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機器人運動概論

運動似乎是天衣無縫的，但復雜的中樞神經系統控制著它。中樞神經系統在皮層和脊髓層面產生指令，并將這些指令與從環境和身體接收到的感覺反饋整合起來。所有的動作和協調過程都不需要有意識的控制。

中樞神經系統（CNS）的損傷直接影響運動功能的模式生成和平衡。不幸的是，由于技術上的限制，對這些次級職能的評估很困難，因此它們的恢復也受到影響。

模仿大腦

在機器人學中尋找有效的運動策略是一個挑戰。為了解釋不斷變化的環境條件，人們采用了各種方法。處理地形變化的最有效的運動機制之一稱為基于腿的運動。然而，腿的運動很難建模和控制。

最近的技術進步出現了新的運動方法，這些方法結合了協同作用，并注重小腦對運動的貢獻。小腦通過運動學習和適應來自運動皮層的運動指令來提高運動的準確性。它通過長時程突觸可塑性（LTP）來存儲體-物相互作用的信息。這樣就可以生成內部運動模型。此功能已被實現為機器人操作任務的自適應增益控制。這些范例包含和錯誤相關的信號，它是自適應的，在不同的時間尺度上運行，并提高學習的準確性。

脊髓修復主席Grégoire Courtine教授和他的團隊發現了一種機器人界面，它靈活、高效，能夠在實驗條件下觀察大鼠自然行走行為的同時，評估和訓練模式生成和平衡。

機器人界面的主要優點是：

當脊髓損傷和中風發生時，評估模式下的動態平衡和模式生成有明確的評估。

隨著脊髓損傷的恢復，大鼠在訓練過程中出現了負重運動、協調轉向和平衡的恢復。

這項新的機器人技術在人類和動物身上都產生了預期的結果。

機器人運動原理

輪式運動是一個有趣的概念，它融合了人造車輪和生物系統的靈感，后者構成了發展腿式機車機器人的基礎。然而，環境和地面接觸是挑戰這些機制的關鍵因素。

以下是環境類型的屬性：

如軟或硬地面、空氣或水。

介質結構（如硬質介質為粗糙或平坦）。

地面接觸的屬性包括：

表面與機器人之間的摩擦

對地接觸角

接觸點類型（如腿式運動時的腳印）

穩定性的屬性包括：

地形傾斜

機器人的重心

幾何結構和接觸點數量

運動類型

輪式機車

輪式移動是移動機器人設計和開發中最受歡迎的機構，其主要原因是這種機車能力高效且易于控制。此外，平衡并不是這種運動類型的主要問題，因為車輪始終與地面接觸。兩輪和三輪機器人有足夠的平衡。然而，對于兩個以上輪子的機器人來說，懸掛系統是保持平衡的必要條件。

輪式機器人的機動性、控制和牽引力問題比關注其平衡更重要，因為輪式機器人需要能夠在不同的地面條件下保持完整的功能能力

車輪設計

移動機器人的運動學很大程度上取決于車輪類型的選擇。標準車輪和腳輪具有很高的方向性，而標準車輪可以實現無副作用的轉向運動，因為旋轉中心通過地面的接觸點。然而，腳輪在旋轉時向機器人底盤施加力，并在轉向過程中偏移軸。

瑞典輪和球形車輪的方向約束較小。瑞典輪可以沿不同的方向移動，摩擦較小，因為車輪沿一個主軸旋轉。

移動機器人的應用

移動機器人的一些主要應用包括：

三輪車驅動的輪式機器人適用于AGV應用。

汽車和軍事工業通常使用具有阿克曼轉向（汽車驅動）配置的輪式移動機器人。

用于爆炸物處理的履帶式車輛配置的機器人。

適用于海軍的多自由度飛行器。