地面機器人系統(tǒng)通常用于人工介入成本過高、危險過大或者效率過低的任務(wù)。在許多情況下，機器人必須能夠自主工作，利用導(dǎo)航系統(tǒng)來監(jiān)視并控制它從一個位置移到另一個位置。管理位置和運動時的精度是實現(xiàn)有用、可靠的自主工作的關(guān)鍵。
MEMS(微機電系統(tǒng))陀螺儀可提供反饋檢測機制，對優(yōu)化導(dǎo)航系統(tǒng)性能非常有用。圖1所示的Seekur機器人系統(tǒng)就是一個采用先進MEMS器件來改善導(dǎo)航性能的自主系統(tǒng)。
機器人導(dǎo)航概述
機器人的移動通常是從管理機器人總體任務(wù)進度的中央處理器發(fā)出位置變化請求開始的。導(dǎo)航系統(tǒng)通過制定行程計劃或軌跡以開始執(zhí)行位置變化請求。
行程計劃需考慮可用路徑、已知障礙位置、機器人能力及任何相關(guān)的任務(wù)目標。例如，對于醫(yī)院里的標本遞送機器人，遞送時間非常關(guān)鍵。行程計劃被饋入控制器，后者生成傳動和方向配置文件以便進行導(dǎo)航控制。這些配置文件可根據(jù)行程計劃執(zhí)行動作和進程。該運動通常由若干檢測系統(tǒng)進行監(jiān)控，各檢測系統(tǒng)均產(chǎn)生反饋信號;反饋控制器將信號組合并轉(zhuǎn)換成更新后的行程計劃和條件。
開發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟始于充分了解每種功能，尤其需要重視其工作目標和限制。各項功能通常都有一些明確界定且易于執(zhí)行的因素，但也會提出一些需要加以處理的具有挑戰(zhàn)性的限制。某些情況下，這可能是一個反復(fù)試探的過程，即識別和處理限制的同時又會帶來新的優(yōu)化機遇。
以Adept MobileRobots Seekur為例，它是一個自主機器人，具有四輪傳動系統(tǒng)，每個車輪均有獨立轉(zhuǎn)向和速度控制能力，可在任何水平方向靈活地移動平臺。它的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)與圖2所示的系統(tǒng)相似。
正向控制
如圖2所示，正向控制是通過發(fā)出機器人本體命令來實現(xiàn)的。這些命令本質(zhì)上是誤差信號，產(chǎn)生自軌跡規(guī)劃器提供的行程計劃與反饋檢測系統(tǒng)提供的行程進度更新信息之間的差異。
這些命令被饋入逆向運動學(xué)系統(tǒng)，后者將機器人本體命令轉(zhuǎn)換成每個車輪的轉(zhuǎn)向和速度配置文件。這些配置文件使用阿克曼轉(zhuǎn)向關(guān)系進行計算，整合了輪胎直徑、表面接觸面積、間距和其他重要幾何特性。
利用阿克曼轉(zhuǎn)向原理和關(guān)系，上述機器人平臺可創(chuàng)建以電子方式鏈接的轉(zhuǎn)向角度配置文件，類似于許多汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中使用的機械齒條-齒輪系統(tǒng)。由于這些關(guān)系是以遠程方式整合在一起的，不需要以機械方式鏈接車軸，因而有助于最大程度減小磨擦和輪胎滑移，減少輪胎磨損和能量損耗，實現(xiàn)簡單的機械鏈接無法完成的運動。
