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效劳机器人机构综述

前言

在二十一世纪初的今天，机器人行业正处于高速开展的进程中，其中效劳机器人更是因为广阔的市场前景和积极的社会效应而备受青睐！而人口老龄化、社会智能化正是其产业蓬勃开展的催化剂。效劳机器人因其功能齐全、性能稳定、操作方便、技术更新快、能很好的满足日益增长的市场需求等特点而广受研发者和投资者的喜欢。然而作为机器人动作运行根底的机械结构，在设计机器人的过程中显得尤为关键。本综述通过各类效劳机器人机械结构之间的比照，提取了其中最常用的各局部结构，能够大致地了解当下机器人机械设计的主要方向。

一、机器人移动机构

常见的移动机构有仿生机械腿式、履带式、轨道式、轮式等等，要选用适用于各类效劳机器人的移动机构就必须分析各种移动机构的优缺点。

1、仿生机械腿式移动机构根本介绍

仿生机械腿是机器人系统的重要机械局部，如图1所示，作为步行的工具，它具有如下特点：执行机构是用来保证复杂空间运动的刚体，机械腿通常可以看作是由一系列的连杆和相应的运动副组成，实现复杂的运动，完成方案的动作。仿生机械腿的移动机构转向灵活，可以在狭小空间自由移动，但是其稳定性和速度相对缺乏，而且仿生机械腿的结构和控制方法复杂，要对其进行准确控制需要复杂的控制算法和多种传感器配合工作，这会大幅度增加机器人的制造本钱。

图1.1仿生机械腿式移动机构实物图

2、履带式移动机构根本介绍

履带式移动机构作为常用的移动机构之一得到了广泛的应用，在军用坦克、重型装甲等军工领域都有它们的身影，在挖掘机、吊车等工程机械领域也占有足够的分量。它与地面的接触面积大，在相同的载重下，履带式移动机构能够在更为松软的地面上移动。履带式效劳机器人的穿越障碍能力强，在相同载重下，履带式移动机构强于轮构式移动机。履带式移动机构性价比比拟高，但是不易于拆卸，震动比拟大。

图1.2履带式移动机构的实际应用

3、轨道式移动机构根本介绍

轨道式驱动系统组成包括型材轨道、同步带、同步带轮、同步带轮箱、减速器、交流伺服电机、限位开关、接近开关、拖链、滑座等结构。同步带轮装在同步带轮箱内，同步带轮箱安装在轨道的两端。在一端的同步带轮上安装减速器和伺服驱动电机，组成驱动系统。同步带与同步带轮配合装在轨道型材的槽内，滑座通过滑动接触安装在型材轨道上，通过型材轨道实现导向，并与同步带固连，在同步带带动下实现来回运动，如图1.3所示。轨道式具有运动稳定性好、定位能力强等优点，但是它因受限于轨道布局，因而运动范围固定，无法移动到任意制定位置。

图1.3轨道式移动机构应用模型

4、轮式移动机构根本介绍

轮式移动机构是最受设计者使用移动机构之一，它早也融入我们的生产和生活中。涉及到我们的很多领域，大到我们的轮式挖掘机，小到我们的小孩玩具车，重到我们的导弹运输车，轻到我们日常生活中的自行车。轮式移动机构因其独特的特点广受青睐。它具有价格廉价，开发容易等特点。我们很容易在电子市场买到各式各样的轮子，也很容易找到各种轮式机构的参数、设计方法，而且结构多样，实用性强。轮子的种类繁多，PU轮、PVC轮、半陶轮、发光轮、万向轮、橡胶轮等。各种不同的轮子组合也会产生不同的效果。但是它穿越障碍能力不够强，稳定性不如履带式移动机构，不能很好的在松软的地面上行走。

〔a〕两后轮独立驱动〔b〕前轮驱动兼转动〔c〕前轮转向后轮驱动

图1.43轮移动机构的3种形式

机器人身体框架结构

效劳器机器人的身体框架相当于机器人的“骨架”，外壳、底盘、手臂、头部等部件通过安装在身体框架上组成完整的机械系统。各类控制板、主控机、传感器和人机接口等也安装于身体框架上。身体框架的设计时，主要需要考虑以下几点内容：

1、身体框架的尺寸受机器人整体外观尺寸的限制，需要结合外形设计共同考虑制定合理的框架布局；

2、整体应具备足够的强度与刚度，保证机器人整体性能；

3、为使内部器件结构紧凑、易于维护，必须合理规划器件的安装位置。

已有的效劳机器人主要采用铝合金型材作为结构件，如图2.1(a)所示；其中四根支柱采用的是3030和2020系列铝合金型材，中间的安装版为6mm厚铝板；高度上从下至上分为三层，第一层安装驱动轮部件、万向轮和电池；第二层安装各种控制板、驱动板；第三层安装主控机、扬声器等。型材具有重量轻、强度好、拆装方便等优点，其本身具有安装槽，是一种良好的机械接口，不需额外加工安装孔，且配套的各种连接件的规格标准、通用。但是型材带来以上优点的同时，也具有本钱高、灵活性缺乏和组装较繁琐的缺点；比方，由于型材安装需要使用配套的角件和螺钉，如果要求框架在高度方向上截面积有较大的变化，就很难用型材去搭建这样的框架了，因此型材仅适合用于制作小批量，桶状的机器人身体框架。笔者意识到其不大可能用作未来批量生产的机器人结构件，所以在后续改良时采用了角钢取而代之