移动机器人

定义

       一种由传感器、遥控操作器和自动控制器等机构组成的具有移动功能的机器人系统。能代替人在危险或恶劣环境下进行作业，比一般机器人有更大的机动性和灵活性。分为地面、空中、水面和水下移动机器人，其移动机构有轮式、履带式、足式、混合式、特殊式等类型。

简介

       智能移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。

       移动机器人的研究始于60 年代末期。斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen 和Charles Rosen 等人，在1966年至1972 年中研发出了取名Shakey的自主移动机器人。目的是研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制。

       根据移动方式来分，可分为：轮式移动机器人、步行移动机器人(单腿式、双腿式和多腿式)、履带式移动机器人、爬行机器人、蠕动式机器人和游动式机器人等类型；按工作环境来分，可分为：室内移动机器人和室外移动机器人；按控制体系结构来分，可分为:功能式(水平式)结构机器人、行为式(垂直式)结构机器人和混合式机器人；按功能和用途来分，可分为:医疗机器人、军用机器人、助残机器人、清洁机器人等；

       一种由传感器、遥控操作器和自动控制的移动载体组成的机器人系统。移动机器人具有移动功能，在代替人从事危险、恶劣（如辐射、有毒等）环境下作业和人所不及的（如宇宙空间、水下等）环境作业方面，比一般机器人有更大的机动性、灵活性。

       移动机器人是一种在复杂环境下工作的，具有自行组织、自主运行、自主规划的智能机器人，融合了计算机技术、信息技术、通信技术、微电子技术和机器人技术等。

分类

       移动机器人从工作环境来分，可分为室内移动机器人和室外移动机器人;按移动方式来分：轮式移动机器人、步行移动机器人、蛇形机器人、履带式移动机器人、爬行机器人等;按控制体系结构来分：功能式(水平式)结构机器人、行为式(垂直式)结构机器人和混合式机器人;按功能和用途来分：医疗机器人、军用机器人、助残机器人、清洁机器人等。按作业空间来分：陆地移动机器人、水下机器人、无人飞机和空间机器人。 

机器人套件

　　四独立马达100毫米万向轮Arduino的学习机器人套件(robotkits)C009，适用於Arduino设计爱好者和学生。它包括四个空心12V直流电动机，编码器的Arduino微控制器和I/O板扩展，它是可编程的开放soureArduino语言。它的底盤是由铝合金和已预先钻了孔的微控制器。

　　这种万向轮(Mecanumwheels)移动平台的Arduino机器人套件可在任何方向移动，通过改变每个车轮的方向和速度。在同一方向移动所有四个车轮向前/向後移动，导致运行方向相反的原因旋转左/右两侧，相反的方向运行前和後方，导致侧身运动。平台後轮安装一种特殊的方式，使悬挂结构，确保所有四个轮子能坚持到地面，即使是不均匀的地面。

　　重型履带式移动坦克机器人套件C018[2]这是一个创新履带机器人套件(robotkit)，基於履带式移动坦克机器人套件C015，重型履带式移动坦克机器人套件槽的胎面允许你建立机器人轨道，在崎岖的地形，或者你可以建立一个传送带上拿起对象。您可以探索更苛刻的地形。

　　使用此工具包作为一个独立的，或将其与其他配件更复杂的机器具有更多的功能。履带式移动的坦克机器人套件提供出色的稳定，牵引力和低地面承载压力，让您使用更广泛的应用。这种坦克的机器人套件可以单独使用，或者你可以结合配件及其他部件，所以你有一个复杂的机器，有更多的功能。有良好的牵引力，低地面承压，稳定的，所以你可以在许多应用中使用它。该套件也将在恶劣条件下，如天气.

　　3WD48毫米全向轮移动平台机器人套件10019这是反传统的移动机器人套件，它有3个的全方位车轮，使移动，同时转动，并在每一个方向加速在不改变方向。除了3个电机驱动，机器人具有3的超声波传感器扫描环境。编程机器人套件，我们选择Arduino的维护软件，轻松和利用提供优良的电机控制算法。

　　产品特点：

　　*3轮驱动

　　*全向轮

　　*铝合金框架

　　*可旋转

　　与Arduino微控制器和IO扩展板

　　*大顶板，增加设备，如手提电脑或相机

　　*可编程的C，C++

　　*第二和第三板的扩展组件

　　没有经验，需要操作平台

　　*添加新的零件，您的系统和扩展整个机器人。

　　*无线数据传输接口

　　*支持XBEE（XBEE亲）

　　*支持蓝牙

　　*支持APC220

　　*支持SD卡读/写

　　三独立马达100毫米全向轮式移动Arduino机器人套件C013

　　这是3轮驱动，全向轮式移动的Arduino机器人套件。它能够通过改变每个车轮的速度和方向，不改变其方向，在任何方向移动。这Arduino的机器人车包括一个微控制器，IO扩展板，Faulhaber12V直流马达光学编码器，红外线和超声波传感器

　　四独立马达万向轮移动平台的Arduino机器人套件

　　这种四轮驱动万向轮(mecanumwheel)Arduino机器人套件(robotkits)是稳定的，只通过改变每个车轮的方向和速度，就可向任何方向移动。包括100毫米铝全向轮轮毂，Faulhaber12V电机与光学编码器，328的Arduino控制器，Arduino的IO扩展，超声波和红外线传感器。

　　在同一方向移动所有四个车轮向前/向後移动，导致运行方向相反的原因旋转左/右两侧，相反的方向运行前和後方，导致侧身运动。平台後轮安装一种特殊的方式，使悬挂结构，确保四个轮子能坚持到地面，即使是不均匀的地面。

　　三独立马达100mm全向轮移动平台机器人套件

　　这种三独立马达全向轮(omniwheel)机器人套件(robotkits)非常适合用於监视和运输，但大多是为研究人员和学生设计的。不改变方向，通过改变每个车轮的速度和方向，它可以在任何方向移动。它配备的Arduino微控制器和3全方位与编码器由3直流电动机驱动车轮，使旋转和全方位车轮3直流电动机驱动与编码器，允许同时在任何方向旋转和运动。综合红外和超声波传感器使机器人跟踪和追逐的对象。它包括一个微控制器，IO扩展编码器和直流电动机。其铝合金车身和预钻螺丝孔，方便为您添加组件，只要你喜欢。

发展史

　　60年代后期，美国和苏联为完成月球探测计划，研制并应用了移动机器人。美国“探测者”3号,其操作器在地面的遥控下，完成了在月球上挖沟和执行其他任务。苏联的“登月者”20号在无人驾驶的情况下降落在月球表面，操作器在月球表面钻削岩石，并把土壤和岩石样品装进回收容器并送回地球。70年代初期，日本早稻田大学研制出具有仿人功能的两足步行机器人。为适应原子能利用和海洋开发的需要，极限作业机器人和水下机器人也发展较快。

　　移动机器人随其应用环境和移动方式的不同，研究内容也有很大差别。其共同的基本技术有传感器技术、移动技术、操作器、控制技术、人工智能等方面。它有相当于人的眼、耳、皮肤的视觉传感器、听觉传感器和触觉传感器。移动机构有轮式（如四轮式、两轮式、全方向式、履带式）、足式（如6足、4足、2足）、混合式(用轮子和足)、特殊式(如吸附式、轨道式、蛇式)等类型。轮子适于平坦的路面，足式移动机构适于山岳地带和凹凸不平的环境。移动机器人的控制方式从遥控、监控向自治控制发展，综合应用机器视觉、问题求解、专家系统等人工智能等技术研制自治型移动机器人。

应用领域

　　移动机器人除用于宇宙探测、海洋开发和原子能等领域外，在工厂自动化、建筑、采矿、排险、军事、服务、农业等方面也有广泛的应用前景。总共分为4大应用范围、工业机器人、探索机器人、服务机器人、军事机器人。

发展现状

　　移动机器人的发展现状可以从以下几个方面进行归纳：　　

一、市场规模与增长

　　根据CMR产业联盟数据和新战略移动机器人产业研究所的统计，2023年中国移动机器人（AGV/AMR）销售规模约为212亿元，同比增长14.59%。这表明移动机器人市场在持续增长。

　　从2015年至2023年，中国市场移动机器人（AGV/AMR）产业年复合增长率达43.18%，显示了行业的强劲增长势头。

二、应用领域扩展

　　移动机器人已经深入到工业、物流、医疗等多个领域。特别是在工业领域，移动机器人被广泛应用于生产线上的物料搬运、装配等环节，提高了生产效率和产品质量。

　　在物流领域，移动机器人可以实现货物的自动分拣、搬运和配送，大大提高了物流效率。此外，移动机器人在医疗、农业、家庭服务等领域也展现出了广阔的应用前景。

三、技术进步与创新

　　随着传感器技术、导航算法和人工智能的进步，移动机器人的导航、感知和决策能力得到了显著提高。这使得移动机器人能够更精确地执行任务，并适应更复杂的环境。

　　移动机器人行业是软硬件与人才储备高度集中的行业，要求企业持续进行研发和创新，包括软硬件升级，以及企业内部的资源优化整合和成本控制。

四、面临的挑战与问题

　　尽管移动机器人技术取得了显著的进步，但在复杂环境下的感知和决策能力还有待提高。同时，对于未知环境的适应能力也需要进一步加强。

　　移动机器人的安全性、可靠性和经济性等方面的问题也需要得到解决。这需要行业持续投入研发，提高产品质量和性能。

　　综上所述，移动机器人行业在市场规模、应用领域、技术进步等方面都取得了显著的发展。然而，仍面临一些挑战和问题，需要行业共同努力解决。未来，随着技术的不断进步和应用的深入，移动机器人将在更多领域发挥重要作用。

控制器

　　移动机器人控制器是移动机器人（如AGV/AMR）的核心部件，相当于整个机器人的“大脑”，负责控制机器人的导航、运动、避障等功能，对机器人的可靠稳定、性能指标和安全性至关重要。以下是对移动机器人控制器的详细解析：

一、主要作用与功能

　　1、导航控制：根据预设的路线或实时环境信息，控制机器人移动到指定位置。这包括处理来自各种传感器的数据，如激光、视觉、惯性导航等，以实现精确定位和路径规划。

　　2、运动控制：根据导航指令，控制机器人的驱动系统（如电机、舵机等），实现前进、后退、转向等运动。这包括速度控制、加速度控制、位置控制等。

　　3、避障与安全：通过传感器检测周围环境中的障碍物，并实时调整机器人的运动轨迹，以避免碰撞。同时，还具备紧急停止等安全保护功能。

　　4、二次开发与扩展：提供丰富的API接口和编程环境，支持用户根据实际需求进行二次开发和功能扩展。

二、性能指标与要求

　　1、硬件层面：

　　防护等级：控制器需具备较高的防护等级（如IP54以上），以应对工业环境中的粉尘、水雾等不利因素。

　　宽温设计：能够在较宽的温度范围内（-40~80°C）正常工作，以适应不同工业场景的需求。

　　防爆与防腐：对于易燃易爆或腐蚀性气体环境，控制器需具备相应的防爆和防腐认证。

　　2、嵌入式层面：

　　芯片与编译器：选用可靠的芯片和编译器，确保指令的高效执行和系统的稳定可靠。

　　操作系统：采用稳定可靠的操作系统，避免系统崩溃、数据丢失等安全问题。

　　3、算法层面：

　　导航算法：支持多种导航方式（如激光SLAM、视觉SLAM、二维码导航等），以适应不同应用场景的需求。

　　运动控制算法：具备丰富的运动控制算法，如自主避障模式、巡线模式、双舵轮模式等，以提高机器人的灵活性和适应性。

　　4、系统层面：

　　集成度与开放性：控制器需具备较高的技术集成度，同时保持一定的开放性，方便用户进行二次开发和功能扩展。

　　易用性与维护性：提供友好的用户界面和便捷的维护工具，降低用户的使用和维护成本。

三、市场现状与发展趋势

　　随着移动机器人应用深度和广度的不断拓展，以及应用场景的复杂性增加，对移动机器人控制器的需求也在不断提高。目前市场上已有众多品牌的移动机器人控制器产品可供选择，如易行机器人的ECS100通用控制器等。这些产品不仅在性能上不断提升，还注重用户体验和售后服务等方面的优化。

　　未来，随着人工智能、物联网等技术的不断发展，移动机器人控制器将更加智能化、网络化和模块化。同时，针对特定行业和应用场景的需求定制化开发也将成为重要的发展方向之一。

　　总之，移动机器人控制器作为移动机器人的核心部件之一，在工业自动化和智能制造领域发挥着重要作用。随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，其性能和功能也将不断提升和完善。