移动机器人曾是机器人爱好者与电影制片商多年的宠儿，近来世界各地发生的一系列事件可能会使它成为下一个重要技术。
要 点
●军队、执法部门、工业组织用无人驾驶移动机器人将大大减少在有害环境中作业的人员数量；
●用于移动机器人的嵌入式控制系统包括自主系统到人参与决策的系统；
●设计师必须从数百种直流、交流和步进电机中做出选择，以满足每种应用的特殊需求；
●现成的开发工具包可以简化电机机械特性与嵌入系统应用的整合工作。
虽然移动机器人的概念和工作硬件已经出现了几十年，但最近不断发生的自然灾害和持续的军事冲突又促使设计师以新的眼光去审视这一技术的能力。在有害环境或有潜在危险条件下用机电设备替代一个或多个人员的这一想法，已成为军事、执法部门、航天以及勘测项目中的重要内容。移动机器人技术的范围广泛，从带摄像头的独轮车，到携有军事装备的无人驾驶飞机，它可以挽救无数人的生命，因此成为最有希望的新开发项目。这类应用有硬件资源的限制，需要实时工作、紧凑的机械设计、电池工作，以及经济的软件，这些要求都是嵌入系统设计要考虑的问题。因此，机器人控制系统的设计对嵌入系统设计团队来说
是符合逻辑的下一个步骤。
当前的产品代表了移动机器人设计的前沿技术。例如，iRobot 公司坚固的轻型 PackBot EOD（排爆）机器人可完成排除爆炸装置、处理有害物质、搜索与监视，以及拯救人质任务，可用于投弹小组、SWAT（特殊武器与战术）小组，以及军队单位（图 1）。PackBot 的操作系统可以向任何方向延伸至 2m 距离，拆除临时爆炸物、军用器械、地雷，以及其他燃烧装置。一个操作者即可携带及部署 PackBot EOD，其重量只有约 53 磅。机身内有8个货仓，每个货仓都装有可互换的有效载荷模块，如视频、音频、化学以及生物传感器、地雷探测器、探地雷达以及额外电源。坚固的操控单元可以进行无线遥控管理以及传感器显示。iRobot 公司首席执行官和创始人之一的 Colin Angle 很强调机器人技术的成本效益，他说：“由于美国介入了全球的冲突，使得我们的军事资源与财政资源远远超出了我们原来的规划。我们一半以上的现役部队部署在海外，过去四年里，还动员了三个预备役部队中的一个。财政费用正呈指数增长，需要用基本的技术变革来控制成本与人力需求。”
DARPA（美国国防高级研究计划局）将目光投向用无人车辆经过敌占区来提供供应与装备的项目，发起了 2005 年 10 月 8 日的 Grand Challenge 大赛（图 2）。该比赛的目的是加快地面车辆自主行驶技术的研发，该技术将有助于拯救战场上士兵的生命。以最快速度穿越 Southwest Mojave 沙漠的团队将赢得200万美元的大奖。DARPA 局长 Anthony J Tether 认为：“这一比赛项目对美国的创造能力是一个考验。它吸引了许多个人与团体，包括研发组织、工业、政府、武装部队、学术界以及专业社团，还有很多学生、私人发明家和汽车爱好者。”斯坦福大学的团队用它的“Stanley”机器人汽车将奖金收入囊中，该团队采用内燃机推动的车辆Wolkswagen Touareg R5，它在不到七小时内完成了 132 英里的路程，平均速度为 19.1 mph。Stanley 上有7块奔腾 M 处理器，一个全球定位系统，一个雷达系统，4个激光测距仪，以及一个立体摄像系统。另外，它还有一个惯性测量单元，用以估算车辆相对于地面的倾斜程度。完成整个行程的还有另外4支队伍。
机器人运动
运动控制是机器人的基础，设计师经常采用计算机控制的电机或致动器。嵌入式系统设计师在电子应用初期就采用电磁控制电路，为电机、继电器、螺线管和扬声器提供激励，但现今的运动控制技术则更加复杂，因为系统要求多个电机或致动器之间的协调实现精确运动。设计师通常选用直流电机或步进电机作精密运动控制。可以将每种类型电机用于开环情况下，或使用电机自身反馈或设备中其它部分的反馈，以保证精度。每种类型的电机都有无数种变体，它们有各自的优点、缺点以及最适宜的应用。
步进电机是最流行的机器人运动控制设备，因为它们能够以非连续的步长进行运动，产生精确的角度位置信息，也相对比较容易控制。步进电机的转子由按照串联电极排列的永磁体构成，它们决定了每步的大小。定子中含有多个绕组，产生的磁场与转子的永磁体之间产生互相作用。控制电路产生的一个脉冲序列使定子绕组的电源接通和中断，电机便产生正向或反向旋转。定子脉冲序列反向就会改变旋转方向，而由脉冲的频率控制旋转速度。要使一个步进电机旋转，必须不断地使绕组通电和断电。反之，如果一个绕组持续给予能量，则电机会停止旋转，通过保持力矩使之维持在某个角度位置上。
现代直流电机在机器人应用中得到了广