全向移动式家用服务机器人全向移动机构设计与运动控制(3)
移动机器人更是随着不断深入的服务类机器人研究获得了长足的发展。移动式机器人工作方式简单，并且能够在恶劣环境中进行工作，同时移动式机器人可以实现物料的搬运并承受较大的负载。现在大部分的移动机器人在智能控制下能实现一定的自由移动，这为服务机器人提供了更高的灵活性和便捷性。同时移动式机器人能够更加方便地替代人类完成多样操作，因此移动式机器人成为了服务类机器人中的重要研究方向之一。
而移动式机器人中重要组成部分就是其移动系统。移动机器人按照移动特性又可分为全向式和非全向式两种[1]。物体在平面上的移动存在前后、左右和自转3 个方向的运动称为全方位移动机器人，若所具有的运动少于3 个,则为非全方位移动机器人[1]。随着人们对机器人使用越来越多，服务类机器人对移动机器人的移动快速性和灵活性都提出了更高的要求。其中全向式移动机构由于具有机构简单、运动空间灵活等特点受到越来越多的关注，全向移动机构有效使机器人具有平面运动的全部自由度，能够在空间狭窄的空间内活动，大大增强了机动性。
1.3 国内外研究现状
1.4 本研究的目的
目前市场上运用推广使用的机器人虽然软科技含量很高，也方便了人们的生活，但是价格成为了其进一步发展的阻碍。目前在家庭中大量使用的机器人主要有两种：护理型机器人和清扫类机器人。根据其功能不同，护理型机器人价格在40000到120000人民币不等，这个价格超出了大多数家庭的承受范围。清扫类机器人虽然价格便宜，但是功能单一，可靠性差，这也严重束缚了其在家庭服务机器人中的发展。
同时除了在上章中所将到的各个全向移动机构的缺点之外，更重要的是目前所设计的全轮偏转式全方位移动机构承载能力比较低，只能用于低载低速场合，不能完全满足家用服务机器人的需求。
本文所涉及的家用服务机器人能够在家庭狭小的空间内自由转动，完成从接受指令到物品识别再到拾取物品的全过程，并且能够完成简单的开关创动作，适用性较为广泛，能够满足简单的日常生活的需要。同时在完成指定任务的前提下，通过优化机械设计、改良结构、模块组装降低整体机器人的生产成本，为以后真正投入实际运用打下基础。
本文设计的全向移动机构是全向偏转式全向移动机构的改进型。在设计过程中，简化了驱动和转动方式，并且通过设计加强了框架结构强度。其承载能力在30~60KG，适用于家庭服务类机器人。在设计中使全向移动轮成为一个单独的模块，从适应室外普通地面出发，可以提高全向式移动机构的地面适应性，简化控制，并且能在组成轮系并安装在机器人上时增加机器人的灵活度。同时在满足功能的前提下合理降低生产成本。
2 家庭服务机器人及全向移动机构的总体设计
2.1 家庭服务机器人的总体设计
2.1.1 家庭服务机器人具体设计要求
本文涉及的家庭服务机器人设计完成后要满足以下要求：
（1） 机器人造型为仿人型机器人，具有头部、身体、手臂和移动部分，为具有抓取家庭桌上物品的能力，整体高度控制在1 - 1.2m之间并控制其整体重量在60Kg以内。
（2） 能够接收拿起物体的指令，识别简单规则物体，并判别其方位和距离；
（3） 能够找到并移动至合适位置拿起该物体，所拿起的物体重量不超过1Kg；
（4） 手臂必须能够具有足够的运动范围，完成必要的动作；
（5） 移动部分要成为独立的整体，运用时能够跟机器人主体进行组装。