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移动机器人结构设计
2 移动机器人行走机构的总体结构和参数
2.1 机器人运动方式的选择
到目前为止，地面移动机器人的行驶机构主要分为履带式、腿式和轮式三种。这三种行驶机构各有其特点。 (1)履带式
图2.1 四段履带机器人
图2.2 六段履带机器人
(2)腿式
图2.3 三腿机器人 图2.4 四腿机器人
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(3)轮式
图2.6 单轮滚动机器人 图2.7 两轮移动机器人
图2.8 三轮移动机器人 图2.9四轮移动机器人
图2.10 六轮移动机器人 图2.11 八轮移动机器人
图2.13 轮腿式机器人
综上各移动机器人特点如下表2-1所示：
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表2-1 各移动机器人特点
行驶结构 车轮式移动机器人 一般适用于平底运行，切操作简单，运 特点 动稳定，运动速度和方向容易控制。按照轮子个数又可以分两轮式、三轮式、四轮式、六轮和八轮式。 步行式移动机器人 具有跨越越障能力，对环境有良好的适应能力等优点，尤其是多足式对环境的适应能力更强。但它也存在动作不连贯，速度较慢，控制复杂，实现相对困难等不足。 履带式移动机器人 履带式机器人可以跨越障碍，攀爬低度不高的台阶，行动速度快，承载能力强，适用于在凹凸不平的地面上行走，但不易转向。 在设计移动机器人时也应遵循以下机构设计原则:
1)总体结构应容易拆卸，便于平时的试验、调试、和修理。
2)应给机器人暂时未能装配的传感器、功能元件等预留安装位置，以备将来功能改进与扩展。
3)运用三维软件画出零件图，然后再装配成装配图，可以清晰明了的看出哪里设计合理哪里装配方便，哪里会产生干涉。通过对以上方式的比较，我们选用轮子方式做为机器人运动方式，它符合我们的设计要求：适应室内活动环境，需要动力较小，能量消耗少，结构实现简单可靠。
2.2 轮式机器人移动能力分析
轮式移动机器人的分类方法主要有：按具有的自由度划分，有三自由度类型，二自由度类型等。按驱动方式划分有铰轴转向式，差速转向式等。本设计按照传统的车轮配置方式划分来讨论。
本毕业设计课题主要是为了掌握和了解轮式移动机器人的基本结构和运动控制系统的能力，基本能实现前进、后退、360°范围转动的运动,也可以为机器人的运动和控制提供一个很好的研究平台。
生活中我们见到最多的家用小车的车轮布局在轮式移动机器人中最先得到了应用，就像我们平时推小车一样，当我们给小车左边的力大于右边的力时小车右转，同理右边的力大时，小车左转。所以我选择了跟家用小车一样的移动方式即差速度轮式移动机器人。四个车轮布置在我设计的机器人矩形机身四角，后两轮差速驱动，前两轮是转向轮。当然通过查阅资料这种机构有两个缺点，一是四轮构型移动机器人运动能力受到限制，转向之前必须有一定的前行行程。二是这种轮子布局需要有保持稳定可靠驱动的能力，可能导致转向不稳定。
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图2.14 后轮差速驱动，前轮是随动结构
根据设计需要和实现的难易程度选择了图2.14中的驱动方案机器人，称之为后轮驱动轮型机器人，它是一种典型的非完整约束的轮式移动机器人模型。后轮为驱动轮，方向不变，提供前进驱动力，两轮驱动速度不相同；前轮为转向轮，称为随动轮，使机器人按照要求的方向移动。
轮式移动机构又主要分三个轮、四个轮、三轮支撑理论上是稳定的，然而这种装置很容易在施加到单独轮的左右两侧力F作用下翻倒，因此对负载有一定限制。为提高稳定性和承载能力，决定选用四轮机构，后轮为两驱动轮，两个转向轮为前轮。这种结构能实现运动规划、稳定以及跟踪等控制任务，可适应复杂的地形，承载能力强，但是轨迹规划及控制相对复杂。
图2.15 轮式机器人整体结构solid Edge模型图
2.3 轮式机器人驱动轮的组成
(1)后轮驱动装置机械结构模型图如图2.16
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