探讨移动机器人的技术现状和发展趋势

自1969年美国Stanford Research Institute（斯坦福研究院）的Nils Nilssen和Charles Rosen等人研制出了能够自主移动的名为Shakey的轮式移动机器人以来，能够在一定工作空间中运动的移动机器人作为机器人研究领域的重要组成部分，发展很迅速。鉴于其广泛的用途，已经成为当前科技发展中异常重要的前沿课题，也是机器人学繁荣发展的一个重要分支。移动机器人技术涉及电子、机械、控制、计算机、仿生等众多学科领域，随着相关技术的发展，移动机器人系统已经在工业制造、军事、医疗和科学研究等许多方面得到了广泛的应用。

移动机器人按移动方式可分为轮式移动机器人、腿式移动机器人、蛇形机器人、跳跃式机器人、履带式移动机器人、爬行机器人、复合方式移动机器人等。其中的腿式移动机器人模仿人类腿部关节，能够满足复杂环境和地形移动的性能要求；但由于其关节自由度多，结构复杂，所以其控制困难，并且还有移动速度慢、功耗大等缺点。蛇形机器人和跳跃式机器人在适应复杂而特殊的环境方面有很大优势，其具有良好的灵活性，但其在承载能力、运动平稳性等方面也存在着巨大的缺陷。履带式移动机器人由于其接地面积较大，运动时对地的平均压力较小，在松软地面具有良好的附着能力和通过能力，在爬楼梯、越障碍、自复位等方面具有明显优势；但是履带式移动机器人有运动速度慢、功耗大、转向时对地破坏大等缺点。复合方式移动机器人可以整合上述移动机器人的优点，能够适应比较复杂的环境，比如管道、山地等，但是一般情况下其结构和控制系统都比较复杂，功耗也比较大。轮式移动机器人通常结构比较简单，自重较轻，承载能力强，机动灵活，工作效率高，驱动控制都比较方便。虽然轮式移动机器人也有些缺点，比如运动稳定性与路面的情况有很大关系，在复杂地形不易实现精确的轨迹控制等，但是依赖上述的优越性，其依然被大量应用于工业、农业、反恐防暴、家庭、海底探测、空间探测等广泛领域。

轮式移动机器人一般采用圆盘式轮子驱动的移动方式，可以利用其传感器系统来感知周围环境，通过操纵手柄、自主移动或者其他方式的控制到达期望位置。它是集感知系统、控制系统、运动系统、作业系统等多个系统于一身的移动平台。通常，轮式移动机器人大部分都使用差分驱动轮系作为机器人的驱动系统。这样的机器人能够在移动空间里的不同曲率半径的圆弧或直线上运动，但它不能沿轮子平面的法线方向运动，也难以实现原地的零半径旋转。在比较狭窄、运动精度要求较高的场合，这类轮式移动机器人就无法满足应用要求了。(www.xing528.com)

为解决上述问题，出现了一种被称为全方位移动机器人的新型移动机器人系统。全方位移动机器人系统可以在平面三个自由度上进行任意方向的运动，也可以在原地零半径旋转任意角度，运动灵活，控制方便，在要求高速、高机动性的狭窄区域具有无可比拟的优势，因此全方位移动机器人被应用在了各个领域。在工业生产领域，人们设计了全方位移动的叉车，应用于仓储搬运，集装箱运输装卸，生产线材料运送传递等。由于其可以实现零半径旋转和横向移动，减少了仓储空间，节约了成本，提高了效率。在生活医疗领域，全方位移动机器人可用于电动轮椅和医疗护理，电动轮椅可以使行动不便的人在狭小的居室空间里面移动自如；医疗护理机器人则可以协助护士灵活地搬运患者。由于全方位移动机器人优越的运动性能，广阔的应用前景，人们对其展开了越来越多的研究。