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1、第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构学习单元六机器人的行走机构机器人的行走机构第三章 机器人技术基础第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构行走机构是由驱动装置、传动机构、位置检测元件、传感器、电缆及管路等组成。一般而言,行走机器人的行走机构主要有:(1)车轮式行走机构 (2)履带式行走机构 (3)足式行走机构3.5 机器人的行走机构机器人的行走机构第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构1.移移动动机构的机构的形式形式如表3.2所示，机器人移动机构的设计往往来自自然界生物运动的启示。第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构运动方式运动学基本模型爬行纵向振动滑行横向振动奔跑
2、多极摆振荡运动 跳跃 多极摆振荡运动行走多边形滚动 表3-2 移动机构与自然界生物运动第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构2.移移动动机构的机构的选择选择 移动机构的选择通常基于以下原则：(1)轮式移动机构的效率最高，但其适应能力、通行能力相对较差。(2)履带机器人对于崎岖地形的适应能力较好，越障能力较强。(3)腿式的适应能力最强，但其效率一般不高。为了适应野外环境，室外移动机器人需要多采用履带式行动机构。第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构 (4)一些仿生机器人则是通过模仿某种生物的运动方式而采用相应的移动机构，如机器蛇采用蛇行式移动机构。(5)在软硬路面相间、平坦与崎岖地形
3、特征并存的复杂环境下，采用几何形状可变的履带式和复合式(包括轮-履式、轮-腿式、轮-履-腿式等)。图3-39 一种混合式移动机构第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构轮式行走机器人是机器人中应用最多的一种机器人,在相对平坦的地面上，用车轮移动方式行走是相当优越的。（1）车轮的形式车轮的形状或结构形式取决于地面的性质和车辆的承载能力。a 充气球轮 b 半球形轮 c 传统车轮 d 无缘轮1.车轮式行走机构图3-40 一种混合式移动机构第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构（2）车轮的配置和转向机构两后轮独立驱动 前轮驱动和转向 后轮差动前轮转向图3-41 3轮车轮的配置1.车轮式行走机
4、构实际应用的车轮式行走机构多为3轮和4轮。第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构（2）车轮的配置和转向机构a 后轮分散驱动 b 四轮同步转向机构图3-42 4轮车轮的配置1.车轮式行走机构第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构（3）越障轮式机构1.车轮式行走机构图3-43 三小轮式上下台阶的车轮机构第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构（3）越障轮式机构图3-44 多节车轮式结构1.车轮式行走机构第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构履带式行走机构适合于未加工的天然路面行走，它是轮式行走机构的拓展，履带本身起着给车轮连续铺路的作用。履带行走机构与轮式行走机构相比，有如下
5、特点：（1）支承面积大，接地比压小。适合于松软或泥泞场地进行作业，下陷度小，滚动阻力小。（2）越野机动性好，爬坡、越沟等性能均优于轮式行走机构（3）履带支承面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力；（4）结构复杂，重量大，运动惯性大，减振功能差，零件易损坏。.履带式行走机构履带式行走机构第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构.履带式行走机构履带式行走机构图3-45 履带式行走机器人第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构（1）履带行走机构的组成n履带、n驱动链轮n支承轮n托带轮n张紧轮.履带式行走机构履带式行走机构图3-46 履带式行走机构组成第第3 3章章 机器
6、人机械结构机器人机械结构（2）履带行走机构的形状.履带式行走机构履带式行走机构a 形状一b 形状二图3-47 履带行走机构的形状第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构（3）独特的履带行走机构1）形状可变履带行走机构 .履带式行走机构履带式行走机构图3-48 形状可变履带行走机构第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构2）位置可变履带行走机构 图3-49 位置可变履带行走机构.履带式行走机构履带式行走机构第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构3.足式行走机构足式行走机构特点l对崎岖路面具有很好的适应能力；l可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点；l足式运动方式还具有主动隔振能力；
7、l足式行走在不平地面和松软地面上的运动速度较高，能耗较少。第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构3.足式行走机构足式行走机构2-50 足式行走机构一2-51 足式行走机构二第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构（）足的数目（）足的数目双足和四足具有最好的适应性和灵活性，也最接近人类和动物。3.足式行走机构足式行走机构第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构（1）足的数目 单足跳跃机器人 双足机器人 三足机器人 四足机器人 六足机器人 3.足式行走机构足式行走机构图3-52 足数不同的机器人第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构表3-3 不同足数对行走能力的评价 足数 评价
8、指标 12345678保持稳定姿态的能力无无好最好最好最好最好最好静态稳定行走的能力无无无好最好最好最好最好高速静稳定行走能力无无无有好最好最好最好动态稳定行走的能力有有最好最好最好好好好用自由度数衡量的机械结构之简单性最好最好好好好有有有（1）足的数目3.足式行走机构足式行走机构第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构（）足的配置（）足的配置足的配置指足相对于机体的位置和方位的安排，这个问题对于多于两足时尤为重要。就二足而言，足的配置或者是一左一右，或者是一前一后。后一种配置因容易引起腿间的干涉而实际上很少用到。3.足式行走机构足式行走机构第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构（2）足的配置正向对称分布 前后向对称分布 图3-53 足的主平面的安排3.足式行走机构足式行走机构第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构哺乳动物形 爬行动物 昆虫形（）足的配置（）足的配置3.足式行走机构足式行走机构图3-54 足的几何构型第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构内侧相对弯曲 外侧相对弯曲 同侧弯曲 （）足的配置（）足的配置3.足式行走机构足式行走机构图3-55 足的相对方位第第3 3章章 机器人机械结构机器人机械结构（）足式行走机构的平衡和稳定性（）足式行走机构的平衡和稳定性l静态稳定的多足机l动态稳定的多足机3.足式行走机构足式行走机构