機(jī)器人的機(jī)構(gòu)與肢體課件

機(jī)器人技術(shù)概論IntroductiontoRoboticTechnology1機(jī)器人技術(shù)概論101 機(jī)器人的基本構(gòu)件02 機(jī)器人的自由度03 機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)04 機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)05 機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)06 機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)07 機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)第四章機(jī)器人的機(jī)構(gòu)與肢體(RoboticMechanism

and

Body)201 機(jī)器人的基本構(gòu)件第四章機(jī)器人的機(jī)構(gòu)與肢體2機(jī)器人的肌體是無機(jī)的，其中，最重要的是動(dòng)作器官，包括：機(jī)械腿，機(jī)械臂，和機(jī)械手。3機(jī)器人的肌體是無機(jī)的，其中，最重要的是動(dòng)作器官，包括：機(jī)械腿01機(jī)器人的基本構(gòu)件1.1

連桿：機(jī)器人的骨骼在機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，最基本的構(gòu)件有兩種：連桿（Link）：相當(dāng)于人或動(dòng)物的骨骼鉸鏈（Joint）：相當(dāng)于人或動(dòng)物的關(guān)節(jié)連桿，或稱“連接件”，一般為剛性物體，其中，理論上，任意兩點(diǎn)沒有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)。連桿，可以有各種各樣的形狀，可以由各種各樣的材料構(gòu)成，然而，都可以抽象為一條線段。401機(jī)器人的基本構(gòu)件1.1連桿：機(jī)器人的骨骼在機(jī)器人機(jī)構(gòu)01機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度連桿，需要與鉸鏈連合在一起。鉸鏈，是一種能將兩個(gè)連桿（剛體）連合在一起的機(jī)構(gòu)，它為連桿之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，提供物理上的約束。1.2

鉸鏈：機(jī)器人的關(guān)節(jié)(2)：旋轉(zhuǎn)鉸鏈鉸鏈，有多種形式：(4)：平移鉸鏈(1)：球形鉸鏈（萬向節(jié)）(3)：平面鉸鏈(5)：圓柱鉸鏈(6)：螺旋鉸鏈501機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度連桿，需要與鉸鏈連合在一起。鉸鏈01機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度鉸鏈，主要有兩種基本的形式：（所有的鉸鏈都是這兩種基本形式的組合）1.2

鉸鏈：機(jī)器人的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)鉸鏈：最常見的鉸鏈形式，約束兩個(gè)連桿相對(duì)旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。601機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度鉸鏈，主要有兩種基本的形式：1.01機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度鉸鏈，主要有兩種基本的形式：（所有的鉸鏈都是這兩種基本形式的組合）1.2

鉸鏈：機(jī)器人的關(guān)節(jié)平移鉸鏈：約束兩個(gè)連桿相對(duì)位移的運(yùn)動(dòng)。701機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度鉸鏈，主要有兩種基本的形式：1.02機(jī)器人的自由度2.1關(guān)于自由度概念自由度（Degree

of

Freedom，DoF），是表示一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)靈活性的尺度，意味著獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)的數(shù)量。自由度的概念，其意義在于：描述機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的靈活性或靈活程度，同時(shí)，建立起機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原理：多自由度機(jī)構(gòu)可以由單自由度機(jī)構(gòu)的串聯(lián)形成。例如：一個(gè)多自由度的機(jī)械臂，通常是由多個(gè)單自由度機(jī)構(gòu)串聯(lián)形成。802機(jī)器人的自由度2.1關(guān)于自由度概念自由度（Degre嚴(yán)格地，一個(gè)機(jī)構(gòu)的自由度（DoF），被定義為：完整描述其姿態(tài)（Pose）和構(gòu)型（Configuration）所需要的獨(dú)立的坐標(biāo)數(shù)量。因此，一個(gè)在笛卡爾三維空間中運(yùn)動(dòng)的剛體，有6個(gè)自由度，其中，3個(gè)為位置（Position）（位移自由度），3個(gè)為朝向（Orientation）（旋轉(zhuǎn)自由度）。機(jī)器人系統(tǒng)的自由度（DoF），一般由其關(guān)節(jié)的數(shù)量和自由度決定。具有驅(qū)動(dòng)力的鉸鏈或關(guān)節(jié)，被稱為主動(dòng)關(guān)節(jié)，相應(yīng)的自由度被稱為主動(dòng)自由度；而不具有驅(qū)動(dòng)力的鉸鏈或關(guān)節(jié)，則被稱為被動(dòng)關(guān)節(jié)，相應(yīng)的自由度也被稱為被動(dòng)自由度。02機(jī)器人的自由度2.1關(guān)于自由度概念9嚴(yán)格地，一個(gè)機(jī)構(gòu)的自由度（DoF），被定義為：完整描述其姿態(tài)01機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度連桿，需要與鉸鏈連合在一起。鉸鏈，是一種能將兩個(gè)連桿（剛體）連合在一起的機(jī)構(gòu)，它為連桿之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，提供物理上的約束。2.1關(guān)于自由度概念(2)：旋轉(zhuǎn)鉸鏈(1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度)鉸鏈，有多種形式：(4)：平移鉸鏈(1個(gè)平移自由度)(1)：球形鉸鏈（萬向節(jié)）(3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度)(3)：平面鉸鏈(3個(gè)自由度：1個(gè)旋轉(zhuǎn)和2個(gè)平移)(5)：圓柱鉸鏈(2個(gè)平移自由度：1個(gè)旋轉(zhuǎn)和1個(gè)平移)(6)：螺旋鉸鏈(1個(gè)自由度：1個(gè)平移)1001機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度連桿，需要與鉸鏈連合在一起。鉸鏈2.2自由度的計(jì)算方法計(jì)算自由度（DoF）的方法很多，Grubler-Kutzbach準(zhǔn)則（Criterion）是其中之一：其中：n：

整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的自由度（DoF）s：

運(yùn)動(dòng)空間的自由度

（2維：s=3；3維：s=6）r：

連桿（剛體）的數(shù)量p：

鉸鏈（關(guān)節(jié)）的數(shù)量ni：

各關(guān)節(jié)的相對(duì)自由度02機(jī)器人的自由度112.2自由度的計(jì)算方法計(jì)算自由度（DoF）的方法很多，Gr2.3自由度計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例1：二維空間中的四連桿機(jī)構(gòu)（其中有4個(gè)單自由度鉸鏈）整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的自由度（DoF）：n=？運(yùn)動(dòng)空間的自由度：s=3連桿（剛體）的數(shù)量：r=4鉸鏈（關(guān)節(jié)）的數(shù)量：p=4各關(guān)節(jié)的相對(duì)自由度：ni=1（i=1,2,3,4）02機(jī)器人的自由度122.3自由度計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例1：二維空間中的四連桿機(jī)構(gòu)（計(jì)算實(shí)例2：二維空間中的五連桿機(jī)構(gòu)（其中有5個(gè)單自由度鉸鏈）整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的自由度（DoF）：n=？運(yùn)動(dòng)空間的自由度：s=3連桿（剛體）的數(shù)量：r=5鉸鏈（關(guān)節(jié)）的數(shù)量：p=5各關(guān)節(jié)的相對(duì)自由度：ni=1（i=1,2,3,4,5）2.3自由度計(jì)算實(shí)例02機(jī)器人的自由度13計(jì)算實(shí)例2：二維空間中的五連桿機(jī)構(gòu)（其中有5個(gè)單自由度計(jì)算實(shí)例3：三維空間中的機(jī)械臂（其中有7個(gè)連桿（剛體），5個(gè)單自由度鉸鏈）整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的自由度（DoF）：n=？運(yùn)動(dòng)空間的自由度：s=6連桿（剛體）的數(shù)量：r=7鉸鏈（關(guān)節(jié)）的數(shù)量：p=6各關(guān)節(jié)的相對(duì)自由度：ni=1（i=1,2,3,4,5,6）2.3自由度計(jì)算實(shí)例02機(jī)器人的自由度14計(jì)算實(shí)例3：三維空間中的機(jī)械臂（其中有7個(gè)連桿（剛體）03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.1關(guān)于機(jī)器人動(dòng)力的傳送機(jī)器人的動(dòng)力源，包括電動(dòng)馬達(dá)，液動(dòng)或氣動(dòng)系統(tǒng)，一般不能直接地驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)（或稱末端效應(yīng)器：End-Effector，相當(dāng)于機(jī)器人的肢體，如：機(jī)械手或機(jī)械臂末端的夾持器，機(jī)械腿和機(jī)械足，輪足和履帶，等等）。以減速機(jī)構(gòu)為例：減速機(jī)構(gòu)是最常見和最普通的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一個(gè)每分鐘8000轉(zhuǎn)的直流電機(jī)，由于速度和轉(zhuǎn)矩的限制，一般不能直接驅(qū)動(dòng)輪式機(jī)器人的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)（包括輪子），需要減速機(jī)構(gòu)，對(duì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行變換。機(jī)器人的動(dòng)力，一般需要經(jīng)過傳動(dòng)系統(tǒng)（傳動(dòng)機(jī)構(gòu)），才能到達(dá)并驅(qū)動(dòng)需要?jiǎng)恿Φ哪┒藞?zhí)行機(jī)構(gòu)（末端效應(yīng)器），同時(shí)，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的速度，運(yùn)動(dòng)的方向，也需要傳動(dòng)系統(tǒng)（傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）的協(xié)調(diào)和控制。1503機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.1關(guān)于機(jī)器人動(dòng)力的傳送機(jī)器人的動(dòng)機(jī)器人動(dòng)力傳動(dòng)的形式很多，其中，齒輪傳動(dòng)是最常見的，最典型的。03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.2機(jī)器人的齒輪傳動(dòng)(1)：直齒圓柱齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速換向)(2)：斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速換向)(3)：人字齒圓柱齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速換向)(4)：內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速換向變換運(yùn)動(dòng)模式)16機(jī)器人動(dòng)力傳動(dòng)的形式很多，其中，齒輪傳動(dòng)是最常見的，最典型的機(jī)器人動(dòng)力傳動(dòng)的形式很多，其中，齒輪傳動(dòng)是最常見的，最典型的。03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.2機(jī)器人的齒輪傳動(dòng)(5)：齒輪齒條傳動(dòng)(傳動(dòng)：旋轉(zhuǎn)變位移)(6)：雙曲面齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速90換向)(7)：螺旋齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速90換向)(8)：蝸桿傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速90換向)(9)：直齒錐齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速90換向)(10)：斜齒錐齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速90換向)(11)：曲線齒錐齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速90換向)17機(jī)器人動(dòng)力傳動(dòng)的形式很多，其中，齒輪傳動(dòng)是最常見的，最典型的03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.2機(jī)器人的齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)可對(duì)馬達(dá)或發(fā)機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度和旋轉(zhuǎn)的方向進(jìn)行變換，還能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為位移運(yùn)動(dòng)。(a)傳遞(b)變速(c)平面換向(e)旋轉(zhuǎn)變位移(d)立體換向歸納起來，齒輪傳動(dòng)的形式有：1803機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.2機(jī)器人的齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)可對(duì)馬03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大部分齒輪都是定軸齒輪，其軸線是固定的。軸線固定的齒輪傳動(dòng)原理很簡(jiǎn)單，在一對(duì)互相嚙合的齒輪中，有一個(gè)齒輪作為主動(dòng)輪，動(dòng)力從它那里輸入，另一個(gè)齒輪作為從動(dòng)輪，動(dòng)力從它輸出。也有的齒輪僅作為中轉(zhuǎn)站，一邊與主動(dòng)輪嚙合，另一邊與從動(dòng)輪嚙合，動(dòng)力從它那里通過，這種齒輪叫惰輪。然而，有一類齒輪，它們的軸線安裝在一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的支架上，即，其軸線是不固定的。(a)主動(dòng)輪(b)從動(dòng)輪(c)惰輪1903機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)然而，有一類齒輪，它們的軸線安裝在一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的支架上，是不固定的。行星齒輪示意圖這種齒輪，即可以自轉(zhuǎn)（繞自己的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)），又可以公轉(zhuǎn)（繞其它的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)），因而，被稱為：行星齒輪。行星齒輪系統(tǒng)的原理較為復(fù)雜，功能和用途較為特殊。行星齒輪減速器，是行星齒輪的一種特殊用途，其中，包含一個(gè)太陽輪和3-4個(gè)行星輪。3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2003機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)然而，有一類齒輪，它們的軸線安裝在一個(gè)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所示：行星齒輪減速器可以有多種動(dòng)力傳送方式：行星齒輪減速器動(dòng)力從太陽輪輸入，從內(nèi)齒輪輸出，行星架鎖死；動(dòng)力從太陽輪輸入，從行星架輸出，內(nèi)齒輪鎖死；動(dòng)力從行星架輸入，從太陽輪輸出，內(nèi)齒輪鎖死；動(dòng)力從行星架輸入，從內(nèi)齒輪輸出，太陽輪鎖死；3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2103機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所示：動(dòng)力從內(nèi)齒輪輸入，從行星架輸出，太陽輪鎖死；動(dòng)力從內(nèi)齒輪輸入，從太陽輪輸出，行星架鎖死；兩股動(dòng)力分別從太陽輪和內(nèi)齒輪輸入合成，從行星架輸出；兩股動(dòng)力分別從行星架和太陽輪輸入合成，從內(nèi)齒輪輸出；行星齒輪減速器行星齒輪減速器可以有多種動(dòng)力傳送方式：3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2203機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所示：兩股動(dòng)力分別從行星架和內(nèi)齒輪輸入合成，從太陽輪輸出；動(dòng)力從太陽輪輸入，分兩路從內(nèi)齒輪和行星架輸出；動(dòng)力從行星架輸入，分兩路從太陽輪和內(nèi)齒輪輸出；動(dòng)力內(nèi)齒輪輸入，分兩路從太陽輪和行星架輸出。行星齒輪減速器行星齒輪減速器可以有多種動(dòng)力傳送方式：3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2303機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所示：體積小，承載能力大，工作平穩(wěn)；施加的力分布多個(gè)行星輪上，承受力矩大于同樣大小的直齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；傳動(dòng)比可以很大。行星齒輪減速器行星齒輪系的主要特點(diǎn)在于：3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)因此，行星齒輪系可用于構(gòu)造大傳動(dòng)比的變速器，即行星齒輪變速器。2403機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所三角帶與無級(jí)變速03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.4帶（Belt）鏈（Chain）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三角帶（V

Belt），指剖面為V字形（準(zhǔn)確地說是梯形）傳送帶，常常用于傳送電機(jī)的連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。(2)三角帶纖維編織層聚酯絲纜(3)V形槽傳送輪(1)V形帶傳送系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：

傳送距離大，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，簡(jiǎn)單，低廉。25三角帶與無級(jí)變速03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.4帶（Belt）(1)同步帶傳送系統(tǒng)同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.4帶（Belt）鏈（Chain）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同步帶（SynchronousBelt或Timing

Belt），是一種帶有齒條的傳送帶，傳送距離大，傳動(dòng)比固定，工作穩(wěn)定。(2)同步帶(3)同步帶輪26(1)同步帶傳送系統(tǒng)同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)鏈條（Daisy

Chain）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.4帶（Belt）鏈（Chain）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)許多機(jī)器人也采用了鏈條或履帶式傳動(dòng)。鏈條傳動(dòng)是我們熟悉的，自行車和摩托車的動(dòng)力傳動(dòng)，就主要采用鏈條傳動(dòng)形式。27鏈條（DaisyChain）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由連桿和凸輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以把電動(dòng)機(jī)的連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不等速運(yùn)動(dòng)（減速比可變化）的功能等。3.5連桿與凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連桿、曲柄和凸輪等形成的復(fù)雜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，能將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人肢體的動(dòng)作。機(jī)械腿的凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖中是機(jī)器昆蟲的機(jī)械腿及其運(yùn)動(dòng)示意圖，其中，齒輪接受從直流電動(dòng)機(jī)傳遞過來的動(dòng)力，與齒輪固定在同一軸上的凸輪周而復(fù)始地上下和前后推動(dòng)機(jī)械腿運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)使機(jī)器昆蟲向前爬行。2803機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由連桿和凸輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以把電動(dòng)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)自治移動(dòng)式機(jī)器人，自然需要移動(dòng)機(jī)構(gòu)（遷徙機(jī)構(gòu)）。移動(dòng)機(jī)構(gòu)（遷徙機(jī)構(gòu)），是機(jī)器人的腿或足。4.1關(guān)于移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)機(jī)器人有各種各樣的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，或者說，機(jī)器人有各種各樣的機(jī)械腿，大致可以分為兩類：旋轉(zhuǎn)型移動(dòng)機(jī)構(gòu)：主要特征是旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，如：輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，旋翼式推進(jìn)機(jī)構(gòu)等。移動(dòng)（遷徙），是自治移動(dòng)式機(jī)器人的生命特征之一。本節(jié)只介紹機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)式移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)，有關(guān)機(jī)器人仿生的移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)，留待下節(jié)介紹。仿生型移動(dòng)機(jī)構(gòu)：主要特征是往復(fù)交替運(yùn)動(dòng)，如：雙足機(jī)器人的腿和足，機(jī)器蜻蜓的翅膀，機(jī)器魚的鰭等。2904機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)自治移動(dòng)式機(jī)器人，自然需要移動(dòng)機(jī)構(gòu)（遷04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）采用輪式移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)的機(jī)器人，種類很多，其中，4輪（4-Wheeled）和3輪（3-Wheeled）的移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)是最普通的。像汽車一樣，依靠輪子移動(dòng)（遷徙），是最簡(jiǎn)單，最易于實(shí)現(xiàn)，并且，效率最高的移動(dòng)方式。六輪機(jī)器人：6-Wheeled

Robot兩輪機(jī)器人：2-WheeledRobot獨(dú)輪機(jī)器人：Single-Wheeled

Robot然而，在采用輪式移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)的機(jī)器人中，真正值得我們一提的是：其中，兩輪機(jī)器人和獨(dú)輪機(jī)器人，被稱為自平衡機(jī)器人（Self-Balancing

Robot）：3004機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）采用輪04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）六輪機(jī)器人，其移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)自然具有6個(gè)輪子，可以在崎嶇的環(huán)境中行走，因此，常常被月球車和火星車采用，如：美國(guó)的探測(cè)火星的旅居者。六輪機(jī)器人（6-Wheeled

Robot）3104機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）六輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）SHRIMP

是一款新穎的6輪機(jī)器人，研究的目的主要為圍繞火星探測(cè)任務(wù)。六輪機(jī)器人（6-Wheeled

Robot）SHRIMP

的前方有一個(gè)導(dǎo)向輪，身體兩側(cè)各有兩個(gè)輪子，尾部有一個(gè)尾輪。SHRIMP具有極高的機(jī)動(dòng)性，可以在亂石堆里行走，還能上下樓梯。3204機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）SHR04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)3304機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)33關(guān)于自平衡機(jī)器人：機(jī)器人系統(tǒng)中特殊的和重要的一類。自平衡機(jī)器人的研究水平，已經(jīng)成為反應(yīng)一個(gè)國(guó)家機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。其中，最典型的是兩輪機(jī)器人和獨(dú)輪機(jī)器人：04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）34關(guān)于自平衡機(jī)器人：機(jī)器人系統(tǒng)中特殊的和重要的一類。自平衡機(jī)器關(guān)于自平衡機(jī)器人：控制技術(shù)可用于導(dǎo)彈制導(dǎo)，火箭發(fā)射，航天飛機(jī)自動(dòng)駕駛，衛(wèi)星姿態(tài)控制，以及工業(yè)過程等。04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）35關(guān)于自平衡機(jī)器人：控制技術(shù)可用于導(dǎo)彈制導(dǎo)，火箭發(fā)射，航天飛機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）兩輪機(jī)器人，是一種自平衡機(jī)器人。自平衡機(jī)器人的研究水平，已經(jīng)成為反應(yīng)一個(gè)國(guó)家機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)水平的重要標(biāo)志。在實(shí)驗(yàn)機(jī)器人學(xué)的意義下，自平衡機(jī)器人屬科學(xué)研究型機(jī)器人，是新型的和智能的科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。自平衡機(jī)器人可用于機(jī)器人學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)控制的理論與方法，以及人工智能的科學(xué)研究和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。自平衡機(jī)器人先進(jìn)的控制技術(shù)可用于導(dǎo)彈制導(dǎo)，火箭發(fā)射，航天飛機(jī)自動(dòng)駕駛，同步衛(wèi)星姿態(tài)控制，以及數(shù)控機(jī)床和工業(yè)過程控制等。3604機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）兩輪機(jī)器人，自然只有兩個(gè)輪子。像兩輪自行車一樣，兩輪機(jī)器人本質(zhì)上是不穩(wěn)定的和不平衡的系統(tǒng)。兩輪機(jī)器人的兩個(gè)輪子，各由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其姿態(tài)（和d/dt）一般由慣性測(cè)量單元（Inertia

Measurement

Unit，IMU）測(cè)量?？刂破骺捎汕度胧焦た貦C(jī)或DSP器件擔(dān)任，根據(jù)機(jī)器人姿態(tài)狀況和運(yùn)動(dòng)需求，計(jì)算出控制量。3704機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）1986年，日本電氣通信大學(xué)KazuoYamafuji教授，構(gòu)思了一種只有兩個(gè)輪子的自平衡機(jī)械。這種自平衡機(jī)械像一般的自行車一樣有兩個(gè)輪子，然而，這兩個(gè)輪子是平行的或并排的，因而，取名“平行自行車”的。平行自行車被認(rèn)為是兩輪自平衡機(jī)器人的起源。之后，自平衡機(jī)器人便成為機(jī)器人家族中的一員。3804機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）美國(guó)麻省阿默斯特大學(xué)及MIT研制的uBot2000年之后，美國(guó)和日本等機(jī)器人技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家，對(duì)兩輪自平衡機(jī)器人系統(tǒng)開展了深入研究，并且，先后研制出了本國(guó)具有代表性的兩輪自平衡機(jī)器人。3904機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）2000年之后，美國(guó)和日本等機(jī)器人技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家，對(duì)兩輪自平衡機(jī)器人系統(tǒng)開展了深入研究，并且，先后研制出了本國(guó)具有代表性的兩輪自平衡機(jī)器人。日本伙伴機(jī)器人中的小號(hào)手，具有人工唇和人工肺，會(huì)吹奏樂器。4004機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）2000年之后，美國(guó)和日本等機(jī)器人技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家，對(duì)兩輪自平衡機(jī)器人系統(tǒng)開展了深入研究，并且，先后研制出了本國(guó)具有代表性的兩輪自平衡機(jī)器人。瑞士的Joe被人為是目前機(jī)動(dòng)性和魯棒性最好的兩輪機(jī)器人系統(tǒng)。4104機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）2000年之后，美國(guó)和日本等機(jī)器人技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家，對(duì)兩輪自平衡機(jī)器人系統(tǒng)開展了深入研究，并且，先后研制出了本國(guó)具有代表性的兩輪自平衡機(jī)器人。歐盟基于兩輪自平衡機(jī)器人技術(shù)，研制了兩輪自平衡垃圾車Bustbot，可自行穿梭于城市街道收集垃圾。4204機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）NASA的研究工作使人們看到了自平衡機(jī)器人潛在的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。4304機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）原人2號(hào)原人3號(hào)原人1號(hào)北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院“人工智能與機(jī)器人研究所”自行研制的兩輪自平衡機(jī)器人。4404機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）美國(guó)Segway公司的兩輪自平衡載人系統(tǒng)自平衡機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用4504機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）德國(guó)Transporter公司的兩輪載人拍攝系統(tǒng)HandsfreeTransporter用于電視等的拍攝或轉(zhuǎn)播4604機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）獨(dú)輪機(jī)器人（Single-Wheeled

Robot）研究表明，獨(dú)輪機(jī)器人是自平衡機(jī)器人中難度最大和最具有挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)。最早的有關(guān)獨(dú)輪機(jī)器人的研究報(bào)道可以追溯到上世紀(jì)80年代初：1980年，日本的Ozaka等人基于人走鋼絲的原理設(shè)計(jì)了一種獨(dú)輪機(jī)械，依靠機(jī)器臂左右移動(dòng)的質(zhì)量塊維持平衡。1987年，美國(guó)斯坦福大學(xué)基于陀螺原理，采用水平旋轉(zhuǎn)輪作側(cè)平衡機(jī)構(gòu)，運(yùn)用LQR實(shí)現(xiàn)了縱向平衡控制。4704機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）獨(dú)輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）獨(dú)輪機(jī)器人（Single-Wheeled

Robot）1990年，美國(guó)MIT采用斯坦福模型研制了獨(dú)輪機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)自平衡，但不能行走。日本千葉大學(xué)基于斯坦福模型設(shè)計(jì)了具有雙陀螺側(cè)平衡機(jī)構(gòu)的獨(dú)輪機(jī)器人。4804機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）獨(dú)輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）獨(dú)輪機(jī)器人（Single-Wheeled

Robot）1995年，日本電氣通信大學(xué)大Yamafuji和Sheng等人構(gòu)思了一種模仿人騎獨(dú)輪車的機(jī)器。其中設(shè)計(jì)了仿人的大腿、小腿、腳，試圖完全采用人的方式控制獨(dú)輪機(jī)器人平衡。4904機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）獨(dú)輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）獨(dú)輪機(jī)器人（Single-Wheeled

Robot）2007年，美國(guó)加州大學(xué)利用慣性飛輪構(gòu)造側(cè)平衡機(jī)構(gòu)，研制成功第一個(gè)原理系統(tǒng)Unibot。2008年，日本村田制作所基于加州大學(xué)模型，制作了村田少女。5004機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）獨(dú)輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）獨(dú)輪機(jī)器人（Single-Wheeled

Robot）村田少女的研制成功，在國(guó)際上產(chǎn)生了極大的影響，我國(guó)中央電視臺(tái)在新聞節(jié)目中進(jìn)行了即時(shí)地報(bào)道。5104機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）獨(dú)輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）獨(dú)輪機(jī)器人（Single-Wheeled

Robot）北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院“人工智能與機(jī)器人研究所”自行研制的獨(dú)輪自平衡機(jī)器人。5204機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）獨(dú)輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.3機(jī)器人的履帶式移動(dòng)（遷徙）為了適應(yīng)等為復(fù)雜的道路或環(huán)境，許多機(jī)器人，像坦克和履帶式拖拉機(jī)一樣，采用了履帶式移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)。一個(gè)極富創(chuàng)意的履帶式概念機(jī)器足，整個(gè)系統(tǒng)就是一個(gè)履帶式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，作為機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以在雪地等復(fù)雜環(huán)境中工作。5304機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.3機(jī)器人的履帶式移動(dòng)（遷徙）為了04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.3機(jī)器人的履帶式移動(dòng)（遷徙）為了適應(yīng)較為復(fù)雜的道路或環(huán)境，許多機(jī)器人，像坦克和履帶式拖拉機(jī)一樣，采用了履帶式移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)。Talonmachines：美軍的機(jī)器工兵，排爆機(jī)器人，據(jù)說美軍在伊拉克布置了2500個(gè)Talon機(jī)器人。

5404機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.3機(jī)器人的履帶式移動(dòng)（遷徙）為了04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.3機(jī)器人的履帶式移動(dòng)（遷徙）為了適應(yīng)較為復(fù)雜的道路或環(huán)境，許多機(jī)器人，像坦克和履帶式拖拉機(jī)一樣，采用了履帶式移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)。美軍的機(jī)器戰(zhàn)士5504機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.3機(jī)器人的履帶式移動(dòng)（遷徙）為了04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.4飛行機(jī)器人的移動(dòng)（遷徙）目前的飛行機(jī)器人主要采用旋翼推進(jìn)機(jī)構(gòu)。右圖是美軍設(shè)計(jì)的機(jī)器鷹，能做各種特技飛行，執(zhí)行特殊的偵察任務(wù)，然而，與圖真正的鷹相比，其飛行技能還差得很遠(yuǎn)。鷹與機(jī)器鷹有不同的翅膀飛行機(jī)器人，是在空中移動(dòng)（遷徙）的機(jī)器人。翅膀是鳥的遷移器官。飛行機(jī)器人也有翅膀，然而，這種翅膀一般不能象鳥的翅膀那樣撲騰。5604機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.4飛行機(jī)器人的移動(dòng)（遷徙）目前的04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.4飛行機(jī)器人的移動(dòng)（遷徙）美國(guó)的飛行機(jī)器人（Flying

Robot），UAV（UnmannedAerialVehicle），頻繁地在阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中執(zhí)行任務(wù)。UAV

采用的推進(jìn)方式仍然是旋翼飛行機(jī)構(gòu)。5704機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.4飛行機(jī)器人的移動(dòng)（遷徙）美國(guó)的05機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.1關(guān)于仿生移動(dòng)機(jī)構(gòu)：機(jī)械腿正如上一節(jié)我們已經(jīng)介紹過的，自治移動(dòng)式機(jī)器人的腿，大致可以分為兩類：旋轉(zhuǎn)型移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)是高效的，然而，難以適應(yīng)特殊的和復(fù)雜的環(huán)境。旋轉(zhuǎn)型移動(dòng)機(jī)構(gòu)：主要特征是旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，如：輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，旋翼式推進(jìn)機(jī)構(gòu)等。放生型移動(dòng)機(jī)構(gòu)：主要特征是往復(fù)交替運(yùn)動(dòng)，如：雙足機(jī)器人的腿和足，機(jī)器蜻蜓的翅膀，機(jī)器魚的鰭等。為了使自治移動(dòng)時(shí)機(jī)器人更像人或動(dòng)物一樣移動(dòng)（遷徙），像人和動(dòng)物一樣能夠適應(yīng)特殊的和復(fù)雜的環(huán)境，人們開始研究和設(shè)計(jì)各種仿生型移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)。5805機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.1關(guān)于仿生移動(dòng)機(jī)構(gòu)：機(jī)械腿正如上05機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.2人形機(jī)器人的腿人形機(jī)器人，模仿人的外貌，形態(tài)，構(gòu)造（生理結(jié)構(gòu)），運(yùn)動(dòng)方式（包括人直立行走的方式），行為方式（包括智能行為）。為了像人那樣直立行走，機(jī)器人就需要有兩條像人一樣的腿。日本HondaMotorCo.經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)15年的時(shí)間，于2000年，研制成功了人形機(jī)器人ASIMO。ASIMO有一雙類似人的腿，是世界上第一個(gè)能能像人一樣輕松優(yōu)雅地行走的機(jī)器人。5905機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.2人形機(jī)器人的腿人形機(jī)器人，模仿05機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.2人形機(jī)器人的腿ASIMO這樣的人形機(jī)器人，又稱：雙足機(jī)器人（Biped

Robot）。研究雙足機(jī)器人，目的之一在于：闡明人類直立行走的機(jī)理。人形機(jī)器人腿的自由度因此，人形機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)，實(shí)際上，就是模仿人類雙腿生理結(jié)構(gòu)的放生系統(tǒng)。人形機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)，一般由單自由度的多個(gè)旋轉(zhuǎn)鉸鏈和多個(gè)連桿機(jī)構(gòu)形成。人形機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)的自由度，主要模擬人類雙腿的3個(gè)重要關(guān)節(jié)，即：1）髖關(guān)節(jié)，2）膝關(guān)節(jié)，3）踝關(guān)節(jié)；分單腿6自由度和7自由度兩種形式。6005機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.2人形機(jī)器人的腿ASIMO這樣05機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.2人形機(jī)器人的腿單腿7自由度的形式：髖關(guān)節(jié)：3自由度（DoF，包括：縱搖軸，橫搖軸，偏轉(zhuǎn)軸，3個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）膝關(guān)節(jié)：2自由度（DoF，包括：縱搖軸，偏轉(zhuǎn)軸，2個(gè)自由度）踝關(guān)節(jié)：2自由度（DoF，包括：縱搖軸，橫搖軸，2個(gè)自由度）人形機(jī)器人腿的自由度人形機(jī)器人單腿7自由度的仿生機(jī)械腿結(jié)構(gòu)示意圖髖關(guān)節(jié)膝關(guān)節(jié)踝關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)縱搖橫搖正前方向6105機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.2人形機(jī)器人的腿單腿7自由度05機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.2人形機(jī)器人的腿人形機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)，一般采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。人形機(jī)器人腿的驅(qū)動(dòng)方式最簡(jiǎn)單的方式：電機(jī)固定于關(guān)節(jié)上部構(gòu)件，電機(jī)軸固定于關(guān)節(jié)下部構(gòu)件?？蛇x方式之一：電機(jī)固定于上部構(gòu)件，通過減速器，同步帶，帶動(dòng)下部構(gòu)建。仿生的腿驅(qū)動(dòng)方式6205機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.2人形機(jī)器人的腿人形機(jī)器人腿部關(guān)05機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.2人形機(jī)器人的腿人形機(jī)器人的腳掌機(jī)構(gòu)與腿部機(jī)構(gòu)是一體的。人形機(jī)器人的腳掌機(jī)構(gòu)腳掌的作用是，使踝關(guān)節(jié)能夠圍繞著地點(diǎn)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這對(duì)于人形機(jī)器人直立行走有重要意義。人形機(jī)器人需要與地面保持良好的接觸狀態(tài)，以得到足夠的摩擦力，從而，由地面獲得向前行進(jìn)的反作用力。一塊板兩塊板帶腳趾(1)：簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。(2)：夾層為減震器，使行走更為平穩(wěn)。(3)：可以增加腳底的抓地力，提高控制的維數(shù)。腳掌可安裝力傳感器，為行走控制提供信息。6305機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.2人形機(jī)器人的腿人形機(jī)器人的腳掌05機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.3機(jī)器狗的腿其中一些研究人員發(fā)起成立了波士頓動(dòng)力公司（BostonDynamics）。美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）有一個(gè)腿機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室（MITLegLaboratory），專門研究仿生的機(jī)械腿。6405機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.3機(jī)器狗的腿其中一些研究人員發(fā)起05機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.3機(jī)器狗的腿美國(guó)武器合約商波士頓動(dòng)力公司（BostonDynamics）研制了一種運(yùn)輸機(jī)器人——“大狗”（BigDog）BigDog高約1米，重75kg，最大負(fù)載340磅，時(shí)速可達(dá)120km。BigDog有維持機(jī)身平衡的回轉(zhuǎn)儀，內(nèi)力傳感器等，可探測(cè)或感知地勢(shì)變化?？勘旧淼牧Ⅲw視覺系統(tǒng)或遠(yuǎn)程遙控器確認(rèn)路徑。BigDog有四只強(qiáng)有力的腿，每條腿有三個(gè)關(guān)節(jié)，其中一個(gè)是彈性關(guān)節(jié)。這些關(guān)節(jié)由一個(gè)機(jī)載計(jì)算機(jī)處理器控制。采用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。6505機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.3機(jī)器狗的腿美國(guó)武器合約商波士頓05機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.3機(jī)器狗的腿現(xiàn)代版的木牛流馬：美國(guó)的大狗（BIGDOG），一個(gè)運(yùn)輸機(jī)器人。6605機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.3機(jī)器狗的腿現(xiàn)代版的木牛流馬：美05機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.4機(jī)器昆蟲的腿肌肉和電動(dòng)機(jī)是完全不同的兩種動(dòng)力源，因此，機(jī)器人的遷移器官與自然生命的遷移器官存在很大的差異。與依賴旋轉(zhuǎn)型移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)的機(jī)器人（機(jī)器生命）相比，人和動(dòng)物的遷徙器官更適應(yīng)復(fù)雜的自然或地理環(huán)境。越來越多的機(jī)器人（機(jī)器生命）模仿動(dòng)物的遷徙運(yùn)動(dòng)。具有六條腿的機(jī)器昆蟲，已經(jīng)成為機(jī)器生命家族中的重要成員。機(jī)電化6705機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.4機(jī)器昆蟲的腿肌肉和電動(dòng)機(jī)是完全05機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.4機(jī)器昆蟲的腿LAURON

III是一個(gè)機(jī)器昆蟲，有6條機(jī)械腿。各條腿各3個(gè)自由度（？），各只足安裝有一個(gè)3軸力覺傳感器，能在崎嶇的環(huán)境中行走。LAURON

III：一個(gè)機(jī)器昆蟲（Robotic

Insect）6805機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)5.4機(jī)器昆蟲的腿LAURONII06機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.1關(guān)于機(jī)器人的臂（Arm）：機(jī)械臂機(jī)械臂（Robotic

Arm），是機(jī)器人系統(tǒng)中類似人類胳膊的機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人學(xué)較早研究的系統(tǒng)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工廠的自動(dòng)生產(chǎn)線。6906機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.1關(guān)于機(jī)器人的臂（Arm）：機(jī)械06機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.1關(guān)于機(jī)器人的臂（Arm）：機(jī)械臂實(shí)際上，所謂“工業(yè)機(jī)器人”，就是一個(gè)固定于基座上的機(jī)械臂，是一個(gè)自動(dòng)的操作機(jī)構(gòu)。隨著機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械臂不再僅僅或只是固定于基座上。機(jī)械臂開始成為自主移動(dòng)式機(jī)器人重要的組成部分。7006機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.1關(guān)于機(jī)器人的臂（Arm）：機(jī)械06機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.1關(guān)于機(jī)器人的臂（Arm）：機(jī)械臂ASIMO有一雙靈巧的機(jī)械臂7106機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.1關(guān)于機(jī)器人的臂（Arm）：機(jī)械06機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.2臂部機(jī)構(gòu)的自由度在3D空間中的無約束物體，可以作平行于X軸，Y軸，Z軸的平移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，還可以圍繞X軸，Y軸，Z軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，具有6個(gè)自由度（DoF）：3個(gè)與位置相關(guān)的自由度，3個(gè)與姿態(tài)相關(guān)的自由度。因此，為了能夠任意地操作物體的位置和姿態(tài)，機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)，必須至少具備6個(gè)自由度（DoF）。人的臂部，有7個(gè)自由度：肩關(guān)節(jié)3個(gè)，肘關(guān)節(jié)2，腕關(guān)節(jié)2個(gè)。多于6個(gè)的自由度，被稱為：“冗余自由度”（Redundant

Degree

of

Freedom）。實(shí)際上，機(jī)械臂的自由度應(yīng)依據(jù)其作業(yè)任務(wù)的需求。例如，僅限于2D空間的作業(yè)，或許3個(gè)自由度就夠了。7206機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.2臂部機(jī)構(gòu)的自由度在3D空間06機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.3臂部機(jī)構(gòu)的構(gòu)成不計(jì)夾持器，圖中的機(jī)械臂，共有8個(gè)自由度，其中，7個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，1個(gè)平移自由度。機(jī)械臂的關(guān)節(jié)也可以選用多自由度的鉸鏈，如球形關(guān)節(jié)。然而，多自由度的鉸鏈一般只能是被動(dòng)關(guān)節(jié)，如：球形關(guān)節(jié)一般只有3個(gè)被動(dòng)自由度。為了真正實(shí)現(xiàn)帶驅(qū)動(dòng)的3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，一般需要3個(gè)單自由度主動(dòng)關(guān)節(jié)的串聯(lián)。機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)，一般由單自由度的多個(gè)旋轉(zhuǎn)鉸鏈和多個(gè)連桿連合形成。平移扭轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)7306機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.3臂部機(jī)構(gòu)的構(gòu)成不計(jì)夾持器，圖中06機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.4臂部機(jī)構(gòu)的動(dòng)作形態(tài)關(guān)節(jié)的構(gòu)成方式，以及自由度的實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)機(jī)械臂的操作性和空間可達(dá)性等性能指標(biāo)，影響極大。機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的目的是，使機(jī)械手或末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)（End-Effector）抵達(dá)預(yù)定的空間坐標(biāo)。相同自由度的機(jī)械臂，可以不同的串聯(lián)方式；不同的串聯(lián)方式，將導(dǎo)致不同的功能或結(jié)果。考慮旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)軸垂直于連桿長(zhǎng)度方向），扭轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)軸平行于連桿長(zhǎng)度方向），平移三種鉸鏈的組合，構(gòu)造一個(gè)3自由度的機(jī)械臂，其串聯(lián)方式多達(dá)27種。然而，根據(jù)機(jī)械臂的動(dòng)作形態(tài)，這27種形式中，具有代表性的關(guān)節(jié)構(gòu)成，一共有4種。7406機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.4臂部機(jī)構(gòu)的動(dòng)作形態(tài)關(guān)節(jié)的構(gòu)成方06機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.4臂部機(jī)構(gòu)的動(dòng)作形態(tài)具有代表性的機(jī)械臂關(guān)節(jié)構(gòu)成：(c)(a)扭轉(zhuǎn)(b)豎直位移(c)水平位移(a)(b)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械臂

（Cylindrical

Coordinates

Robot）7506機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.4臂部機(jī)構(gòu)的動(dòng)作形態(tài)具有代表性的06機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.4臂部機(jī)構(gòu)的動(dòng)作形態(tài)具有代表性的機(jī)械臂關(guān)節(jié)構(gòu)成：直角坐標(biāo)型機(jī)械臂

（Cartesian

Coordinates

Robot）(a)(c)(b)(a)(c)(b)(a)(b)(c)均為平移關(guān)節(jié)7606機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.4臂部機(jī)構(gòu)的動(dòng)作形態(tài)具有代表性的06機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.4臂部機(jī)構(gòu)的動(dòng)作形態(tài)具有代表性的機(jī)械臂關(guān)節(jié)構(gòu)成：極坐標(biāo)型機(jī)械臂

（Polar

Coordinates

Robot）(a)(c)(b)(a)扭轉(zhuǎn)(b)旋轉(zhuǎn)(c)平移7706機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.4臂部機(jī)構(gòu)的動(dòng)作形態(tài)具有代表性的(a)扭轉(zhuǎn)(c)旋轉(zhuǎn)(b)旋轉(zhuǎn)06機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.4臂部機(jī)構(gòu)的動(dòng)作形態(tài)具有代表性的機(jī)械臂關(guān)節(jié)構(gòu)成：關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)械臂

（ArticulateRobot）78(a)扭轉(zhuǎn)(c)旋轉(zhuǎn)(b)旋轉(zhuǎn)06機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)6.407機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)7.1關(guān)于機(jī)器人的手（Hand）：機(jī)械手機(jī)械手（Robotic

Hand），是機(jī)器人系統(tǒng)中類似人類手的機(jī)構(gòu)，是一種典型的仿生機(jī)構(gòu)。人類的雙手是極為靈巧的，機(jī)械的操作系統(tǒng)一般很難達(dá)到人類手的靈活性，正因?yàn)槿绱?，模仿人類的手以使機(jī)器人具有類似人類的操作能力的夢(mèng)想，便成為一種動(dòng)力和挑戰(zhàn)，推動(dòng)著機(jī)器手的科學(xué)研究。自然地，機(jī)械手與機(jī)械臂是聯(lián)系在一起的。實(shí)際上，機(jī)械手是機(jī)械臂的“末端執(zhí)行器”?！澳┒藞?zhí)行器”（End

Effector），是機(jī)械臂末端直接作用于對(duì)象的操作器（Manipulator）。然而，大多數(shù)末端執(zhí)行器只能面向簡(jiǎn)單的和單一的操作任務(wù)，一般不具有人手靈巧的和通用（萬能）的操作功能。7907機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)7.1關(guān)于機(jī)器人的手（Hand）：機(jī)07機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)7.2工業(yè)型末端執(zhí)行器末端執(zhí)行器的種類很多，工業(yè)型末端執(zhí)行器是一大類，如：焊槍，噴槍，電磁吸盤，真空吸盤，等等。其中，吸盤具有了類似動(dòng)物手或肢體的功能特征。8007機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)7.2工業(yè)型末端執(zhí)行器末端執(zhí)行器的種07機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)7.3夾持器：原始的機(jī)械手夾持器（Gripper），也是一種末端執(zhí)行器。但夾持器更接近于手，因?yàn)?，它的作用就是像手那樣抓握物體。夾持器就是原始的機(jī)械手。機(jī)器人的夾持器，有些像鉗子，就是一種夾具，可以?shī)A取被操作的對(duì)象。為了夾取被操作的對(duì)象，夾持器需要完成開合的動(dòng)作。夾持器可以有不同設(shè)計(jì)，不同結(jié)構(gòu)，不同驅(qū)動(dòng)，不同的原理。8107機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)7.3夾持器：原始的機(jī)械手夾持器（G07機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)7.4機(jī)器人的靈巧手夾持器只有兩個(gè)手指。為了更接近人類的手，機(jī)械手由兩個(gè)手指的夾持器，發(fā)展出3個(gè)手指的機(jī)械手，直至5個(gè)手指的機(jī)械靈巧手。8207機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)7.4機(jī)器人的靈巧手夾持器只有兩個(gè)手07機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)7.4機(jī)器人的靈巧手夾持器只有兩個(gè)手指。為了更接近人類的手，機(jī)械手由兩個(gè)手指的夾持器，發(fā)展出3個(gè)手指的機(jī)械手，直至5個(gè)手指的機(jī)械靈巧手。8307機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)7.4機(jī)器人的靈巧手夾持器只有兩個(gè)手07機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)7.4機(jī)器人的靈巧手歐洲的科學(xué)家，成功地把一只機(jī)械手與一個(gè)從手腕截肢的人聯(lián)系起來，使他能通過意念控制機(jī)械手，并且，產(chǎn)生對(duì)機(jī)械手的感覺。科學(xué)家說，這是第一次，一個(gè)斷肢的人，能通過意念控制一個(gè)與自己的神經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)系在一起的生物機(jī)電手，從而，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的手部運(yùn)動(dòng)。8407機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)7.4機(jī)器人的靈巧手歐洲的科學(xué)家，成思考與練習(xí)[1]

在機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，最基本的構(gòu)件有兩種：一是

，相當(dāng)于人或動(dòng)物的

；二是

，相當(dāng)于人和動(dòng)物的

。[3]

右圖有6種鉸鏈，每一種鉸鏈各有幾個(gè)自由度？幾個(gè)平移自由度？幾個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度？[2]

鉸鏈有哪兩種基本的形式？其各自的作用是什么？85思考與練習(xí)[1] 在機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，最基本的構(gòu)件有兩種：一是思考與練習(xí)[4]

什么是自由度？一個(gè)在笛卡爾3維空間中運(yùn)動(dòng)的剛體，有幾個(gè)自由度？幾個(gè)位置自由度？幾個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度？[5] 2維空間中的剛體有幾個(gè)自由度？幾個(gè)位置自由度？幾個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度？1維空間呢？[7]

右圖是二維空間中的五連桿機(jī)構(gòu)，計(jì)算它的自由度。[6]

什么叫主動(dòng)關(guān)節(jié)？什么叫被動(dòng)關(guān)節(jié)？什么叫主動(dòng)自由度？什么叫被動(dòng)自由度？86思考與練習(xí)[4] 什么是自由度？一個(gè)在笛卡爾3維空間中運(yùn)動(dòng)的思考與練習(xí)[8]

移動(dòng)機(jī)構(gòu)（遷徙機(jī)構(gòu)），是機(jī)器人的腿或足。機(jī)器人有各種各樣的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，大致可以分為兩類。哪兩類？[9]

機(jī)器人主要有兩類移動(dòng)機(jī)構(gòu)，一類是旋轉(zhuǎn)型移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其主要的運(yùn)動(dòng)方式是

運(yùn)動(dòng)；另一類是放生型移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其主要運(yùn)動(dòng)方式是

運(yùn)動(dòng)。[12]

為什么兩輪機(jī)器人和獨(dú)輪機(jī)器人被稱為平衡機(jī)器人（BalancingRobot）或自平衡機(jī)器人（Self-BalancingRobot）？[13]

自平衡機(jī)器人具有什么樣的研究意義或研究?jī)r(jià)值？[10]

對(duì)于機(jī)器人系統(tǒng)（RoboticSystem）而言，旋轉(zhuǎn)型移動(dòng)機(jī)構(gòu)有什么優(yōu)點(diǎn)？有什么缺點(diǎn)？[11]

對(duì)于機(jī)器人系統(tǒng)（RoboticSystem）而言，仿生型移動(dòng)機(jī)構(gòu)有什么優(yōu)點(diǎn)？有什么缺點(diǎn)？87思考與練習(xí)[8] 移動(dòng)機(jī)構(gòu)（遷徙機(jī)構(gòu)），是機(jī)器人的腿或足。機(jī)思考與練習(xí)[14]

人形機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)的自由度，主要模擬人類雙腿的3個(gè)重要關(guān)節(jié)，即：1）

，2）

，3）

。[15]

圖中的人形機(jī)器人，每一條腿有多少自由度？其中，髖關(guān)節(jié)有幾個(gè)自由度，膝關(guān)節(jié)有幾個(gè)自由度，踝關(guān)節(jié)有幾個(gè)自由度？人形機(jī)器人的仿生機(jī)械腿結(jié)構(gòu)示意圖髖關(guān)節(jié)膝關(guān)節(jié)踝關(guān)節(jié)[16]

機(jī)械臂的自由度應(yīng)該怎樣確定？二維空間中的機(jī)械臂至少需要多少個(gè)自由度？三維空間的呢？88思考與練習(xí)[14] 人形機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)的自由度，主要模擬人類思考與練習(xí)[17]

圖中是四種最具有代表性的和典型的機(jī)械臂，說出它們的名字和所具有的自由度。(a)扭轉(zhuǎn)(b)豎直位移(c)水平位移(a)(c)(b)(a)扭轉(zhuǎn)(b)旋轉(zhuǎn)(c)平移(a)扭轉(zhuǎn)(c)旋轉(zhuǎn)(b)旋轉(zhuǎn)89思考與練習(xí)[17] 圖中是四種最具有代表性的和典型的機(jī)械臂，機(jī)器生命的機(jī)體是無機(jī)的，然而，其活性與自然生命是相同的或相似的。90機(jī)器生命的機(jī)體是無機(jī)的，然而，其活性與自然生命是相同的或相似機(jī)器人技術(shù)概論IntroductiontoRoboticTechnology91機(jī)器人技術(shù)概論101 機(jī)器人的基本構(gòu)件02 機(jī)器人的自由度03 機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)04 機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)05 機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)06 機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)07 機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)第四章機(jī)器人的機(jī)構(gòu)與肢體(RoboticMechanism

and

Body)9201 機(jī)器人的基本構(gòu)件第四章機(jī)器人的機(jī)構(gòu)與肢體2機(jī)器人的肌體是無機(jī)的，其中，最重要的是動(dòng)作器官，包括：機(jī)械腿，機(jī)械臂，和機(jī)械手。93機(jī)器人的肌體是無機(jī)的，其中，最重要的是動(dòng)作器官，包括：機(jī)械腿01機(jī)器人的基本構(gòu)件1.1

連桿：機(jī)器人的骨骼在機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，最基本的構(gòu)件有兩種：連桿（Link）：相當(dāng)于人或動(dòng)物的骨骼鉸鏈（Joint）：相當(dāng)于人或動(dòng)物的關(guān)節(jié)連桿，或稱“連接件”，一般為剛性物體，其中，理論上，任意兩點(diǎn)沒有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)。連桿，可以有各種各樣的形狀，可以由各種各樣的材料構(gòu)成，然而，都可以抽象為一條線段。9401機(jī)器人的基本構(gòu)件1.1連桿：機(jī)器人的骨骼在機(jī)器人機(jī)構(gòu)01機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度連桿，需要與鉸鏈連合在一起。鉸鏈，是一種能將兩個(gè)連桿（剛體）連合在一起的機(jī)構(gòu)，它為連桿之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，提供物理上的約束。1.2

鉸鏈：機(jī)器人的關(guān)節(jié)(2)：旋轉(zhuǎn)鉸鏈鉸鏈，有多種形式：(4)：平移鉸鏈(1)：球形鉸鏈（萬向節(jié)）(3)：平面鉸鏈(5)：圓柱鉸鏈(6)：螺旋鉸鏈9501機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度連桿，需要與鉸鏈連合在一起。鉸鏈01機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度鉸鏈，主要有兩種基本的形式：（所有的鉸鏈都是這兩種基本形式的組合）1.2

鉸鏈：機(jī)器人的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)鉸鏈：最常見的鉸鏈形式，約束兩個(gè)連桿相對(duì)旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。9601機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度鉸鏈，主要有兩種基本的形式：1.01機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度鉸鏈，主要有兩種基本的形式：（所有的鉸鏈都是這兩種基本形式的組合）1.2

鉸鏈：機(jī)器人的關(guān)節(jié)平移鉸鏈：約束兩個(gè)連桿相對(duì)位移的運(yùn)動(dòng)。9701機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度鉸鏈，主要有兩種基本的形式：1.02機(jī)器人的自由度2.1關(guān)于自由度概念自由度（Degree

of

Freedom，DoF），是表示一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)靈活性的尺度，意味著獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)的數(shù)量。自由度的概念，其意義在于：描述機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的靈活性或靈活程度，同時(shí)，建立起機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原理：多自由度機(jī)構(gòu)可以由單自由度機(jī)構(gòu)的串聯(lián)形成。例如：一個(gè)多自由度的機(jī)械臂，通常是由多個(gè)單自由度機(jī)構(gòu)串聯(lián)形成。9802機(jī)器人的自由度2.1關(guān)于自由度概念自由度（Degre嚴(yán)格地，一個(gè)機(jī)構(gòu)的自由度（DoF），被定義為：完整描述其姿態(tài)（Pose）和構(gòu)型（Configuration）所需要的獨(dú)立的坐標(biāo)數(shù)量。因此，一個(gè)在笛卡爾三維空間中運(yùn)動(dòng)的剛體，有6個(gè)自由度，其中，3個(gè)為位置（Position）（位移自由度），3個(gè)為朝向（Orientation）（旋轉(zhuǎn)自由度）。機(jī)器人系統(tǒng)的自由度（DoF），一般由其關(guān)節(jié)的數(shù)量和自由度決定。具有驅(qū)動(dòng)力的鉸鏈或關(guān)節(jié)，被稱為主動(dòng)關(guān)節(jié)，相應(yīng)的自由度被稱為主動(dòng)自由度；而不具有驅(qū)動(dòng)力的鉸鏈或關(guān)節(jié)，則被稱為被動(dòng)關(guān)節(jié)，相應(yīng)的自由度也被稱為被動(dòng)自由度。02機(jī)器人的自由度2.1關(guān)于自由度概念99嚴(yán)格地，一個(gè)機(jī)構(gòu)的自由度（DoF），被定義為：完整描述其姿態(tài)01機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度連桿，需要與鉸鏈連合在一起。鉸鏈，是一種能將兩個(gè)連桿（剛體）連合在一起的機(jī)構(gòu)，它為連桿之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，提供物理上的約束。2.1關(guān)于自由度概念(2)：旋轉(zhuǎn)鉸鏈(1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度)鉸鏈，有多種形式：(4)：平移鉸鏈(1個(gè)平移自由度)(1)：球形鉸鏈（萬向節(jié)）(3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度)(3)：平面鉸鏈(3個(gè)自由度：1個(gè)旋轉(zhuǎn)和2個(gè)平移)(5)：圓柱鉸鏈(2個(gè)平移自由度：1個(gè)旋轉(zhuǎn)和1個(gè)平移)(6)：螺旋鉸鏈(1個(gè)自由度：1個(gè)平移)10001機(jī)器人基本構(gòu)件與自由度連桿，需要與鉸鏈連合在一起。鉸鏈2.2自由度的計(jì)算方法計(jì)算自由度（DoF）的方法很多，Grubler-Kutzbach準(zhǔn)則（Criterion）是其中之一：其中：n：

整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的自由度（DoF）s：

運(yùn)動(dòng)空間的自由度

（2維：s=3；3維：s=6）r：

連桿（剛體）的數(shù)量p：

鉸鏈（關(guān)節(jié)）的數(shù)量ni：

各關(guān)節(jié)的相對(duì)自由度02機(jī)器人的自由度1012.2自由度的計(jì)算方法計(jì)算自由度（DoF）的方法很多，Gr2.3自由度計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例1：二維空間中的四連桿機(jī)構(gòu)（其中有4個(gè)單自由度鉸鏈）整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的自由度（DoF）：n=？運(yùn)動(dòng)空間的自由度：s=3連桿（剛體）的數(shù)量：r=4鉸鏈（關(guān)節(jié)）的數(shù)量：p=4各關(guān)節(jié)的相對(duì)自由度：ni=1（i=1,2,3,4）02機(jī)器人的自由度1022.3自由度計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例1：二維空間中的四連桿機(jī)構(gòu)（計(jì)算實(shí)例2：二維空間中的五連桿機(jī)構(gòu)（其中有5個(gè)單自由度鉸鏈）整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的自由度（DoF）：n=？運(yùn)動(dòng)空間的自由度：s=3連桿（剛體）的數(shù)量：r=5鉸鏈（關(guān)節(jié)）的數(shù)量：p=5各關(guān)節(jié)的相對(duì)自由度：ni=1（i=1,2,3,4,5）2.3自由度計(jì)算實(shí)例02機(jī)器人的自由度103計(jì)算實(shí)例2：二維空間中的五連桿機(jī)構(gòu)（其中有5個(gè)單自由度計(jì)算實(shí)例3：三維空間中的機(jī)械臂（其中有7個(gè)連桿（剛體），5個(gè)單自由度鉸鏈）整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的自由度（DoF）：n=？運(yùn)動(dòng)空間的自由度：s=6連桿（剛體）的數(shù)量：r=7鉸鏈（關(guān)節(jié)）的數(shù)量：p=6各關(guān)節(jié)的相對(duì)自由度：ni=1（i=1,2,3,4,5,6）2.3自由度計(jì)算實(shí)例02機(jī)器人的自由度104計(jì)算實(shí)例3：三維空間中的機(jī)械臂（其中有7個(gè)連桿（剛體）03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.1關(guān)于機(jī)器人動(dòng)力的傳送機(jī)器人的動(dòng)力源，包括電動(dòng)馬達(dá)，液動(dòng)或氣動(dòng)系統(tǒng)，一般不能直接地驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)（或稱末端效應(yīng)器：End-Effector，相當(dāng)于機(jī)器人的肢體，如：機(jī)械手或機(jī)械臂末端的夾持器，機(jī)械腿和機(jī)械足，輪足和履帶，等等）。以減速機(jī)構(gòu)為例：減速機(jī)構(gòu)是最常見和最普通的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一個(gè)每分鐘8000轉(zhuǎn)的直流電機(jī)，由于速度和轉(zhuǎn)矩的限制，一般不能直接驅(qū)動(dòng)輪式機(jī)器人的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)（包括輪子），需要減速機(jī)構(gòu)，對(duì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行變換。機(jī)器人的動(dòng)力，一般需要經(jīng)過傳動(dòng)系統(tǒng)（傳動(dòng)機(jī)構(gòu)），才能到達(dá)并驅(qū)動(dòng)需要?jiǎng)恿Φ哪┒藞?zhí)行機(jī)構(gòu)（末端效應(yīng)器），同時(shí)，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的速度，運(yùn)動(dòng)的方向，也需要傳動(dòng)系統(tǒng)（傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）的協(xié)調(diào)和控制。10503機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.1關(guān)于機(jī)器人動(dòng)力的傳送機(jī)器人的動(dòng)機(jī)器人動(dòng)力傳動(dòng)的形式很多，其中，齒輪傳動(dòng)是最常見的，最典型的。03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.2機(jī)器人的齒輪傳動(dòng)(1)：直齒圓柱齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速換向)(2)：斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速換向)(3)：人字齒圓柱齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速換向)(4)：內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速換向變換運(yùn)動(dòng)模式)106機(jī)器人動(dòng)力傳動(dòng)的形式很多，其中，齒輪傳動(dòng)是最常見的，最典型的機(jī)器人動(dòng)力傳動(dòng)的形式很多，其中，齒輪傳動(dòng)是最常見的，最典型的。03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.2機(jī)器人的齒輪傳動(dòng)(5)：齒輪齒條傳動(dòng)(傳動(dòng)：旋轉(zhuǎn)變位移)(6)：雙曲面齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速90換向)(7)：螺旋齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速90換向)(8)：蝸桿傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速90換向)(9)：直齒錐齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速90換向)(10)：斜齒錐齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速90換向)(11)：曲線齒錐齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng)：變速90換向)107機(jī)器人動(dòng)力傳動(dòng)的形式很多，其中，齒輪傳動(dòng)是最常見的，最典型的03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.2機(jī)器人的齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)可對(duì)馬達(dá)或發(fā)機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度和旋轉(zhuǎn)的方向進(jìn)行變換，還能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為位移運(yùn)動(dòng)。(a)傳遞(b)變速(c)平面換向(e)旋轉(zhuǎn)變位移(d)立體換向歸納起來，齒輪傳動(dòng)的形式有：10803機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.2機(jī)器人的齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)可對(duì)馬03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大部分齒輪都是定軸齒輪，其軸線是固定的。軸線固定的齒輪傳動(dòng)原理很簡(jiǎn)單，在一對(duì)互相嚙合的齒輪中，有一個(gè)齒輪作為主動(dòng)輪，動(dòng)力從它那里輸入，另一個(gè)齒輪作為從動(dòng)輪，動(dòng)力從它輸出。也有的齒輪僅作為中轉(zhuǎn)站，一邊與主動(dòng)輪嚙合，另一邊與從動(dòng)輪嚙合，動(dòng)力從它那里通過，這種齒輪叫惰輪。然而，有一類齒輪，它們的軸線安裝在一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的支架上，即，其軸線是不固定的。(a)主動(dòng)輪(b)從動(dòng)輪(c)惰輪10903機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)然而，有一類齒輪，它們的軸線安裝在一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的支架上，是不固定的。行星齒輪示意圖這種齒輪，即可以自轉(zhuǎn)（繞自己的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)），又可以公轉(zhuǎn)（繞其它的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)），因而，被稱為：行星齒輪。行星齒輪系統(tǒng)的原理較為復(fù)雜，功能和用途較為特殊。行星齒輪減速器，是行星齒輪的一種特殊用途，其中，包含一個(gè)太陽輪和3-4個(gè)行星輪。3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11003機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)然而，有一類齒輪，它們的軸線安裝在一個(gè)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所示：行星齒輪減速器可以有多種動(dòng)力傳送方式：行星齒輪減速器動(dòng)力從太陽輪輸入，從內(nèi)齒輪輸出，行星架鎖死；動(dòng)力從太陽輪輸入，從行星架輸出，內(nèi)齒輪鎖死；動(dòng)力從行星架輸入，從太陽輪輸出，內(nèi)齒輪鎖死；動(dòng)力從行星架輸入，從內(nèi)齒輪輸出，太陽輪鎖死；3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11103機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所示：動(dòng)力從內(nèi)齒輪輸入，從行星架輸出，太陽輪鎖死；動(dòng)力從內(nèi)齒輪輸入，從太陽輪輸出，行星架鎖死；兩股動(dòng)力分別從太陽輪和內(nèi)齒輪輸入合成，從行星架輸出；兩股動(dòng)力分別從行星架和太陽輪輸入合成，從內(nèi)齒輪輸出；行星齒輪減速器行星齒輪減速器可以有多種動(dòng)力傳送方式：3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11203機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所示：兩股動(dòng)力分別從行星架和內(nèi)齒輪輸入合成，從太陽輪輸出；動(dòng)力從太陽輪輸入，分兩路從內(nèi)齒輪和行星架輸出；動(dòng)力從行星架輸入，分兩路從太陽輪和內(nèi)齒輪輸出；動(dòng)力內(nèi)齒輪輸入，分兩路從太陽輪和行星架輸出。行星齒輪減速器行星齒輪減速器可以有多種動(dòng)力傳送方式：3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11303機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所示：體積小，承載能力大，工作平穩(wěn)；施加的力分布多個(gè)行星輪上，承受力矩大于同樣大小的直齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；傳動(dòng)比可以很大。行星齒輪減速器行星齒輪系的主要特點(diǎn)在于：3.3行星齒輪系：一種特殊的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)因此，行星齒輪系可用于構(gòu)造大傳動(dòng)比的變速器，即行星齒輪變速器。11403機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一個(gè)具有4個(gè)行星齒輪的減速器如圖所三角帶與無級(jí)變速03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.4帶（Belt）鏈（Chain）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三角帶（V

Belt），指剖面為V字形（準(zhǔn)確地說是梯形）傳送帶，常常用于傳送電機(jī)的連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。(2)三角帶纖維編織層聚酯絲纜(3)V形槽傳送輪(1)V形帶傳送系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：

傳送距離大，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，簡(jiǎn)單，低廉。115三角帶與無級(jí)變速03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.4帶（Belt）(1)同步帶傳送系統(tǒng)同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.4帶（Belt）鏈（Chain）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同步帶（SynchronousBelt或Timing

Belt），是一種帶有齒條的傳送帶，傳送距離大，傳動(dòng)比固定，工作穩(wěn)定。(2)同步帶(3)同步帶輪116(1)同步帶傳送系統(tǒng)同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)鏈條（Daisy

Chain）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.4帶（Belt）鏈（Chain）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)許多機(jī)器人也采用了鏈條或履帶式傳動(dòng)。鏈條傳動(dòng)是我們熟悉的，自行車和摩托車的動(dòng)力傳動(dòng)，就主要采用鏈條傳動(dòng)形式。117鏈條（DaisyChain）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)03機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由連桿和凸輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以把電動(dòng)機(jī)的連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不等速運(yùn)動(dòng)（減速比可變化）的功能等。3.5連桿與凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連桿、曲柄和凸輪等形成的復(fù)雜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，能將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人肢體的動(dòng)作。機(jī)械腿的凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖中是機(jī)器昆蟲的機(jī)械腿及其運(yùn)動(dòng)示意圖，其中，齒輪接受從直流電動(dòng)機(jī)傳遞過來的動(dòng)力，與齒輪固定在同一軸上的凸輪周而復(fù)始地上下和前后推動(dòng)機(jī)械腿運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)使機(jī)器昆蟲向前爬行。11803機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由連桿和凸輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以把電動(dòng)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)自治移動(dòng)式機(jī)器人，自然需要移動(dòng)機(jī)構(gòu)（遷徙機(jī)構(gòu)）。移動(dòng)機(jī)構(gòu)（遷徙機(jī)構(gòu)），是機(jī)器人的腿或足。4.1關(guān)于移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)機(jī)器人有各種各樣的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，或者說，機(jī)器人有各種各樣的機(jī)械腿，大致可以分為兩類：旋轉(zhuǎn)型移動(dòng)機(jī)構(gòu)：主要特征是旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，如：輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，旋翼式推進(jìn)機(jī)構(gòu)等。移動(dòng)（遷徙），是自治移動(dòng)式機(jī)器人的生命特征之一。本節(jié)只介紹機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)式移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)，有關(guān)機(jī)器人仿生的移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)，留待下節(jié)介紹。仿生型移動(dòng)機(jī)構(gòu)：主要特征是往復(fù)交替運(yùn)動(dòng)，如：雙足機(jī)器人的腿和足，機(jī)器蜻蜓的翅膀，機(jī)器魚的鰭等。11904機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)自治移動(dòng)式機(jī)器人，自然需要移動(dòng)機(jī)構(gòu)（遷04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）采用輪式移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)的機(jī)器人，種類很多，其中，4輪（4-Wheeled）和3輪（3-Wheeled）的移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)是最普通的。像汽車一樣，依靠輪子移動(dòng)（遷徙），是最簡(jiǎn)單，最易于實(shí)現(xiàn)，并且，效率最高的移動(dòng)方式。六輪機(jī)器人：6-Wheeled

Robot兩輪機(jī)器人：2-WheeledRobot獨(dú)輪機(jī)器人：Single-Wheeled

Robot然而，在采用輪式移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)的機(jī)器人中，真正值得我們一提的是：其中，兩輪機(jī)器人和獨(dú)輪機(jī)器人，被稱為自平衡機(jī)器人（Self-Balancing

Robot）：12004機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）采用輪04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）六輪機(jī)器人，其移動(dòng)（遷徙）機(jī)構(gòu)自然具有6個(gè)輪子，可以在崎嶇的環(huán)境中行走，因此，常常被月球車和火星車采用，如：美國(guó)的探測(cè)火星的旅居者。六輪機(jī)器人（6-Wheeled

Robot）12104機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）六輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）SHRIMP

是一款新穎的6輪機(jī)器人，研究的目的主要為圍繞火星探測(cè)任務(wù)。六輪機(jī)器人（6-Wheeled

Robot）SHRIMP

的前方有一個(gè)導(dǎo)向輪，身體兩側(cè)各有兩個(gè)輪子，尾部有一個(gè)尾輪。SHRIMP具有極高的機(jī)動(dòng)性，可以在亂石堆里行走，還能上下樓梯。12204機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）SHR04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)12304機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)33關(guān)于自平衡機(jī)器人：機(jī)器人系統(tǒng)中特殊的和重要的一類。自平衡機(jī)器人的研究水平，已經(jīng)成為反應(yīng)一個(gè)國(guó)家機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。其中，最典型的是兩輪機(jī)器人和獨(dú)輪機(jī)器人：04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）124關(guān)于自平衡機(jī)器人：機(jī)器人系統(tǒng)中特殊的和重要的一類。自平衡機(jī)器關(guān)于自平衡機(jī)器人：控制技術(shù)可用于導(dǎo)彈制導(dǎo)，火箭發(fā)射，航天飛機(jī)自動(dòng)駕駛，衛(wèi)星姿態(tài)控制，以及工業(yè)過程等。04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）125關(guān)于自平衡機(jī)器人：控制技術(shù)可用于導(dǎo)彈制導(dǎo)，火箭發(fā)射，航天飛機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）兩輪機(jī)器人，是一種自平衡機(jī)器人。自平衡機(jī)器人的研究水平，已經(jīng)成為反應(yīng)一個(gè)國(guó)家機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)水平的重要標(biāo)志。在實(shí)驗(yàn)機(jī)器人學(xué)的意義下，自平衡機(jī)器人屬科學(xué)研究型機(jī)器人，是新型的和智能的科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。自平衡機(jī)器人可用于機(jī)器人學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)控制的理論與方法，以及人工智能的科學(xué)研究和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。自平衡機(jī)器人先進(jìn)的控制技術(shù)可用于導(dǎo)彈制導(dǎo)，火箭發(fā)射，航天飛機(jī)自動(dòng)駕駛，同步衛(wèi)星姿態(tài)控制，以及數(shù)控機(jī)床和工業(yè)過程控制等。12604機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）兩輪機(jī)器人，自然只有兩個(gè)輪子。像兩輪自行車一樣，兩輪機(jī)器人本質(zhì)上是不穩(wěn)定的和不平衡的系統(tǒng)。兩輪機(jī)器人的兩個(gè)輪子，各由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其姿態(tài)（和d/dt）一般由慣性測(cè)量單元（Inertia

Measurement

Unit，IMU）測(cè)量。控制器可由嵌入式工控機(jī)或DSP器件擔(dān)任，根據(jù)機(jī)器人姿態(tài)狀況和運(yùn)動(dòng)需求，計(jì)算出控制量。12704機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)04機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)4.2機(jī)器人的輪式移動(dòng)（遷徙）兩輪機(jī)器人（2-Wheeled

Robot）1986年，日本電氣通信大學(xué)KazuoYamafuji教授，構(gòu)思了一種只有兩個(gè)輪子的自平衡機(jī)械。這種自平衡機(jī)械像一般的自行車一樣有兩個(gè)輪子，然而，這兩個(gè)輪子是平行的或并排的，因而，取名“平行自行車”的。平行自行車被認(rèn)為是兩輪自平衡機(jī)器人的起源。之后，自平衡機(jī)器人便成為機(jī)器人家族中的