新型八足步行仿生机器人的研制

设计了一种新型的八足步行仿生机器人的机械结构,并建立腿部运动学方程。基于虚拟样机技术对该仿生机器人进行了腿部机构优化设计以及机器人爬坡能力、通过非平整路面能力、转弯步态规划等功能仿真分析。仿真结果表明,该仿生机器人机构具有控制简单、运动灵活、爬坡能力良好、转弯半径小等特点。最后研制出了该机器人小型实物样机,通过实物样机测试验证了其诸多优良性能。     

不同路况下复合型机器人设计计算及仿真分析

复合型机器人在不同路况下行走的有效性至关重要,它决定着机器人设计的合理性和及其应用场景的广泛性。为了使复合型机器人能够有效地行走在不同路况下,先从复合型机器人整体结构设计出发,分析复合型机器人在不同路况下的力学模型。运用ADAMS动力学仿真软件进行运动仿真,得到在爬坡、转弯、凹凸障碍物下的运动效果,验证了设计复合型机器人结构的合理性。     

基于ADAMS的球形机器人的运动学分析

利用Pro/E建立了带臂球形机器人的虚拟样机模型,并结合ADAMS仿真软件对带臂球形机器人进行了运动学分析,包括机器人的圆周运动和爬坡运动,以此测出各驱动力矩的数值,为后期制作物理样机电机提供选型依据.     

多足仿生步行机器人的机构设计与功能分析

设计了一种新型的多足仿生步行机器人的机械结构,运用D-H齐次坐标变换矩阵建立其运动学方程,并以最大越障能力为目标函数以连杆长度为约束函数对腿部机构进行优化,得出最佳多足仿生步行机器人的机械结构。基于虚拟样机技术对该多足仿生步行机器人进行爬坡能力、通过复杂路面能力、转弯步态规划等功能分析。仿真结果表明该多足仿生步行机器人机构具有自由度少、控制简单、运动灵活、爬坡能力良好、地形适应性强、转弯稳定性好等特点。     

110kV输电线路巡检机器人爬坡性能分析

根据输电线路环境特点和巡检任务需求,提出了一种新型的输电线巡检机器人机构。分析了巡检机器人的爬坡性能,并提出了改进措施和方式。建立了机器人准静态力学模型和行走轮接触力学模型。通过行走轮结构优化,提高驱动轮附着力;机器人移动过程的姿态规划,合理分配了双轮的负载,从而提升机器人的爬坡能力。进行了仿真分析和实验室试验,结果表明通过改进行走轮结构和合理规划机器人行走姿态能够改善机器人的移动性能,提高了机器人爬坡能力。     

一种新型球形机器人机构设计及运动仿真

提出一种新型全方位运动球形机器人结构方案,运用非完整系统力学理论对球形机器人运动学进行分析,利用ADAMS软件进行虚拟样机建模和运动仿真,通过物理样机实验验证运动分析的正确性。     

可变形轮腿式机器人行走机构设计与研究

针对当前轮腿式越障机器人的局限性,设计了一种新型的车轮可变结构机器人,该机器人可以在轮腿之间自如切换。介绍了可变结构车轮的工作原理,该机构在平坦地面上运动以轮子模式行走,当遇到障碍物切换为类花瓣模式越过障碍。对车轮在两种模式下的直行与转弯过程进行理论分析,建立了运动学仿真模型,并对模型进行求解。为了验证分析结果,采用Adams软件对车轮的越障过程与复杂路面行走进行了运动仿真。仿真结果表明,设计的车轮结构可行性较高,具有轮式机构的稳定性,同时具有腿式机构较高的越障能力,使机器人可以适应多种复杂的路况环境。     

基于输电线路行走越障任务的巡检机器人机构设计

针对超高压输电线路巡检机器人在线路巡检中行走越障的任务需求,在分析超高压线路障碍类型的前提下,提出了一种新型的适用于线路障碍类型多且角度大的巡检机器人行走及越障机构。介绍了变距越障机构和恒力矩夹持机构的构型及结构特点,根据输电线路障碍物尺寸变化的情况,分析了双臂变距越障机构对障碍物长度尺寸变化的适应性,在分析了机器人爬坡能力的基础上设计的恒力矩夹持机构,提高了机器人的爬坡性能。最后,通过现场实验验证了该行走及越障机构设计的可行性和有效性。     

新型仿生猎豹机器人的机构设计与功能仿真

设计了一款新型仿生猎豹机器人的机械运动结构,该结构设计采用汽油机提供原动力,通过液压系统驱动各个关节运动。并运用D-H齐次坐标变换矩阵建立其腿部关节的运动学方程。Pro/E软件建立猎豹机器人的三维模型。基于ADAMS虚拟样机技术对该仿生猎豹机器人进行了腿部关节的优化仿真设计,以及平面路面行走,奔跑跳跃障碍能力的仿真分析。仿真结果表明该仿生猎豹机器人机构设计合理,运动稳定可靠,具有直线、转弯行走能力和奔跑跳跃障碍能力好的特点。     

蛙板滑行机器人转弯运动特性研究

依据人在蛙式滑板车上的运动特点,研制了一种新型蛙板滑行机器人。从仿生角度设计机器人的驱动装置,使机器人可实现双臂对称摆动和单臂摆动两种基本运动形式。对机器人在两种转弯方式下的转弯性能进行分析,给出了机器人方向轮转弯半径计算公式。应用MATLAB对机器人转弯特性进行仿真分析,并采用3D运动捕捉系统建立实体样机测试平台,对样机在不同转弯方式下的运动特性进行试验验证,研究结果验证了蛙板机器人转弯运动模型的合理性和正确性。     

球形机器人爬坡状态下动力学建模及最优控制器设计

球形机器人作为一种移动式的机器人,不可避免地会遇到爬坡的问题。结合所设计的球形机器人,详细分析其在爬坡状态下各状态变量的描述方法,给出机器人能够爬上坡角的计算公式,并且提出临界摆角的概念。利用基于耗散形式的拉格朗日方程推导出准确描述球形机器人爬坡状态的动力学方程,通过所提出的临界摆角,将动力学方程进行有效地线性化,采用坐标变换的方法来解决方程中的常数项问题,最终系统被转化为状态空间的形式。在机器人系统的全状态可测的情况下,考虑到机器人在爬坡时运动平稳、能耗小是实际需要,设计相应的线性二次型目标函数,最后通过设计状态反馈矩阵控制机器人在坡面上以期望速度进行运动,仿真结果证明了所设计控制方法的有效性。     

可变起跳角度的球形跳跃机器人跳跃分析及其优化

针对跳跃机器人越障时自主控制与调整的局限性,设计了一款可变起跳角的球形跳跃机器人,该机器人采用C₆₀结构镂空外壳和平台调姿机构可实现变角度跳跃目标。通过分析机器人起跳、滞空、落地的运动过程,采用拉格朗日方程对机器人跳跃过程动力学进行建模。建立了起跳角对速度的影响方程,并针对单足跳跃过程,揭示起跳过程中打滑现象的产生与摩擦角之间的关系。基于机器人动力学方程,研究跳跃机器人面对越障时,与障碍物距离和起跳角度对跨越和爬升的影响。最后,利用ANSYS对其动力学进行仿真分析,有效保障了机器人跳跃任务的顺利完成,为球形跳跃机器人规划问题奠定了理论基础。     

球—轮复合可变形机器人的结构设计与分析

设计一种将球形机器人与轮式机器人运动特点相结合的可变形移动机器人。该移动机器人可以适应多种复杂的地形环境,自身几何形状发生变化以实现球形和轮式机器人互换。球—轮复合型移动机器人的机构系统由可变形球壳、球体推进装置和轮式驱动装置组成。通过对可变形球壳的拉伸和收缩实现球形和轮式机器人之间的角色交换。运用理论推导和参数优化等方法对球—轮复合型移动机器人中的变形球壳、车轮、和驱动重摆的结构尺寸进行分析,并通过仿真试验验证了机构尺寸参数选择的合理性,为该复合型移动机器人的机构设计提供了理论依据。最后通过实物试验验证,证实了该移动机器人实现的可行性。     

输电铁塔攀爬机器人的结构分析与实验验证

首登输电铁塔检修人员缺乏完善的临时防坠保护装置,研发输电铁塔攀爬机器人替代首登人员登塔,可以保障登塔人员的人身安全。根据实际作业环境及其功能要求,结合仿生学原理,提出了一种基于仿生蚕特征的攀爬机器人模型。对机器人进行结构设计并分析攀爬过程中吸附的稳定性,建立机器人运动学模型;对其作业空间进行了仿真分析,验证了机器人结构的合理性。试制物理样机并进行相关攀爬实验,实验结果表明,该机器人具有替代首登人员登塔的可行性。     

轮腿式爬楼梯移动机器人的设计及运动特性分析

针对非结构化复杂环境对移动机器人的运动要求,结合轮式和腿式移动机构的优点,设计了一种高效、稳定的轮腿式爬楼梯移动机器人。设计了机器人的主要结构,分析了机器人的稳定性及转向性能。平地行走、转向、越障、上下楼梯等实验结果表明:设计的轮腿式爬楼梯移动机器人结构简单,运动灵活,控制方便,控制精度高,不需对运行步态进行预先规划,它不仅可以在崎岖不平的环境中实现快速行驶,而且实现了快速稳定的爬楼梯功能,具有很强的越障能力和环境适应能力。     

基于ADAMS与WLSSVR的移动机器人定位误差研究

为了提高采用码盘定位方式的移动机器人定位精度,通过ADAMS仿真机器人转弯时码盘因打滑产生位移误差的情况,量化机器人在特定转弯半径,不同转弯速度对应的码盘定位误差值;然后,运用加权最小二乘支持向量回归机(WLSSVR)对数据进行回归计算,获得误差补偿决策函数;补偿机器人在转弯时因码盘打滑产生的定位误差,进而提高机器人定位精度。实验表明加入了码盘误差补偿的航迹推算定位算法的定位效果比没有误差补偿的定位准确度有显著提高。     

MECHANISM DESIGN AND MOTION ANALYSIS OF A SPHERICAL MOBILE ROBOT

A new spherical mobile robot BHQ-1 is designed. The spherical robot is driven by two internally mounted motors that induce the ball to move straight and turn around on a flat surface. A dynamic model of the robot is developed with Lagrange method and factors affecting the driving torque of two motors are analyzed. The relationship between the turning radius of the robot and the length of two links is discussed in order to optimize its mechanism design. Simulation and experimental results demonstrate the good controllability and motion performance of BHQ-1.     

基于正弦输入的球形机器人运动控制

球形移动机器人具有结构紧凑,动作灵敏,适合在缺少人为干预的恶劣环境中应用。由于球形移动机器人属于非完整约束系统,传统的运动控制理论在这种机器人上无法应用。论文首先介绍BHQ-1球形移动机器人机构和运动原理,其次根据欧拉角描述方法建立了球形机器人的运动学模型,并对输入量进行变换得到一个可用正弦输入进行控制的双链系统。最后利用正弦输入方法得到轨迹仿真图。     

Development of a wall-climbing robot using a tracked wheel mechanism

In this paper, a new concept of a wall-climbing robot able to climb a vertical plane is presented. A continuous locomotive motion with a high climbing speed of 15m/min is realized by adopting a series chain on two tracked wheels on which 24 suction pads are installed. While each tracked wheel rotates, the suction pads which attach to the vertical plane are activated in sequence by specially designed mechanical valves. The engineering analysis and detailed mechanism design of the tracked wheel, including mechanical valves and the overall features, are described in this paper. It is a self-contained robot in which a vacuum pump and a power supply are integrated and is controlled remotely. The climbing performance, using the proposed mechanism, is evaluated on a vertical steel plate. Finally, the procedures are presented for an optimization experiment using Taguchi methodology to maximize vacuum pressure which is a critical factor for suction force.     

风电叶片管道内窥履带机器人的设计与运动分析

针对风电叶片内部变截面、大坡度、多障碍等环境特征,设计了一种四自由度关节的履带式管道内窥机器人用于叶片内部检测和维护,并对该机器人的运动学特征进行了分析。该机器人包括前后履带式移动平台和中间四自由度关节三部分。四自由度关节由蛇形机器人常用的二自由度十字关节和前后旋转模块组成,通过四个电机之间的配合,可实现抬头、转弯、多角度翻转、爬坡等功能。介绍了该四自由度关节的基本结构、动力系统和连接机构等;基于D-H方法对机器人的正逆运动学问题进行分析,得到了机器人的工作空间,并用CoppeliaSim对机器人进行了整体动态仿真;根据设计方案研制了机器人样机,并通过实验对机器人各功能的实现进行了验证。