機械人行走結構的型別及特點
一、 移動機械人行走機構概述
機械人行走機構按照其運動軌跡可分為固定式軌跡和無固定式軌跡兩種。固定式軌跡主要用於工業機械人，它是對人類手臂動作和功能的模擬和擴充套件；無固定軌跡就是指具有移動功能的移動機械人，它是對人類行走功能的模擬和擴充套件。
移動機械人的行走結構形式主要有：車輪式移動結構；履帶式移動結構；步行式移動結構。此外，還有步進式移動結構、蠕動式移動結構、混合式移動結構和蛇行式移動結構等，適合於各種特別的場合。
從移動機械人所處環境看，可以分為結構環境和非結構環境兩類。
結構環境：移動環境是在軌道上（一維）和鋪好的道路（二維）。在這種場合，就能利用車輪移動結構。
非結構環境：陸上二維、三維環境；海上、海中環境；空中宇宙環境等原有的自然環境。陸上建築物的階梯、電梯、間隙溝等。
在這樣的非結構環境領域，可參考自然界動物的移動機構，也可以利用人們開發履帶，驅動器。例如：2足、4足、6足及多足等步行結構。
行走結構的設計對於移動機械人的工作效率有著至關重要的作用，選擇適當、精巧的行走結構往往可以大大提高機械人的動作效率。這就需要我們熟悉和了解不同機械人行走結構的型別及特點。
二、 三種常見的行走結構
1) 車輪式移動結構
兩車輪：像自行車只有兩個車輪的結構。兩車輪的速度、傾斜等物理量精度不高，因此進行機械人化，所需便宜、簡單、可靠性高的感測器難以獲得。此外，兩輪車制動時以及低速執行時也極不穩定。
三輪車：三輪移動結構是車輪式機械人的基本移動結構，其結構是後輪用兩輪獨立驅動，前輪用小腳輪構成組合。這種結構的特點是結構組成簡單，而且旋轉半徑可以從0到無限大，任意設定。
但是他的旋轉中心是在連線兩驅動軸的連線上，所以旋轉半徑即使是0，旋轉中心也與車體的中心不一致。
四輪車：四輪車的驅動結構和運動基本上和三輪車相同。和汽車一樣，適合於高速行走，穩定性也好。
一般情況下，車輪式行走結構最適合平地行走，不能跨越高度，不能爬樓梯。但現今也出現特殊的輪式結構。
全方位移動車：在平面上移動的物體可以實現前後、左右和自轉3 個自由度的運動.但如汽車等,可以前進、拐彎而不能橫向移動就不是.
若具有完全的3 個自由度,則稱為全方位移動機械人,它非常適合工作在空間狹窄有限、對機械人的機動性要求高的場合中.國外很多研究機構開展了全方位移動機械人的
上**階車輪式結構：將普通的車輪進行適當的改裝後，能夠實現在階梯上移動。
不平地移動的多車節車輪式機構：
2) 履帶式移動結構
履帶式結構稱為無限軌道方式，其最大特點是將園環狀的無限軌道履帶捲繞在多個車輪上，使車輪不直接與路面接觸。利用履帶可以緩衝路面狀態，因此可以在各種路面條件下行走。與車輪式移動結構相比，有如下特點：
a) 支承面積大，接地比壓小。適合鬆軟或泥濘場地作業，下陷度小，滾動阻力小，通過效能好；
b) 越野機動性能好，爬坡、越溝等效能均優於車輪式移動結構
c) 履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引效能好，有利於發揮較大的牽引力
d) 結構複雜，重量大，運動慣性大，減震效能差，零件易損害
這裡介紹一種較特殊的履帶結構
形狀可變履帶結構：它是指履帶的構形可以根據需要進行變化的結構。這種結構一般由兩條形狀可變的履帶組成，分別由兩個主電機驅動。
當兩個履帶速度相同時，實現前進或後退移動，當速度不同時，整個機器實現轉向移動。
3) 步行式移動機構
步行機械人與輪式機械人相比較最大的優點就是步行機械人對行走路面的要求很低，不僅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行，能跨越溝壑，上**階，用於工程探險勘測或軍事偵察等人類無法完成的或危險的工作；也可開發成娛樂機械人玩具或家用服務機械人，具有廣泛的適應性。主要設計難點是機械人跨步時自動轉移重心而保持平衡的問題。控制特點：
使機械人的重心經常在接地的腳掌上，一邊不斷取得準靜態平衡，一邊穩定的步行。結構特點：為了能變換方向和上**階，一定要具備多自由度。
四足機械人在整個步行機器中占有很大大比重，其中四足機械人在靜止狀態下是穩定的，具有很高的實用性。四足機械人步行時，乙隻腳抬起，三隻腳支撐自重，這時有必要移動身體，讓重心落在三隻腳接地點組成的三角形內。
三、 其他行走結構
爬壁機械人：近年來，由於工業生產對特殊功能機械人的需求越來越大，爬壁機械人的研究備受關注。
有的可以吸附在各種大型構造物如油罐、球形煤氣罐、船舶等的壁面，代替人進行檢查或修理等作業。這種爬壁機械人靠磁性車輪對壁面產生吸附力，其主要特徵是：行走穩定速度快，最大速度可達9m/min，適用各種形狀的壁面，且不損壞壁面的油漆。
我國的哈爾濱工業大學已經成功研製出單吸盤真空吸附車輪行走式爬壁機械人和永磁鐵吸附履帶爬壁機械人。其中磁吸附履帶式爬壁機械人採用的是雙履帶永磁吸附結構，在履帶一周上安裝有數十個永磁吸附塊，其中的一部分緊緊地吸附在壁面上，並形成一定的吸附力，通過履帶（由鏈條和永磁塊組成）使機械人貼附在壁面上。機械人在壁面上的移動靠履帶來完成，移動時，履帶的旋轉使最後的吸附塊在脫離壁面的同時又使上面的乙個吸附塊吸附於壁面，這樣周而復始，就實現了機械人在壁面上的爬行。
管道內外移動：如圖，可以看出移動主要是靠兩個輪子，但每個車輪兩邊還有一對撐架，用來幫助車輪在管道外移動時站立而不倒，並可以增加車輪與管道壁之間的摩擦，從而獲得較大的移動力。這種結構可用於檢修核管道和煤氣主幹道等一些容易引發危害的大型管道。
四、 結論
機械人的行走結構就是機械人的腳，選擇一雙好腳就能事半功倍，因此在選擇機械人的行走結構時，我們一定要充分的考慮各個方面，不斷的除錯，最後才能到達理想的效果。
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[4] 付文瀚.上下樓機械人設計
機械人行業研究
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