腿脚式行走装置跟贴近于智能化机器人一类,爬行类的行走装置可以在粗糙的平地上平稳行走,在通过一些有沟壑的地形时可以很方便的走过去。
在自动化小车方面,目前的水下切割小车行走装置大致可分为三种:轮式、履带式、腿脚式。
(1)轮式行走小车:轮式行走装置具体可分为有轨道式和无轨道式。在水下切割时,小车运动较灵活,所以水下切割小车采用的是无轨道式。轮式行走小车结构简单,行走速度较快,可自由在平地、斜坡上行走、控制比较方便。但是轮式行走装置只能在较硬的平地上行走较为方便,在崎岖路段,或者有台阶之类的路段时,轮式行走装置的不足就显露出来了。轮式行走装置从轮子的数量上来分类大致可以分为:独轮式、两轮式、三轮式、四轮式、六轮式、多轮式行走装置。其中最主要的两种是三轮式和四轮式行走装置。
独轮式行走装置,很显然的是他的稳定性不高。斯坦福大学研制出了世界上第一个独轮式行走装置“Schoolwinkel”[6]现在街头上随处可见独轮式的代步工具。
两轮式行走装置可以分为前后轮自行车式和左右轮平衡式行走装置。目前自行车式的行走机构并不能真正的应用于试验中,还处在开发阶段。两轮式平衡行走装置左右轮对称分布,其利用两轮之间的差速可以实现小半径内的转向,运动很灵活。美国发明家Dean Kamen在1995年和他的团队研制出了第一个左右轮平衡交通工具“Segway”,于2001年向全世界公布了这项发明[7]。目前“Seaway”已经广泛运用于实际生活中。两轮式的代步工具也广泛运用于生活中,在大街小巷随处可见。
三轮式行走装置较四轮式行走装置更加简单、轻便。而且三轮式行走装置在分类上更为广泛。大致可分为以下几种:两个轮为差速驱动轮另一个是万向轮、前轮既是驱动轮就是转向轮、前轮为转向轮后轮为驱动轮、三个轮子全部都是全向轮,这样方便小车全方位移动。但是三轮式行走装置虽然轻便但是有个问题就是稳定性。所以湖南省农业机械鉴定站的张庆元通过对小型水稻联合收割机的研究发现:虽然三轮式行走装置的重量要比四轮式和六轮式轻的多,但是三轮式行走装置在设计的时候质心的位置是非常重要的。合理的安排质心的位置可以保证行走装置平稳的行走,不至于翘头、侧翻、栽头等[8]。
四轮式行走装置虽然比三轮式行走装置更加复杂,更加笨重,但是四轮式行走机构稳定性很好,可以在平地上平稳的行走。四轮式行走装置有个问题就是他的转向问题。所以中国科学院宁波材料技术与工程学院的王慰军等人在四轮式机器人全向移动方面进行了研究。他们的设计很成功。他们通过对校车上两个万向轮的重修设计使得小车可以全方位的移动。通过将转向万向轮和驱动万向轮在行走装置上重新布局。而为了能使装置平稳行走,他们采用了四轮支撑,两个转向万向轮、两个驱动万向轮。将四个轮子沿中心轴线对称分布。最后设计出的行走机器人可以在不改变自身姿势的情况下在平地上全方位的移动[9]。
(2)履带式行走装置:履带是人类自发明了轮子之后又一大重要的发明,履带使得车辆从“线式”行走转变为了“面式”行走。就相当于是一种捆绑在小车上的的道路,这个“道路”缠绕在若干轮子外围,从而使轮子与地面不是直接接触。这样一来就可以利用履带在一些崎岖的路段上行走[10]。履带式的行走机构有良好的越障能力,行走稳定,使用寿命较轮式更长。因为履带的接地面积大,比压小,所以履带式行走装置可以在较松软的土地上行走,这是轮式行走装置和爬行式行走装置所不能实现的。而且履带上面有履齿,所以履带式行走机构在其工作时不易打滑。在水下工作时,难免有一些障碍物,而且海床大多比较松软,这样一下履带式的行走装置就显得尤为重要了。履带式行走机构还有个比轮式和腿脚式装置更好的地方是:履带式行走机构可以在很小的半径内转弯,这样一来在装置所需要转弯的时候所需要的空间就很小了。但是履带式的行走装置较为笨重,所需要的功率较高。而且履带的结构复杂,零件较多,质量上较其他两种行走装置大的多。所以会导致小车显得过于笨重。