社会经济发展促使了机器人的出现和发展,并由此提高社会的生产力水平和人们的生活质量。机器人可以用来完成人类不能或者不方便完成的事情,例如,火山探险、空间探索等工作,也可以让机器人做化学品检测、危险物搬运等对人身体有害的工作,单调枯燥的重复性苦力劳作也可让机器人来完成。机器人发展至今,已有各种各样的分类,例如,医生机器人、外科手术机器人、消防机器人、导盲机器人、深水探测机器人、军用机器人等,随着机器人技术的不断发展,机器人将会逐渐影响着人类社会的各行各业乃至贴近到人类生活的各个方面。借助于人类所建立的机器人信息平台,机器人的发展更为系统,人们可以利用机器人将社会的生产力提高到一个更高的水平。然而,在目前和今后很长地一段时间内,机器人技术的发展仍会有许多困难,这可能是由于社会发展的局限性,因而还是要依靠人类自身的发展来带动起发展。由此可见,机器人的作用只能辅助人类,而并不能主导社会的发展,这也是不被允许发生的局面。人类才永远是社会发展进步的主导力量,机器人只能是人类的附属。
1.2 爬行机器人的组成
机器人一般由驱动伺服单元、执行机构、传感系统和控制系统等组成。机器人本体机械结构的动作是依靠舵机驱动关节完成的,但是大多数机器人都是基于闭环控制原理。伺服控制器是使驱动单元驱动关节来带动负载并减少动作的实际偏差。本次所设计的驱动方式是采用舵机驱动。机器人机械结构又称执行机构,其一般结构是采用空间连杆机构,其中的关节(又称运动副),运动副个数又为机器人的自由度数。
机器人要正常工作,离不开和周围环境保持密切联系,所以机器人配有多种传感系统,有关节处的位置传感器(内部传感器)外,还要配备触觉、力觉、视觉等多种传感器(称作外部传感器)以及用于采集信号的传感器系统,其作用是实时测定机器人的运动情况,并反馈给控制系统,在与设定信息进行比较后,来调整执行机构,从而保证机器人按规定的要求动作。传感系统的传感器一般可以分为两类:一类是内部通信传感器,用于检测机器人内部运行状况,如各关节的加速度、速度、角位移等,然后将测得的信息返回至控制器,形成闭环控制。另一类是用于获取机器人的作用对象及外界环境等信息的外部信息传感器,这类传感器可以使机器人的动作适应外界环境的变化,使之更具自动化,并向智能化发展,例如利用触觉、视觉等外部传感器检测出工作对象及工作环境的相关信息,再利用这些信息构成一个反馈回路,从而将大大提高机器人的工作精度。
控制系统通常有两种方式。一种是集中式控制,指机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散(级)式控制。主要指各关节伺服驱动的指令值由处理器计算后,根据示教点空间位置的参考坐标、速度,把数据转变为关节的指令值【2】。
1.3 国内外机器人发展史
我国的多足爬行机器人研究起步较晚,从20世纪90年代有相关方面的研究工作才开始。
1991年,上海交通大学的马培荪等研制出JTUWM系列四足步行机器人。这种机
器人是参考哺乳动物的腿部外形制作的,每条腿有三个自由度,由伺服电机提供驱动力,并采用两级分布式控制系统,其以对角步态行走,脚底装有力传感器,慢速动态行走的极限步速大约为,1.7km/h。
2000年,马培荪等改进了第一代形状记忆合金SMA驱动的微型六足爬行机器人,研制出具有全方位运动能力的微型双三足步行机器人MDTWR,主要是将主体部分设计为上下两层相互平行的三叉支架,将六足改进成双三足,引入身体转动关节,并使用了新型的组合偏动SMA驱动器,使新一代的MDTWR具有全方位运动能力。