清淤机器人操作-方法、水下疏浚机器人

第一篇：清淤机器人操作-方法、水下疏浚机器人

地下管道清淤机器人（水下履带清淤机器人）

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城市地下排水管道一旦堵塞，需要进行清淤疏通作业。近年来，各地在疏通地下排水管道的作业中，发生过多起作业人员中毒伤亡的事故，给人民的生命财产造成了很大的损失。我国域市地下排水管道的清淤工作还普遍处于人工作业的落后状态，不仅体力繁重，效率低，恶劣环境雨污水管道已经运行多年，多处地段严重淤积和破损。“地下管道在路面下，看不着摸不到，其清淤和修补成了一大难题。”“地下管道经常堵塞渗漏，无法查明原因，更无计可施？”地下管网工程技术人员普遍担忧的老大难问题。被河北五星电力设备有限公司的地下管道清淤机器人（水下履带清淤机器人）轻松搞定。

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清淤工作时，河北五星电力设备有限公司的地下管道清淤机器人（水下履带清淤机器人）可以牵引吸污管，利用自身排污泵向后端输送泥沙，也可配合吸污车牵引其吸污管在水中进行清淤工作，以加大吸污量。清淤机器人进入涵洞，每前进100-150米更换一次观察井，即机器人只需开一个入口，便可持续在几公里的涵洞内连续工作。

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第二篇：水下机器人发展概述

水下机器人发展概述

1水下机器人发展背景

在浩瀚的宇宙中，有一个蔚蓝色的星球，那是人类赖以生存的地方——地球。地球的表面积为5.1亿平方公里，而海洋的面积为3.6亿平方公里。地球表面积的71%被海洋所覆盖。在烟波浩渺的海洋深处，蕴藏着什么样的宝藏？是否存在着智慧生命？海底生物是怎样生活的？海底的地形地貌又是什么样的？所有这一切都使海洋充满了神秘的色彩，也吸引了无数科学家、探险家为之探索。从远古时代起，人们就泛舟于海上。从19世纪起，人们开始利用各种手段对海洋进行探察。20世纪，水下机器人技术作为人类探索海洋的最重要的手段，受到了人们普遍的关注。进入21世纪，海洋作为人类尚未开发的处女地，已成为国际上战略竞争的焦点，因而也成为高技术研究的重要领域。毫不夸张地说，本世纪是人类进军海洋的世纪。人类关注海洋，是因为陆上的资源有限，海洋中却蕴藏着丰富的矿产资源、生物资源和能源。另一个重要原因是，占地球表面积49％的海洋是国际海底区域，该区域内的资源不属于任何国家，而属于全人类。但是如果哪一个国家有技术实力，就可以独享这部分资源。因此争夺国际海底资源也是一项造福子孙后代的伟大事业。水下机器人作为一种高技术手段，在海底这块人类未来最现实的可发展空间中起着至关重要的作用，发展水下机器人的意义是显而易见的。

２水下机器人的定义与分类

２．１水下机器人的定义与概述

水下机器人也称作无人水下潜水器（ｕｎｍａｎｎｅｄ ｕｎｄeｒｗａｔｅｒ ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ＵＵＶ），它并不是一个人们通常想象的具有类人形状的机器，而是一种可以在水下代替人完成某种任务的装置。在外形上更像一艘微小型潜艇，水下机器人的自身形态是依据水下工作要求来设计的。生活在陆地上的人类经过自然进化，诸多的自身形态特点是为了满足陆地运动、感知和作业要求，所以大多数陆地机器人在外观上都有类人化趋势，这是符合仿生学原理的。水下环境是属于鱼类的“天下”，人类身体的形态特点与鱼类相比则完全处于劣势，所以水下运载体的仿生大多体现在对鱼类的仿生上。目前水下机器人大部分是框架式和类似于潜艇的回转细长体，随着仿生技术的不断发展，仿鱼类形态甚至是运动方式的水下机器人将会不断发展。水下机器人工作在充满未知和挑战的海洋环境中，风、浪、流、深水压力等各种复杂的海洋环境对水下机器人的运动和控制干扰严重，使得水下机器人的通信和导航定位十分困难，这是与陆地机器人最大的不同，也是目前阻碍水下机器人发展的主要因素。

２．２水下机器人的分类

水下潜水器根据是否载人分为载人潜水器和无人潜 水器两类。载人潜水器由人工输入信号操控各种机动与 动作，由潜水员和科学家通过观察窗直接观察外部环境，其优点是由人工亲自做出各种核心决策，便于处理各种 复杂问题，但是人生命安全的危险性增大。由于载人需 要足够的耐压空间、可靠的生命安全保障和生命维持系 统，这将为潜水器带来体积庞大、系统复杂、造

价高昂、工作环境受限等不利因素。无人水下潜水器就是人们常说 的水下机器人，由于没有载人的限制，它更适合长时间、大范围和大深度的水下作业。无人潜水器按照与水面支持系统间联系方式的不同可以分为下面两类。

（１）有缆水下机器人，或者称作遥控水下机器人（ｒｅｍｏｔｅｌｙ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ，简称ＲＯＶ），ＲＯＶ需要由电缆 从母船接受动力，并且Ｒ０Ｖ不是完全自主的，它需要人 为的干预，人们通过电缆对Ｒ０Ｖ进行遥控操作，电缆对 ＲｏＶ像“脐带”对于胎儿一样至关重要，但是南于细长 的电缆悬在海中成为ＲＯＶ最脆弱的部分，大大限制了 机器人的活动范围和工作效率。

（２）无缆水下机器人，常称作自治水下机器人或智 能水下机器人（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｖｅｈｉｃｌｅ，简称 ＡＵＶ），ＡｕＶ自身拥有动力能源和智能控制系统，它能 够依靠自身的智能控制系统进行决策与控制，完成人们 赋予的工作使命。ＡｕＶ是新一代的水下机器人，由于 其在经济和军事应用上的远大前景，许多国家已经把智能水下机器人的研发提上日程。有缆水下机器人都是遥控式的，根据运动方式不同 可分为拖曳式、（海底）移动式和浮游（自航）式三种。无缆水下机器人都是自治式的，它能够依靠本身的自主决 策和控制能力高效率地完成预定任务，拥有广阔的应用前景，在一定程度上代表了目前水下机器人的发展趋势。

２．３自治水下机器人

自治水下机器人，又称智能水下机器人，是将人工智能、探测识别、信息融合、智能控制、系统集成等多方 面的技术集中应用于同一水下载体上，在没有人工实时控制的情况下，自主决策、控制完成复杂海洋环境中的 预定任务使命的机器人。俄罗斯科学家Ｂ．Ｃ．亚斯特列 鲍夫等人所著的《水下机器人》中指出第３代智能水下机器人是一种具有高度人工智能的系统，其特点是具有高度的学习能力和自主能力，能够学习并自主适应外界环境变化。执行任务过程中不需要人工干预，设定任务 使命给机器人后，由其自主决定行为方式和路径规划，军事领域中各种战术甚至战略任务都依靠其自主决策 来完成。智能水下机器人能够高效率地执行各种战略 战术任务，拥有广泛的应用空间，代表了水下机器人技术的发展方向。

3水下机器人的发展现状

3．1 国外水下机器人发展现状

国外水下机器人技术的发展，主要以美国、日本以及西方发达国家为代表，他们的发展技术几乎可以代表了全世界水下机器人技术的发展水平。著名的一些研究机构有美国麻省理工学院MIT Sea Grant’s AUV实验室、美国海军研究生院智能水下运载研究中心、美国伍慈侯海洋学院、美国佛罗里达大西洋高级海洋系统实验室、美国缅因州大学海洋系统工程实验室、美国夏威夷大学自动化系统实验室、日本东京大学机器人应用实验室、英国还是技术中心等。

美国是最先发展水下机器人的国家，他们掌握着水下机器人较高的技术水平。由美国海军研究生院的Phoenix AUV 和性能更优越的 Aries AUV ,主要用于研究智能控制、规划与导航、目标识别等技术;麻省理工学院的智能机器人 Odyssey II 主要用于海冰下的检测和标图;斯坦福大学的 OTTER 的研究目的是使其成为科学和工业界在开发海洋的一种常用工具;美国的新罕布什尔州自主水下系统研发所与俄罗斯远东科学院水下技术研究所联合开发出太阳能自主水下机器人 ,其计划的

最终目的是开发一艘具有超过一年续航力的太阳能自主水下机器人。美国麻省理工学院(MIT)的布鲁克斯(RodneyA.Brooks)模拟人类大脑物理结构的基于连接主义的反射性 ,以移动式机器人研究为背景 ,提出以一种依据行为来划分层次和构造模块的思路。它的特点基本与分层递阶体系相反。

日本凭借其在智能机器人先进技术的优势，在水下机器人方面也不甘落后，取得了突跃式的进步，并且成为这个领域的佼佼者。智能水下机器人是将人工智能、自动控制、模式识别、信息融合与理解、系统集成等技术应用于传统的载体上 ,在无人驾驶的情况下自主地完成复杂海洋环境中预定任务的机器人。日本对于无人有缆潜水器的研制比较重视，不仅有近期的研究项目，而且还有较大型的长远计划。目前，日本正在实施一项包括开发先进无人遥控潜水器的大型规划。这种无人有缆潜水器系统在遥控作业、声学影像、水下遥测全向推力器、海水传动系统、陶瓷应用技术水下航行定位和控制等方面都要有新的开拓与突破。这项工作的直接目标是有效地服务于200米以内水深的油气开采业，完全取代目前由潜水人员去完成的危险水下作业。

欧洲方面，根据欧洲尤里卡计划，英国、意大利将联合研制无人遥控潜水器。这种潜水器性能优良，能在6000米水深持续工作250小时，比现在正在使用的只能在水下4000米深度连续工作只有l2小时的潜水器性能优良的多。按照尤里卡EU-191计划还将建造两艘无人遥控潜水器，一艘为有缆式潜水器，主要用于水下检查维修；另一艘为无人无缆潜水器，主要用于水下测量。这项潜水工程计划将由英国；意大利、丹麦等国家的l7个机构参加。

法国方面，1980年法国国家海洋开发中心建造了“逆戟鲸”号无人无缆潜水器，最大潜深为6000米。1987年，法国国家海弹开发中心又与一家公司合作，共同建造“埃里特”声学遥控潜水器。用于水下钻井机检查、海底油机设备安装、油管辅设、锚缆加固等复杂作业。这种声学遥控潜水器的智能程度要比“逆戟鲸”号高许多。1688年，美国国防部的国防高级研究计划局与一家研究机构合作，投资2360万美元研制两艘无人无缆潜水器。1990年，无人无缆潜水器研制成功，定名为“UUV”号。这种潜水器重量为6.8吨，性能特别好，最大航速10节，能在44秒内由0加速到10节，当航速大于3节时，航行深度控制在土1米，导航精度约0.2节/小时，潜水器动力采用银锌电池。这些技术条件有助于高水平的深海研究。

3.2 国内水下机器人的发展现状

我国从上世纪70年代开始较大规模地开展潜水器研制工作,起步较其他发达国家晚了很多，但是在过去的几十年内，我国水下机器人技术的发展还是取得了很大的进步，并且取得了一些重要的成果。我国先后研制成功以援潜救生为主的7103 艇(有缆有人)、I型救生钟(有缆有人)、QSZ 单人常压潜水器(有缆有人)、8A4 水下机器人ROV(有缆无人)和军民两用的HR—01 ROV,RECON IV ROV 及CR-01A 6000m 水下机器人AUV(无人无缆)等, 使我国潜水器研制达到了国际先进水平。2011年7月26日上午，中国载人潜水器“蛟龙”号在第二次下潜试验中成功突破5000米水深大关，最大下潜深度达到5057米，创造了中国载人深潜新的历史，“蛟龙号”载人潜水器5000米深潜成功，意味着中国载人深潜水平已位居世界前列。标志着中国具备了到达全球70%以上海洋深处进行作业的能力，极大增强了中国科技工作者进军深海大洋、探索海洋奥秘的信心和决心。

4.水下机器人关键技术

4.1总体技术

水下机器人是一种技术密集性高、系统性强的工程，涉及到的专业学科多达几十种，各学科之间彼此互相牵制，单纯地追求单项技术指标，就会顾此失彼。解决这些矛盾除有很强的系统概念外，还需加强协调。在满足总体技术要求的前提下，各单项技术指标的确定要相互兼顾。为适应较大范围的航行，从流体动力学角度来看，水下机器人的外形采用低阻的流线型体。结构尽可能采用重量轻、浮力大、强度高、耐腐蚀、降噪的轻质复合材料。

4.2仿真技术

水下机器人工作在复杂的海洋环境中，由智能控制完成任务。由于工作区域的不可接近性，使得对真实硬件与软件体系的研究和测试比较困难。为此在水下机器人的方案设计阶段，要进行仿真技术研究，内容为两部分：

4.2.1平台运动仿真

按给定的技术指标和水下机器人的工作方式，设计机器人平台外形并进行流体动力试验，获得仿真用的水动力参数。在建立运动数学模型、确定边界条件后，用水动力参数和工况进行运动仿真，解算各种工况下平台的动态响应，根据技术指标评估平台的运动状态，如有差异,则通过调整平台尺寸、重心浮心等技术参数后再次仿真,„„,直至满足要求为止。

4.2.2控制硬、软件的仿真

在水中对控制系统的调试和检测具有很大的风险，因此有必要在控制硬、软件装入平台前，在实验室内先对单机性能进行检测，再对集成后的系统在仿真器上做陆地模拟仿真试验，并评估仿真后的性能。内容包括动密封、抗干扰、机电匹配、软件调试。根据结果，进行修改和完善。因而需研究和开发一套用于控制系统仿真的仿真器。仿真器主要由模拟平台、等效载荷、模拟通讯接口、仿真工作站等组成。在仿真器上对控制系统的仿真，可以减少湖海试时的调试工作量，避免由海中不确定因素带来的麻烦。

4.3水下目标探测与识别技术

目前，水下机器人用于水下目标探测与识别的设备仅限于合成孔径声纳、前视声纳和三维成像声纳等水声设备。

4.3.1合成孔径声纳

用时间换空间的方法、以小孔径获取大孔径声基阵的合成孔径声纳，非常适合尺度不大的水下机器人，可用于侦察、探测、高分辨率成像，大面积地形地貌测量等，为水下机器人提供一种性能很好的探测手段。

4.3.2前视声纳组成的自主探测系统

前视声纳的图像采集和处理系统，在水下计算机网络管理下自主采集和识别目标图像信息，实现对目标的跟踪和对水下机器人的引导。可以通过实验，找出用于水下目标图像特征提取和匹配的方法，建立数个目标数据库，在目标图像像素点较少的情况下，较好的解决数个目标的分类和识别。系统对目标的探测结果，能提供目标与机器人的距离和方位，为水下机器人避碰与作业提供依据。

4.3.3三维成像声纳

用于水下目标的识别的三维成像声纳，是一个全数字化、可编程、具有灵活性和易修改的模块化系统。可以获得水下目标的形状信息，为水下目标识别提供了有利的工具。

4.4智能控制技术

智能控制技术是提高水下机器人的自主性，在复杂的海洋环境中完成各种任务，因此研究水下机器人控制系统的软件体系、硬件体系和控制技术十分重要。智能控制技术的体系结构是人工智能技术、各种控制技术在内的集成，相当于人的大脑和神经系统。软件体系是水下机器人总体集成和系统调度，直接影响智能水平，它涉及到基础模块的选取、模块之间的关系、数据（信息）与控制流、通讯接口协议、全局性信息资源的管理及总体调度机构。体系结构的目标与水下机器人的研究任务应是一致的，也是提高智能水平（自主性和适应性）的关键技术之一。不断改进和完善体系结构，加强对未来的预报预测能力，使系统更具有前瞻性和自主学习能力。

4.5规划与决策技术

规划与决策是指对自主式水下机器人在有海流区域工作时姿态和路径的规划与决策，主要确保水下机器人工作时艏向严格顶流。有两种路径规划方法，一种是坐标系旋转法，基本思想是将坐标系绕着Z轴旋转，直到X正半轴方向指向来流方向，在工作中保证机器人的姿态始终与X正半轴方向一致。另一种是基于栅格的位形空间激活值传播法。该方法能方便地实现各种优化条件，并适用于各种复杂的环境，具有较佳的控制生成路径能力和可扩展性，而且算法本身具有内在的并行性，很好地满足了机器人艏向尽量顶流的要求。

4.6水下导航(定位)技术

用于自主式水下机器人的导航系统有多种，如惯性导航系统、重力导航系统、海底地形导航系统、地磁场导航系统、引力导航系统、长基线、短基线和光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统等，由于价格和技术等原因，目前被普遍看好的是光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统，该系统无论从价格上、尺度上和精度上都能满足水下机器人的使用要求，国内外都在加大力度研制。

4.7通讯技术

为了有效的监测、传输数据﹑协调和回收等，水下机器人需要通讯。目前的通讯方式主要有光纤通讯、水声通讯。

4.7.1光纤通讯

由光端机（水面）﹑水下光端机﹑光缆组成。其优点是数据率高（100Mbit/s），很好的抗干扰能力。缺点，限制了水下机器人的工作距离和可操纵性，一般用于带缆的水下机器人TUV、ROV。

4.7.2水声通讯

由于声波在水中的哀减慢，对于需要中远距离通讯的水下机器人，水声通讯是唯一的、比较理想的一种方式。实现水声通讯最主要的障碍是随机多途干扰，要满足较大范围和高数据率传输要求，需解决多项技术难关。要达到实用程度，仍然有大量的工作要做。

4.8能源系统技术

水下机器人、特别是续航力大的自主航行水下机器人，需要具有体积小、重量轻、能量密度高、多次反复使用、安全和低成本的能源系统。

4.8.1热系统

热系统是将能源转换成水下机器人的热能和机械能，包括封闭式循环、化学和核系统。其中由化学反应（铅酸电池、银锌电池、锂电池）给水下机器人提供能源是现今一种比较实用的方法。

4.8.2电-化能源系统

质子交换膜燃料电池具有水下机器人的动力装置所需的性能。该电池的特点是能量密度大、高效产生电能，工作时热量少，能快速启动和关闭。该电池技术难点是合适的安静泵、气体管路布置、散热、固态电解液以及燃料和氧化剂的有效存储。21世纪燃料电池将极大地改变人们的生活和企业环境。随着生产成本、稳定性等课题得到解决，燃料电池可望成为水下机器人的主导性能源系统。

5水下机器人的发展趋势

纵观水下机器人的发展历史，无论是载人潜器还是ROV或AUV，都代表了一定历史时期潜水器技术发展的状况及市场的需求。现阶段水下机器人的发展趋势体现在以下几个方面：

(1)AUV代表了未来水下机器人研究的方向

当前在各类水下机器人研究中，AUV是一个热点，我们可以通过大量的国际会议了解到当前国际上水下机器人研究发展的这种趋势。另外，各国对AUV研究的投资也比其它类型机器人的投资要多得多。对AUV的研究范围比较广泛，既包括当前的应用研究也着眼于未来进行基础研究，从经济型到复杂型，有军用的也有民用的，几乎覆盖了AUV的各种类型。

事实上，AUV是一种非常适合于海底搜索、调查、识别和打捞作业的既经济又安全的工具。在军事上，AUV亦是一种有效的水中兵器。与载人潜水器相比较，它具有安全（无人）、结构简单、重量轻、尺寸小、造价低等优点。而与ROV相比，它具有活动范围大、潜水深度深、不怕电缆缠绕、可进入复杂结构中、不需要庞大水面支持、占用甲板面积小和成本低等优点。AUV代表了未来水下机器人技术的发展方向，是当前世界各国研究工作的热点。当前AUV的发展趋势为更深、更远、功能更强大，特别是未来海上作战等军事需求的增加，给AUV的发展带来了无限生机，也预示着AUV开始走向应用阶段。

更深——向深海发展

地球上97%的海洋深度在6000米以上，称之为深海。研制6000米的潜水器是许多国家的目标。美国、俄罗斯、法国、中国等都拥有自己的6000米级的AUV。尽管ROV和载人潜器也能达到这个深度，但发展AUV比其它潜器的造价要低得多，更经济。图7为我国第一台6000米自治水下机器人“CR-01”，它主要用于太平洋洋底多金属结核的调查。

更远——向远程发展

AUV的分类方法有几种，其中一种是按照航程的远近分为远程和近程两类。所谓远程是指AUV一次补充能源连续航行超过100海里以上，而小于100海里称为近程。远程AUV涉及的关键技术包括能源技术、远程导航技术和实时通信技术。因此，许多研究机构都在开展上述关键技术的研究工作，以期获得突破性的进展。也只有在上述关键技术解决后，才能保证远程AUV计划的实施。

功能更强大——向作业型及智能化方向发展

现阶段的AUV只能用于观察和测量，没有作业能力，而且智能水平也不高。将来的AUV将引入人的智能，更多地依赖传感器和人的智能。还要在AUV上安装水下机械手，使AUV具有作业能力，这是一个长远的目标。

(2)ROV广泛应用于水下作业中

从1953年世界上出现第一艘遥控潜水器，在近五十年的时间里，ROV从诞生到走向实用化。

目前全世界ROV的数量超过1000台，是其他各类潜水器总和的数十倍，这主要是由于ROV具有以下特点：

1>通过与水面相联的电缆向无人遥控潜器提供能源，作业时间不受能源的限制;2> 操作者直接在水面控制和操作ROV，人的介入使得许多复杂的控制问题变得简单；3> 可以用于水下作业，这一点是现阶段AUV无法达到的。例如ROV与载人潜器可以协同作业，完成对各种失事飞机、潜艇等的打捞任务。

6水下机器人的应用前景

随着人类开发海洋的步伐不断加快，水下机器人行业也逐渐火热起来，各种用途的水下机器人的身影活跃在海洋开发的最前线。自从２０世纪５０年代末美国华盛顿大学建造了主要用于水文调查的第一艘无缆水下机器人„„“ＳＰＵＲＶ”之后，人们便对无缆水下机器人产生浓厚的兴趣，但由于各个配套系统技术上的限制，致使智能水下机器人技术的发展多年徘徊不前。随着 材料、电子、计算机等新技术的飞速发展及海洋研究、开发和军事领域的迫切需求，智能水下机器人再次引起海洋开发领域和各国军方的关注。２０世纪９Ｏ年代后，智能水下机器人各项技术开始逐步走向成熟，由于智能水下机器人在海洋研究和海洋开发中具有远大的应用前景，在未来的水下信息获取、深水资源开发、精确打击和“非对称情报对抗战”中也会有广泛的应用，因此智能水下机器人技术对世界各国来说都是一个重要的、值得积极研发的领域。

第三篇：机器人

机器人

爸爸，我作业写完了，可以玩电脑吗？可以。听完爸爸的这句话，我直奔向电脑，打开电脑。接下来又得要等1分钟左右，真烦人！我想：要是有电脑机器人该多好啊！20年后的我就能发明这种电脑机器人。

它有两根又细又长的天线；方方正正的脑袋；一双由摄象机组成的眼睛；三角形的大嘴巴；左侧的耳朵是一个手机；而右侧的耳朵是一台小巧玲珑、精致、精美的迷你收音机。它的肚子上有一台特制的电脑与键盘。

这种电脑机器人的是：它只要一打开它，屏幕上就会自动显示出桌面；而且耗电量少；可以节约电；它可以防止我们上不良网站、而且，它还可以防止病毒损坏电脑；它可以变得很大很大，也可以变得很小很小，随身带在身上。比如，某一家企业的总经理正在某个地方旅游，玩得正高兴，公司就像半路杀来的程咬金，给这位玩得正高兴的总经理泼了一盆子的冷水，如果这位总经理有电脑机器人的话，就不发愁了。

第四篇：机器人工作站

运城学院 设计说明书

机器人工作站

学

院： 运城学院 团队名称：TENGFEI

专

业：机械设计制造及其自动化

团队成员： 任晓圆 张志凯 指导教师： 王新海

设计说明时间：二О一四年九月二十一日～十月三十一日

摘要

机器人工作站是当今世界工业发展潮流的方向与我国工业发展水平相结合的产物，在自动化生产逐渐普及的今天，能够为我国的工业自动化生产做出重大贡献的机器人工作站就出现了，该工作站由工业机器人和自动化流水线两大部分组成，可以实现360度全方位立体式工作。工业机器人通过精确地抓取零件，再通过高精度传感器的配合，将零件在加工台和流水线之间进行转移，克服手工操作的枯燥以及多目的地转移的危险，既降低了人力成本有提高了工作效率。关键词：智能机器人

Abstract Mobile robot workstation is the world's industrial development trend direction with the combination of the level of industrial development in our country, the growing popularity of the automated production today, will be able to make a significant contribution for our country's industrial automation production in mobile robot workstation, the workstation consists of two most industrial robots and automated assembly line, can achieve 360-degree vertical work.Industrial robot by scraping parts accurately, and then by high precision sensor, moving parts between the JiaGongTai and assembly line, to overcome the manual operation of boring and multi-destination transfer risk, is not only reduced labor costs to improve the working efficiency.Keywords: intelligent mobile robot

目录

第一章绪论.......................................................................................................................................1

1.1 智能机器人的行业发展前景...........................................................................................1 1.2 流水线行业的发展前景...................................................................................................1 1.3 本文主要研究的内容.......................................................................................................1 第二章机器人工作站简介...............................................................................................................2

2.1 机器人机械设计的特点...................................................................................................2 2.2 与机器人有关的概念.......................................................................................................2 2.3 方案设计...........................................................................................................................3 2.3.1 机器人设计方案要求...................................................................................................3 2.3.2机器人方案结构设计与分析........................................................................................4 2.4流水线方案设计与介绍....................................................................................................5 第三章有限元分析...........................................................................................................................7 材料属性...........................................................................................................................................8 第四章总结.......................................................................................................................................9 4.1 设计特色...................................................................................................................................9

4.2 总结...................................................................................................................................9 4.3心得体会............................................................................................................................9 参考文献.................................................................................................................................10

1第一章 绪论

1.1 智能机器人的行业发展前景

工业机器人是由传动机构、驱动结构以及夹具等部分组成。工业机器人可以通过底座，大臂、小臂和夹具的配合实现对流水线上的工件的夹取。从而实现工件在流水线和物料箱之间的转移。它可以大大的提高工作效率，提高工作的精确度，降低物料的损耗实现高效工作。随着我国制定机器人在2020年普及到工厂的计划，工业机器人必将迎来一个发展的春天，这将极大的提升我国工业化的水平。

1.2 流水线行业的发展前景

在社会快速发展、竞争激烈的今天，提高生产效率，降低生产工艺成本，最大限度的满足生产要求将直接决定各企业工厂能否紧跟社会脚步，赢得时间，占领市场甚至将决定企业的生死存亡。为此，企业生产自动化无疑扮演着重要的角色，装配流水线自动化作为工业自动化的一部分，能提高生产效率，降低工艺流程成本，最大限度的适应产品变化，提高产品质量，它是现代化生产控制系统中的重要组成部分。

1.3马大测试的发展前景

随着智能手机在全世界范围内的普及，智能手机已经成为了人们日常生活中必不可少的一个组成部分，而手机中的马达质量的好坏也就成为了人们对某一品牌的手机的质量好坏的重要的评价标准，所以对于手机中的马达的检测也就显得十分重要。

1.4 本文主要研究的内容

本文主要以工业机器人、马达测试工站和自动化流水线为对象进行研究，分析其结构，结合其工作原理，设计出新的自动化机器，并采用电器控制，结合实际生产，来完成相应的工作。同时，本文还研究本机器的运动情况及受力情况。以及效率问题等生产时遇到的问题。最重要的是研究其加工流程，以便实现其规定功能，并按实际情况进行分析。

第二章 马达自动化测试工作站简介

2.1 方案功能设计与分析

方案一 采用风车型马达测试箱布局

该方案占地面积小，可以充分利用车间的空间，但是技术要求高、成本高 方案二采用左右对称式马达测试箱布局 该方案占地面积大，可以放置的测试站数量少，不能充分利用工业机器人的高自由度的优点，效率比较低

方案三 采用环形阵列型马达测试箱分布

该方案占地面积小，可以充分利用工业机械手的高自由度的优势，效率高 经过对测试站的分布和工厂车间本身可用空间的分析，以及生产商对于设备成本的要求，我们觉定采用第三种设计方案。该方案可以充分利用工厂的空间，减少占地面积，还可以

2.2 与机器人有关的概念

以下是本文中涉及到的一些与机器人技术有关的概念。

1.自由度：工业机器人一般都为多关节的空间机构，其运动副通常有移动副和转动副两种。相应地，以转动副相连的关节称为转动关节。以移动副相连的关节称为移动关节。在这些关节中，单独驱动的关节称为主动关节。主动关节的数目称为机器人的自由度。2.机器人的分类

机器人分类方法有多种。

(1)按机器人的控制方法的不同，可分为点位控制型（PTP），连续轨迹控制型（CP）：（a）点位控制型（Point to Point Control）：机器人受控运动方式为自一个点位目标向另一个点位目标移动，只在目标点上完成操作。例如:机器人在进行点焊时的轨迹控制。

（b）连续轨迹控制型（Continuous Path Control）：机器人各关节同时做受控运动，使机器人末端执行器按预期轨迹和速度运动，为此各关节控制系统需要获得驱动机的角位移和角速度信号，如机器人进行焊缝为曲线的弧焊作业时的轨迹控制。

(2)按机器人的结构分类，可分为四类：

（a）直角坐标型：该型机器人前三个关节为移动关节，运动方向垂直，其控制方案与数控机床类似，各关节之间没有耦合，不会产生奇异状态，刚性好、精度高。缺点是占地面积大、工作空间小。

（b）圆柱坐标型：该型机器人前三个关节为两个移动关节和一个转动关节，以q, r, z为坐标，位置函数为P = f(q, r, z),其中，r 是手臂径向长度，z 是垂直方向的位移，q 是手臂绕垂直轴的角位移。这种形式的机器人占用空间小，结构简单。

2（c）球坐标型：具有两个转动关节和一个移动关节。以q,f, y 为坐标，位置函数为P = f(q ,f, y)，该型机器人的优点是灵活性好，占地面积小，但刚度、精度较差。

（d）关节坐标型：有垂直关节型和水平关节型（SCARA 型）机器人。前三个关节都是回转关节，特点是动作灵活，工作空间大、占地面积小，缺点是刚度和精度较差。

(3)按驱动方式分类：

按驱动方式可分为：（a）气压驱动；（b）液压驱动；（c）电气驱动。电气驱动是 20 世纪90 年代后机器人系统应用最多的驱动方式。它有结构简单、易于控制、使用方便、运动精度高、驱动效率高、不污染环境等优点。(4)按用途分类：

可分为搬运机器人、喷涂机器人、焊接机器人、装配机器人、切削加工机器人和特种用途机器人等。

2.3 方案设计

2.3.1 机器人设计方案要求

如前所述，该机器人用于制造车间物流系统中工件的搬运、装夹和日常生活中的持物、看护等。能够固定在移动装置（如AGV）上，以实现灵活移动。要求动作灵活，工作范围大，被夹持物应具有多种姿态，自由度6个，结构紧凑，重量轻。采用电动机驱动。

手腕回转速度

V腕回 = 40°/s 手臂伸缩速度

V臂伸 = 50 mm/s 手臂回转速度

V臂回 = 40°/s 手臂升降速度

V臂升 = 50 mm/s 立柱水平运动速度

V柱移 = 50 mm/s 手指夹紧油缸的运动速度

V夹 = 50 mm/s 2.3.2 方案功能设计与分析

a 机器人自由度的分配和手臂手腕的构形

手臂是执行机构中的主要运动部件，它用来支承腕关节和末端执行器，并使它们能在空间运动。为了使手部能达到工作空间的任意位置，手臂一般至少有三个自由度，少数专用的工业机器人手臂自由度少于三个。手臂的结构形式有多种，常用的构形如图2-1。

本课题要求机器人手臂能达到工作空间的任意位置和姿态，同时要结构简单，容易控制。综合考虑后确定该机器人具有四个自由度，其中手臂两个自由度。由于在同样的体积条件下，非关节型机器人比关节型机器人有大得多的相对空间（手腕可达到的最大空间体积与机器人本体外壳体积之比）和绝对工作空间，结构紧凑，同时关节型机器人的动作和轨迹更灵活，因此该型机器人采用非关节型机器人的结构。

32.3.2机器人方案结构设计与分析

各部件组成和功能描述如下：(1)底座部件：

底座部件包括底座、回转部件、传动部件和步进电机等。底座部件固定在流水线上，支持整个操作机，步进电机固定在底座上，一级同步带传动将运动传递到腰部回转轴，同时起到减速作用。(2)腰部回转部件：

腰部回转部件包括腰部支架、回转轴、支架等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回转运动。在腰部支架上固定着驱动大臂和小臂的电机。(3)大臂部件：包括大臂和传动部件。

(4)小臂部件：包括小臂、减速齿轮箱、传动部件、传动轴等，在小 臂前端（靠近大臂的一端）固定驱动手腕运动的步进电机(5)手腕部件：包括手腕壳体和传动轴、机械接口等(6)末端执行器： 为抓取不同形状、不同材质的物体，末端执行器设计得开合范围比较大，为0～30mm。考虑在指尖的平面上贴传感器片，进行力的控制。手爪采用电机驱动，平行开合机构。

手部是机械手直接用于抓取和握紧工件或夹持专用工具进行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安装于机械手手臂的前端。机械手结构型式不象人手，它的手指形状也不象人的手指、，它没有手掌，只有自身的运动将物体包住，因此，手部结构及型式根据它的使用场合和被夹持工件的形状，尺寸，重量，材质以及被抓取部位等的不同而设计各种类型的手部结构，它一般可分为钳爪式，气吸式，电磁式和其他型式。钳爪式手部结构由手指和传力机构组成。其传力机构形式比较多，如滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式……等，这里采用滑槽杠杆式。设计时应考虑的几个问题 ①应具有足够的握力（即夹紧力）

在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。②手指间应有一定的开闭角

两个手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角保证工件能顺利进入或脱开。若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。③应保证工件的准确定位

为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带‘V’形面的手指，以便自动定心。④应具有足够的强度和刚度

手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求具有足够的强度和刚度以防止折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻。⑤应考虑被抓取对象的要求

应根据抓取工件的形状、抓取部位和抓取数量的不同，来设计和确定手指的

4形状。

驱动力的计算

1.手指 2.销轴 3.拉杆 4.指座 图1 滑槽杠杆式手部受力分析

如图所示为滑槽式手部结构。在拉杆3作用下销轴2向上的拉力为P，并通过销轴中心O点，两手指1的滑槽对销轴的反作用力为P1、P2，其力的方向垂直于滑槽中心线OO1和OO2并指向O点，P1和P2的延长线交O1O2于A及B，由于△O1OA和△O2OA均为直角三角形，故∠AOC=∠BOC=α。根据销轴的力平衡条件，即

∑Fx=0,P1=P2;∑Fy=0 P=2P1cosα P1=P/2cosα

销轴对手指的作用力为p1′。手指握紧工件时所需的力称为握力（即夹紧力），假想握力作用在过手指与工件接触面的对称平面内，并设两力的大小相等，方向相反，以N表示。由手指的力矩平衡条件，即∑m01(F)=0得

P1′h=Nb 因

h=a/cosα

所以

P=2b(cosα)N/a 式中

a——手指的回转支点到对称中心线的距离（毫米）。

α——工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。由上式可知，当驱动力P一定时，α角增大则握力N也随之增加，但α角过大会导致拉杆（即活塞）的行程过大，以及手指滑槽尺寸长度增大，使之结构加大，因此，一般取α=30°~40°。这里取角α=30度。

22.4流水线方案设计与介绍

对于本课题来说，装配流水线系统是一个较大规模的工业控制系统的改造升级新控制装置需要根据企业装备和工艺现况来构成并尽可能用到旧系统中的元件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于

5操作人员迅速掌握。从企业控制要求中可以看出在新的控制系统中既需要处理模拟量也要处理大量的开关量，系统的可靠性要高，人机交互界面友好，应具备数据的存储和分析汇总能力。

装配流水线是人和机器的有效组合，最充分体现设备的灵活性，它将输送系统、随行夹具和在线专机、检测设备有机的组合，以满足多品种产品的装配要求。（1）装配流水线的传输方式

装配流水线的传输方式有同步传输的（/强制式）也可以是非同步传输（/柔性式），根据配置的选择，实现手工装配或半自动装配。流水线在企业的批量生产中不可或缺。

（2）装配流水线的设计参数 高度1m

宽度0.5m 流水线载重30kg 流水线运行速度 6m/s 线体配置 ：日光灯

电风扇

120v的电源插座

线体控制箱 紧急制动器

（3）流水线结构分析

流水线受力分析

由上图可知流水线上的皮带受到工件箱的向下的压力和两个传动轮给它的牵引力

水平方向的力为F=F1+F2

垂直方向的力为F=G

因此，只有更好的应用和改进装配流水线的工艺流程，充分发挥其自动、连续、高效率等优势，我们企业的生产效率才能提升，才能增强我们企业的产品竞争力，才能更好的造福社会

6第三章 有限元分析

皮带有限元分析

滑杆有限元分析

7材料属性

模型参考 属性

名称: 铸造碳钢 模型类型: 线性弹性同向性 默认失败准则: 最大 von Mises应

力

屈服强度: 2.48168e+008

N/m^2

张力强度: 4.82549e+008

N/m^2

弹性模量: 2e+011 N/m^2 泊松比: 0.32

质量密度: 7800 kg/m^3 抗剪模量: 7.6e+010 N/m^2 热扩张系数: 1.2e-005 /Kelvin

零部件

SolidBody 1(切除-拉伸3)(1204滑杆)

曲线数据:N/A

8第四章 总结

4.1 设计特色

本次设计充分利用了工业机器人的灵活性和自动化流水线的高效性，减少了工作时间，提升了工作效率，降低了工作时的零件损耗率，实现了高精度，高效率，低成本的生产目标，可以为生产商节约大量的人力资源，降低了人力成本，提高利润率。

4.2 总结

本次设计目的是，实现小部分的自动化，减少劳动力，提高工作效率。本产品有着目前从国外新引进的科技，只有科技才能引领生产力的发展。但科技也是约束本产品的关键，本设计有很高的技术要求，能保证生产的精度要求。例如，打印时，利用了工业机器人和自动化流水线可以满足人们的要求。

另外本产品也有很好的生产发展空间，可用于各个大中型需要打印的车间成产线，因此，本产品用途广泛适用于大部分需要自动化生产的地方。例如：食品包装袋生产线，牛奶包装盒，铝纸包装印刷等。

除此之外本产品，不仅打破常规的生产方式，还开创了装配一体化生产，加快生产速度，提高生产效率，带来更多的利益

4.3心得体会

这次的设计对于我们来说既是一个机遇也是一个挑战，我们面临的的最大困难是

9对solidworks软件的使用非常的不熟练，由于刚接触这款软件我们在设计之初遇到了很多的问题，例如，对设计尺寸制定不规范，不会装配齿轮，对于动画的制作了解不深，这些问题使我们在设计开始时花了很长时间用来熟悉软件的基本使用。虽然，我们面临很多的困难，但我们通过查阅，《机械原理》、《机械设计》、《机械设计基础》等书逐步的了解了各种机构的运行原理，材料的使用条件，应力和应变的分析条件等知识，在这个过程中我们既学会了使用软件又巩固了所学的知识，而且还锻炼了自己的自学能力，俗话说师傅领进门修行在个人，一时的投机取巧只能解决面前的困难，要想真正学好一种技术永远要靠自己的勤奋努力，最后，感谢王老师给我们这次机会，可以使我们锻炼自己的能力，为我们打开一扇新的窗口。

参考文献

[1]陈周娟．机械原理．华中科技大学出版社，2014 [2]沈萌红．机械设计．华中科技大学出版社，2012 [3]杨克旺．机械制图．北京：高等教育出版社，2012 [4]杨家军，机械系统创新设计．武汉：华中理工大学出版社，2000 [5]郭友寒，机械设计基础及应用．北京：人民邮电出版社，2013

第五篇：机器人论文范文

机器人技术

姓名： 导师： 班级： 学号：

地面移动机器人行走机构

摘要：行走机构是移动机器人的重要组成部分，直接决定了移动机器人的地形适应能力和运动能力。本文着重介绍了地面移动机器人行走机构的发展现状以及最新应用、分析了各行走机构的优缺点，最后对行走机构的发展趋势做出了展望。关键词:移动机器人;行走机构；

Abstract：As an important part of mobile robot, the walking mechanism determines the terrain adaptability and sports ability of the robot.This paper introduces the development status of ground mobile robot as well as the latest application, analyzes on the advantages and disadvantages of the walking mechanism and finally prospects the development trend of the walking mechanism.Keywords: mobile robot;walking mechanism;

一、移动机器人发展概况

自1961年美国Unimation公司研制出世界上第一台往复式工业机器人以来, 其技术的发展就受到各国的重视，被认为是对未来新兴产业发展具有重要意义的高技术之一。近些年来，随着计算机技术的不断发展，机器人技术也逐渐趋于成熟。机器人的发展主要分为三个阶段：包括第一代示教/再现(Teaching/Playback)机器人、第二代传感控制(Sensory controlled)机器人以及第三代智能(Intelligent)机器人。

图 1.1

目前绝大多数机器人的灵活性,只是就其能够“反复编程”而言,工作环境相对来说是固定的,所以一般人们称之为操作手(Manipulator)。随着科学技术的不断进步，各式各样的移动机器人逐渐进入到人们的日常生活中，在军事、工业、探险、医疗等领域发挥了重大作用。为了获得更大的独立性,人们要求机器人能

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够在一定范围内安全运动, 增强机器人对环境的适应能力。因此,近年来移动机器人特别是自主式移动机器人成为机器人研究领域的中心之一。

移动机器人按照工作环境来讲主要有地面、水下和空中三种。地面移动机器人是脱离人的直接控制,采用遥控、自主或半自主等方式在地面运动的物体.地面移动机器人的研究最早可追溯到五十年代初,美国Barrett Electronics公司研究开发出世界第一台自动引导车辆系统。由于当时电子领域尚处于晶体管时代,该车功能有限,仅在特定小范围运动,目的是提高运输自动化水平。到了六、七十年代,美国仙童公司研制出集成电路,随后出现集成微处理器,为控制电路小型化奠定了硬件基础。到了八十年代,国外掀起了智能机器人研究热潮,其中具有广阔应用前景和军事价值的移动机器人受到西方各国的普遍关注。时至今日,各种类型的地面移动机器人纷纷研制出来,其应用范围从民用、工业用到军用,涉及人类活动的方方面面。

图 1.2

二、地面移动机器人行走机构分类及特点

地面移动机器人行走机构按照结构形式可以分为轮式、履带式、足式、跳跃式、蠕动爬行式和复合式行走机构。

2.1 轮式行走机构

轮式机器人由于其较高的运动速度，在平坦的环境中具有独特的优越性，因此，国内外学者在轮式机器人方面也进行了大量的研究。轮式行走机构主要分为单轮、双轮和多轮行走机构，其中双轮行走机构又分为自行车式和左右对称布置式。

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单轮滚动机器人的典型代表是美国卡耐基梅隆大学机器人研究所研制的单轮滚动机器人Gyrover，如图2.1所示。Gyrover是一种陀螺稳定的单轮滚动机器人。它的行进方式是基于陀螺运动的基本原理,具有很强的机动性和灵活性。单轮行走机构具有结构紧凑，运动灵活和地形适应能力强等优点，其缺点是不易控制。

图 2.1 自行车机器人是机器人学术界提出的一种全新的智能运输(或交通)工具的概念,由于其车体窄小、可作小半径回转、运动灵活、结构简单,因此可在灾难救援、森林作业中得到广泛应用。但到目前,仍处于理论探讨和初步的实验研究阶段。左右对称布置的两轮移动机器人左右轮分别由一个电机驱动,依靠差速实现转向,转向灵活。两轮行走机构简单，主要缺点是在静止和低速时非常不稳定。美国Segway公司的Dean Kamen发明了世界上第一部可以载人的两轮移动小车，它的出现代表了两轮移动机器人技术在实用方面的一个突破。现在已经应用在多个领域，如图2.2。

图 2.2

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轮式移动机器人中最常见的机构就是三轮及四轮移动机器人。三轮及四轮移动机器人平台现在已经具有比较成熟的技术。当在平整地面上行走时,这种机器人是最合适的选择。其优点是速度快、效率高、运动噪声低；但是越障能力、地形适应能力差、转弯效率低，或转弯半径大。图2.3是不同结构形式轮式机器人性能比较。

图 2.3 2.2 履带式行走机构

履带式行走机构按照履带的结构形式可以分为单节双履带式、双节四履带式、多节多履带式和自重构式。

单节双履带式以由美国白特尔公司(Battelle)开发的ROCOMP机动平台和北京京金吾高科技公司开发的JW902(第5代)排爆机器人为代表。该行走机构结构较为简单，很难实现复位。国外开发的多为双节双履带式移动机器人，因为此种移动机器人与单节式相比较，越障功能更优。东华大学毛立民教授研制的高度可调的自主变位履带式管道机器人现已申请专利。美国福斯特—米勒公司开发的第4页

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履带式“鹰爪”无人作战平台也是该种机器人的典型代表。多节多履带式以我国自行生产的“灵蜥-B”型排爆机器人和美国Vecan公司日前准备研发新一代战场救援机器人Vecna BEAR为代表。山东科技大学提出的一种可变形履带机器人，主要由1个躯体部分、4个折叠臂、4个履带体所组成，其中每一个履带体都通过一个折叠臂和机器人的躯体相联。哈尔滨工业大学机器人研究所研制的模块化可重构履带式微小型机器人，单个机器人可以独立运行，多个机器人可以重构成链型和环形机器人。

履带式行走机构具有以下优点：

 支撑面积大，接地比压小，适合于松软或泥泞场地作业，下陷度小，滚动阻力小，越野机动性能好。

 转向半径极小，可以实现原地转向。

 履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。

 具有良好的自复位和越障能力。又称临场感,它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。

履带式行走机构仍面临许多待解决的问题：

 有些履带式移动机器人的体积和重量太大，应适当缩小机器人的体积，减轻机器人的重量。

 对地面的适应性和稳定性需要得到进一步的提高。 履带式行走机构能源利用率较低，转向较慢。

2.3 足式行走机构

足式行走机构分为两足、四足、六足和多足机器人，其中多足行走机构和六足行走机器人类似，因此本文不在加以赘述。

两足机器人目前首推美国波士顿动力公司为美军研制的最先进人形机器人“阿特拉斯”（图 2.4）。两足行走机构能耗低，能够适应各种地面并且具有较强的越障能力，在恶劣的地形时运动较为灵活，机动性较好。但是其动力学特性非常复杂，具有多变量、强耦合、非线性和变结构等特点。

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图 2.4

四足机器人研究的代表是日本东京工业大学的広濑·福田机器人研究实验室。从80年开始至今已研制出3个系列12款四足机器人。美国的四足机的典型代表是卡耐基梅隆大学的波士顿动力实验室研制的BigDog和LittleDog。山东大学成功研制出国内首台“大狗”机器人，最大负载达到120kg,在负载50kg的前提下可以实现最大速度达1.4m/s,突破了仿生机构、高功率密度液压驱动、环境感知、仿生步态规划、状态感知与动态控制、关键单元与系统测试等关键技术。

四足行走机构简单且灵活，承载能力强、稳定性好，既能以静态步行方式实现慢速行走，又能以动态方式实现高速行走。主要存在的问题是由于控制策略导致有时会由于惯性、脚力失衡等因素导致机器人失稳。

当前研究的六足机器人以美国的ATHLETE(全地形六足地外探测器)机器人和仿生蟹为代表。当在水平表面上时，ATHLETE机器人的车轮可加快行进速度；当遇到复杂的地形时，其灵活的6个爪子可以应付各种地形。

2.4 跳跃式行走机构

跳跃机器人可以越过数倍甚至数十倍自身尺寸的障碍物，具有极强的越障能力及爆发力但是较难控制，运动稳定性较差。目前跳跃式机器人研究机构较少，但已有一些研究成果。圣地亚国家实验室(Sandia National Laboratories)的斯普利特博士(Dr Barry Spletzer)设计的跳跃机器人,利用一个内燃机推动活塞来跳跃。日本东京工业大学北川实验室研究的小型跳跃机器人,该机器人主要是由两个半球体和一个小气缸组成,靠着球体滚动和气缸跳跃。国内东南大学日前研制出了一种新型具有弹跳功能的翻滚式机器人Tumbot（图2.5）,利用齿轮组中的缺齿

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轮来瞬间释放储存的弹性势能，并且可以利用翻转臂的旋转实现机器人的翻滚运动并可以翻越较小的障碍物，具有一定的平稳性和抗冲击性。

图2.5 Tumbot

2.5 蠕动爬行式行走机构

蠕动爬行式机器人主要以蛇形机器人为主。蛇形机器人具有极强的地形适应能力，能够适应各种复杂地形，但是由于其控制较为复杂，目前尚处于研究阶段。

2.6 复合式行走机构

在某些工况下，无论是轮式、腿式还是履带式都不能完全满足人们在某一方面的需要，因此人们往往将上述的两种或几种机构组合成复合式结构。目前，复合式移动机器人主要有轮履式、轮腿式、轮履腿式等，通过将不同的行走方式加以结合，从而满足机器人设计高性能的要求。复合式行走机构具有出色的地形适应能力、越障能力和稳定的动态性能，除跳跃式复合式行走机构尚处于实验阶段，其余复合式行走机构的研究已经较为成熟，目前已经大量用于军用机器人。

三、结语

行走机构是移动机器人的重要组成部分，直接绝对了移动机器人的地形适应能力和运动能力。随着对移动机器人尤其是特种机器人性能的要求不断提高，移动机器人行走机构必将经历一段快速的发展时期，主要向着两个方面发展。一是复合行走机构的不断改进和创新；一是新型行走机构如全向轮、足式、蠕动爬行式以及跳跃式等行走机构的进一步发展和完善。

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参考文献

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