四轮转向四轮驱动机器人设计—

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一、选题依据（拟开展研究项目的研究目的、意义）
目前机器人领域一个的重要研究方向为四轮转向四轮驱动机器人技术。四轮转向四轮驱动机器人分别在军事方面、工业方面、农业方面都得到广泛应用。四轮转向四轮驱动机器人是一种可以四轮独立转向的移动机器人，其结构为：分别将四个驱动电机通过机械配合安装在4个车轮上，从而形成4个驱动轮，并使四个独立车轮同时进行转向运动，从而得到不同的转弯半径，使四轮转向四轮驱动机器人在移动过程中灵活性更高，更加灵敏。在我国60年代初，科学家们开始着手开发轮式机器人，从而打开我国对机器人领域的研发与设计。设计重点是开发机器人信息系统，开发大量实验系统为我国机器人领域提供更多理论依据。近几年来，轮式移动机器人已经走进了千家万户，与老百姓的生活息息相关，给人类的生活带来无限的乐趣与便捷。四轮转向四轮驱动机器人因具有较高灵活性，操作便捷，控制方便，效率更高，具有优异的运动性能等特点。因此近几年来已经得到越来越多人们的研究与应用。
四轮转向四轮驱动机器人与其他种类的机器人相比较，其优势有：速度更快、重量更轻，承载更大，运动噪声更小，结构简单，控制更加便捷，工作效率更高，灵活性更强，从而被适用于各种场合。四轮转向四轮驱动机器人结构设计上合理应用了各种传感器，组成了机器人的感知系统，使机器人获得详细的外界信息，与周围环境信息，从而使机器人在未知和复杂的环境中做出正确的，及时的行为响应。从而更好的更准确的完成各项工作，使老百姓的日常生活变得更加舒适便捷。（例如恶劣环境中侦查机器人，军事侦察武器装备机器人，清洁扫地机器人，服务机器人，老年人和残障人士服务机器人，医疗救护机器人等大都广泛采用四轮轮式驱动结构设计）。所以对四轮转向四轮驱动机器人的研究具有重要意义。
二、文献综述内容（在充分收集研究主题相关资料的基础上，分析国内外研究现状，提出问题，找到研究主题的切入点，附主要参考文献）
当今机器人是一综合了多个领域的智能化系统。而四轮转向四轮驱动机器人也成为了机器人学科中的一个重要分支[1]。四轮转向四轮驱动轮式机器人主要通过机身上一些主要传感器，用来感知周围环境与状态，感知周围身边潜在的危险与障碍物，可以自主做出行为，避开危险，可以自主规划路线，并完成相应任务[2]。它其中也包含了机械工程，电子工程，软件工程，计算机技术，控制技术，人工智能等多门学科，也成为了近些年来各国科学家与科研人员的重点科研对象。[3]近些年来，国内以及国际上的科学家们从未停歇对机器人发展的科研与创新。最初，“机器人”一词最早来源于捷克剧作家在罗萨姆万能机器人公司创作的剧本里。当时这个词，代表着人类希望制造出一种机器，这种机器即有思想又有劳动能力，可以代替人类来进行劳动或者工作的一种美好愿望。后来经过人们不断探索与创造，终于在 1959年被誉为“机器人之父”的恩格尔伯格制造出全球第一台机器人。[4]而全球最早的轮式机器人则由20世纪70初期美国Stanford著名研究院所研发制造的 shakey轮式机器人。自此，为世界上人工智能领域开创了先河。而轮式机器人自此也得到了飞速迅猛的发展，进入了一个全新的阶段。[5]后来美国NASA航天局相继制造出2台轮式火星探测机器人，“机遇”号与“好奇”号。我国也相继制造出“玉兔”号月球探测轮式机器人。为全人类航天事业的探索做出了巨大的贡献。[6]
自新世纪以来，通过轮式结构机器人产业的迅猛发展，分别在我国各个领域都得到了充分的利用，方便了人们的生活。例如：在医疗救护、抢险救灾、考古探索、故障排除，等行为时都能看到他们的身影。已经不知不觉的融入进了人类的生活。[7]现如今，我国正大力发展节能减排，大力支持发展新能源技术，更加注重环保意识，所以应对轮式机器人进行更加完善的更加高级的研究设计。
当前我国轮式机器人的设计制造技术已经日益成熟，对机器人的功能需求也日渐增多。这也促使我国更多的学者，科研人员，机器人爱好者的共同努力，需投入更多的智慧与汗水，使我国机器人制造产业长远发展，创造辉煌。[8]
世界上对轮式机器人的研究，最早开始于20世纪60年代。而全球最早的轮式机器人则由20世纪70初期美国Stanford著名研究院所研发制造的Shakey轮式机器人，标志着世界上第一台轮式机器人问世。[9] Shakey 机器人主要结构包括：机械主体框架，驱动装置，摄像机，传感器，测距仪等。在当时基本能够进行周围环境感知，能够自主规划行为，完成相应任务，初步实现人工智能。缺点是：在当时技术有限，感知系统不够灵敏，机器人反应速度过慢。[10]到了70年代中期随着科技的不断进步，计算机技术，传感器机技术的飞速发展，轮式机器人也开始被各个领域得到了实际的应用。其中对人类贡献最大的是，被应用于航空航天事业。[11]美国与前苏联等国，也相继利用机器人技术进行探索月球的任务。全球第一台探月成功的机器人，为前苏联制造开发的Lunokhod机器人。后来到了80年代，机器人领域飞速发展。各国相继研发了多款不同类型的机器人。其中最典型，被应用最为广泛的是Pioneer机器人。[12]到了90年代，随着无线网络技术，信息技术，控制技术的不断进步，人类进入到了信息化时代。同时，轮式机器人技术也得到了飞速迅猛的发展，硕果累累。轮式机器人的结构，也发生了翻天覆地的变化。[13]可以通过车轮的数量，把轮式机器人按结构不同，分为以下几种结构：独轮移动机构，双轮移动机构，三轮移动机构，四轮移动机构，六轮移动机构，以及多轮移动机构。本课题主要针对四轮转向四轮驱动移动机器人进行结构设计，对四轮转向四轮驱动机器人总体方案进行设计，对硬件进行选型。对移动机构，转向机构，车体等部分进行详细结构设计，对四轮转向四轮驱动机器人进行结构分析，最后对机器人控制系统设计。四个车轮可独立进行控制，同时可以控制速度，实现前行、后退、斜行、转向、回转等功能，运行灵活，成本较低，对四轮转向四轮驱动机器人领域的研究具有重要意义。
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[4]张克溪,董状,王富刚,等. 一种移动机器人四轮减震底盘[P]. 辽宁省：CN111319697A,2020-06-23.
[5]蒋涛,罗双,刘泉鑫,等. 一种轮式移动机器人底盘[P]. 四川省：CN208930309U,2019-06-04.
[6]彭倍,陈益. 一种四轮转向四轮驱动机器人底盘结构[P]. 四川：CN206691206U,2017-12-01.
[7]丁锦宏. 一种移动式四轮全方位转向机器人底盘[P]. 江苏：CN206633818U,2017-11-14.
[8]王超星. 全地形移动机器人机械结构及控制系统设计[D].北京化工大学,2017.
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[11]关似玉. 六轮全地形移动机器人的结构设计及样机研制[D].北京石油化工学院,2016.
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[13]帅立国,郑丽媛,费燕琼.轮-履混合式移动机器人爬坡运动研究[J].哈尔滨工程大学学报,2016,37(02):266-270.