套件開始，增加感知和自主現(xiàn)行機(jī)制建設(shè)特別受歡迎。此外，阿克曼轉(zhuǎn)向的有限的可操作性有重要的優(yōu)勢：其方向性和轉(zhuǎn)向幾何它提供在高速轉(zhuǎn)彎非常良好的橫向穩(wěn)定性。 2.3.1.5 可控性 一般有可控性和可操作性之間的負(fù)相關(guān)性。 對(duì)于例如，全向設(shè)計(jì)，如四腳輪結(jié)構(gòu)需要顯著處理以期望的旋轉(zhuǎn)和平移速度轉(zhuǎn)換為單個(gè)車輪的命令。此外，這樣的全向設(shè)計(jì)通常有更大的自由度，在車輪。例如，瑞典輪有一組沿車輪周長自由輥。這些自由度引起滑移的累積，傾向于減少推算定位精度，并增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。 相比較少機(jī)動(dòng)性設(shè)計(jì)時(shí)控制裝置，用于旅行的特定方向的全向機(jī)器人也比較困難的，往往不太準(zhǔn)確。例如，阿克曼轉(zhuǎn)向車輛可通過鎖定轉(zhuǎn)向輪和駕駛驅(qū)動(dòng)輪直行簡單。在差驅(qū)動(dòng)車輛，附連到兩個(gè)車輪的兩個(gè)馬達(dá)必須沿完全相同的速度分布，其可以是具有挑戰(zhàn)性的車輪，馬達(dá)，和環(huán)境的差異之間考慮變化來驅(qū)動(dòng)。如天王星機(jī)器人，它具有四個(gè)瑞典輪子，這個(gè)問題就更加困難，因?yàn)槿克膫€(gè)車輪必須以完全相同的速度驅(qū)動(dòng)機(jī)器人在一個(gè)完美的直線行進(jìn)。 總之，就是同時(shí)最大限度地提高臺(tái)站沒有“理想的”驅(qū)動(dòng)器配置相容性，可操作性，和可控性。每一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用獨(dú)特的地方在機(jī)器人設(shè)計(jì)問題的限制，以及設(shè)計(jì)師的任務(wù)是可以從妥協(xié)的這個(gè)空間當(dāng)中選擇最相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器的配置。 2.3.2 輪式運(yùn)動(dòng)：案例研究 下面，我們描述四個(gè)特定車輪的配置，為了說明的具體上面討論到對(duì)于真實(shí)世界的活動(dòng)建移動(dòng)機(jī)器人的概念的應(yīng)用程序。 2.3.2.1 同步驅(qū)動(dòng)器 在同步驅(qū)動(dòng)器配置（圖2.22）是在室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用車輪的流行安排。這是一個(gè)非常有趣的配置，因?yàn)楸M管有三個(gè)驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向輪，只有兩個(gè)馬達(dá)總使用。所述一個(gè)平移電機(jī)設(shè)置所有三個(gè)輪子的速度一起，和所述一個(gè)轉(zhuǎn)向馬達(dá)旋轉(zhuǎn)全部車輪一起關(guān)于每個(gè)其個(gè)別豎直轉(zhuǎn)向軸。但請(qǐng)注意，在車輪正在轉(zhuǎn)向相對(duì)于所述機(jī)器人底盤，因此有重新取向所述機(jī)器人機(jī)架的沒有直接的方法。事實(shí)上，底盤取向不隨時(shí)間漂移由于輪胎打滑不均勻，造成旋轉(zhuǎn)推算定位誤差。 圖2.22 同步驅(qū)動(dòng)器 同步傳動(dòng)：機(jī)器人可以在任意方向上移動(dòng);然而，機(jī)箱的取向是不可控的。同步驅(qū)動(dòng)器是在無指向性的情況下尋求特別有利。只要每個(gè)豎直轉(zhuǎn)向軸與每個(gè)輪胎的接觸路徑對(duì)齊，機(jī)器人可以總是調(diào)整其車輪和沿一個(gè)新的軌跡移動(dòng)，而不改變它的尺打印。當(dāng)然，如果機(jī)器人底盤具有方向性和設(shè)計(jì)者打算目的地重定向底盤，然后同步傳動(dòng)當(dāng)與獨(dú)立旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，重視對(duì)輪底盤結(jié)合僅為合適的。商業(yè)研究機(jī)器人，如Nomadics150或RWI B21r已經(jīng)售出這種配置（圖1.12）。在航位推算而言，同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般優(yōu)于真正的全向定向配置，但不如差分驅(qū)動(dòng)和阿克曼轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這有兩個(gè)主要原因。首先，翻譯馬達(dá)通常驅(qū)動(dòng)用單個(gè)皮帶三個(gè)輪子。由于以濺和間隙中的傳動(dòng)系，每當(dāng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)嚙合，最接近輪開始最遠(yuǎn)車輪前轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致在機(jī)箱的取向的小的變化。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速其他更改，這些小角度的變化積累航位推算過程中創(chuàng)建的方向一個(gè)大錯(cuò)誤。第二，該移動(dòng)機(jī)器人具有在底盤的取向沒有直接控制。取決于底盤的方向，車輪推力可以是高度不對(duì)稱的，在一側(cè)的兩個(gè)輪子和單獨(dú)的第三輪，或?qū)ΨQ的，每邊一個(gè)輪子和一個(gè)輪直行或后面，如圖2所示。不對(duì)稱的情況下，導(dǎo)致多種時(shí)，可能發(fā)生輪胎打滑地面，再次引起機(jī)器人定位航位推算錯(cuò)誤的錯(cuò)誤。 圖2.23 球形的軸承和電機(jī) 2.3.2.2 全向驅(qū)動(dòng)器 正如我們將在3.4.2節(jié)后面看到的，全方位的運(yùn)動(dòng)是完整的機(jī)動(dòng)性極大的興趣。全向機(jī)器人能夠在任何方向上移動(dòng)（）在任何時(shí)候也完整約束（參見3.4.2節(jié)）。他們可以通過實(shí)現(xiàn)使用球形，蓖麻，或瑞典的車輪。這種機(jī)器人中完整的三個(gè)例子如下。 全方位運(yùn)動(dòng)三個(gè)球形車輪。全方位機(jī)器人在圖2.23示出基于三個(gè)球形輪，各由一個(gè)電機(jī)致動(dòng)。在此設(shè)計(jì)中，球形輪由三個(gè)接觸點(diǎn)，二經(jīng)球面軸承和一個(gè)由連接到馬達(dá)軸上的輪定暫停。這個(gè)概念提供了極好的操作性和設(shè)計(jì)簡單。然而，它僅限于平坦表面和小負(fù)荷，這是相當(dāng)困難的發(fā)現(xiàn)圓輪具有高摩擦系數(shù)。全方位運(yùn)動(dòng)有四個(gè)輪子。如圖2.24所示的全方位安排已成功應(yīng)用于多個(gè)研究機(jī)器人，包括卡內(nèi)基·梅隆天王星。該配置包括四個(gè)瑞典45度輪，分別由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。通過改變旋轉(zhuǎn)和相對(duì)的方向四個(gè)車輪的速度，該機(jī)器人可沿在平面任何軌跡和移動(dòng)，更令人印象深刻，可同時(shí)旋轉(zhuǎn)繞其垂直軸線。 圖2.24 卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人天王星 卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人天王星，全向機(jī)器人有四個(gè)供電瑞典45輪。例如，當(dāng)所有四個(gè)車輪旋轉(zhuǎn)“前進(jìn)”或“后退”的機(jī)器人的整體移動(dòng)以直線向前或向后，分別。然而，當(dāng)一個(gè)對(duì)角線對(duì)車輪的在同一方向上被旋轉(zhuǎn)，另一對(duì)角線對(duì)在相反方向上旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人橫向移動(dòng)。 這個(gè)瑞典車輪的四輪布置不是最小的控制方面電機(jī)。因?yàn)橹挥腥齻€(gè)自由度，在飛機(jī)上，可以建立使用三個(gè)瑞典90度輪三輪全向機(jī)器人底盤見表2.1。然而，如天王星現(xiàn)有例子已經(jīng)設(shè)計(jì)由于能力和穩(wěn)定性的考慮四個(gè)車輪一個(gè)應(yīng)用此種全方位的設(shè)計(jì)是特別適合的移動(dòng)操作。在這種情況下，理想的是降低的自由度，機(jī)械臂通過移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)底盤減少手臂質(zhì)量。如與人類，這將是理想的，如果基于可以在不大大影響操縱器尖端的位置全方向移動(dòng)，如天王星可以承受正是這樣的能力。 全方位運(yùn)動(dòng)有四個(gè)腳輪和八個(gè)馬達(dá)。為無指向另一解決方案是使用腳輪。這是從游牧技術(shù)游牧XR4000（圖2.25）來完成，給它良好的機(jī)動(dòng)性。不幸的是，游牧已停止生產(chǎn)移動(dòng)機(jī)器人。 上述三個(gè)實(shí)施例是從表2.1延伸，但是這不是一個(gè)詳細(xì)的列出所有輪式運(yùn)動(dòng)特性。結(jié)合了腿和輪式運(yùn)動(dòng)，或履帶式和輪式運(yùn)動(dòng)混合方法，還可以提供特別的優(yōu)勢。下面是專門的應(yīng)用程序創(chuàng)建了兩個(gè)獨(dú)特的設(shè)計(jì)。 圖2.25 游牧XR4000 從游牧技術(shù)游牧XR4000有四個(gè)腳輪為完整約束運(yùn)動(dòng)的安排。所有的腳輪被驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向，因此需要精確的同步和協(xié)調(diào)，以獲得精確的運(yùn)動(dòng)。 2.3.2.3 履帶打滑/滑行運(yùn)動(dòng) 在上面討論的車輪構(gòu)造中，我們已經(jīng)提出，車輪表面不允許打滑的假設(shè)。轉(zhuǎn)向的另一種形式，稱為空轉(zhuǎn)/滑行，也可以使用通過紡絲正面臨以不同的速度或在相反的方向相同的方向車輪重新定位的機(jī)械手。軍隊(duì)坦克操作這種方式，并且Nanokhod是基于相同的概念的移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)例子。 相比傳統(tǒng)輪式設(shè)計(jì)，機(jī)器人使胎面的使用具有大得多的地面接觸印痕，并且這可以顯著改善其在松散地形的機(jī)動(dòng)性。然而，由于這大的地面接觸印痕，改變所述機(jī)器人的取向通常需要打滑轉(zhuǎn)，其中，所述軌道的一個(gè)大的部分必須針對(duì)地形滑動(dòng)。 這樣的配置的缺點(diǎn)是聯(lián)接到空轉(zhuǎn)/滑行的轉(zhuǎn)向。因?yàn)榇罅康霓D(zhuǎn)彎時(shí)打滑的，機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)的正中心是很難預(yù)測和位置和方向的精確變化也受到取決于地面摩擦的變化。因此，這種機(jī)器人航位推算是非常不準(zhǔn)確的。這是權(quán)衡即以換取極其良好的可操作性和牽引在粗糙和松散的地形制成。此外，在使用上的高摩擦表面上的空轉(zhuǎn)/滑行的方法可以快速地克服電機(jī)的扭矩能力。在功率效率方面，這種做法在松散的地形相當(dāng)有效的，但非常低效的。