简单单腿弹跳机器人的尺度效应仿真

微小型弹跳机器人和其他大型机器人相比,有着自己独特的性能,有很大的科研意义和应用价值。提出一种新颖的设计思路,着手对现有弹跳机器人（包括大型机器人）的抽象、分析和仿真,研究机器人的尺度效应对弹跳高度的影响,得到机器人尺寸变化和弹跳初速、弹跳高度、落地时间、落地速度等弹跳性能之间的关系,并讨论弹跳机器人模型是否可以微小化问题,以便对复杂弹跳机器人的微型化和效率的提高提供思路和改进方案。     

柔性轮式移动弹跳机器人设计与运动性能研究

为了提高机器人在复杂环境中的适应性能,解决弹跳机器人姿态调整和翻转复位的问题,设计一种柔性轮系机构与集弹跳、调姿和翻转复位一体的多链弹跳机构结合的柔性轮式移动弹跳机器人。运用柔性轮系机构实现机器人平坦路面快速稳定的移动,通过柔性轮的弹性变形消除弹跳运动的部分落地冲击力,并基于铁木辛柯梁理论对柔性轮进行受力变形分析。多链弹跳机构能实现机器人的弹跳运动、起跳角度调节和落地后翻转复位,具有单机构多功能的特点。设计了一种复合螺母机构,当复合螺母机构的螺母片闭合时,储能电机驱动丝杆转动实现机器人弹跳储能;当螺母片分离时,瞬间释放弹簧的弹性势能实现机器人的弹跳运动。运用ADAMS对机器人的姿态调整、弹跳运动和翻转复位进行仿真,研制柔性轮式弹跳机器人原理样机并进行弹跳运动实验,结果表明,该柔性轮式移动弹跳机器人的设计具有可行性。     

Mechanism Design and Hopping Performance Analysis of an Intermittent Hopping Robot

为研究复杂地形下弹跳机器人跳跃轨迹的可控性问题,设计一种基于齿轮—六杆变胞机构的间歇式弹跳机器人.通过改变齿轮—六杆变胞机构的拓扑结构,机器人具有储能、能量锁定与释放、改变储能大小以及调整姿态角的功能,起跳过程中弹跳力具有仿生特性.根据机器人的结构特征设计翻转机构,使其倒地后自行翻转复位.在理论建模基础上,对机器人的跳跃运动进行仿真以研究储能改变和姿态角调整对跳跃轨迹的影响.研制间歇式弹跳机器人原理样机并进行跳跃运动试验,仿真和试验结果较吻合.结果表明,该间歇式弹跳机器人的机构设计具有可行性,跳远度和跳高度具有可控性:跳远度的控制可通过改变储能大小实现;储能相同时,跳高度的控制可通过调整姿态角实现.为需要轨迹规划的间歇式弹跳机器人的设计提供了一种方案.     

燃气动力弹跳机器人的设计与试验研究

以可燃混合气体为动力源,设计了一种燃气动力的弹跳机器人,包括弹跳驱动器和轮式运动机构。弹跳驱动器采用双活塞燃烧室结构及磁力锁紧机构,有效减小驱动器体积,有利于驱动器复位和废气排除。轮式运动机构包括车身和蜂窝车轮,车身作为驱动器载体,蜂窝车轮用于机器人落地缓冲。对车轮的径向、周向和切变模量进行等效计算,采用铁木辛柯梁理论对车轮进行静力分析,计算结果与试验数据吻合;利用LS-DYNA对车轮落地碰撞进行仿真,分析了落地冲击能量消耗。对机器人的弹跳运动进行规划,弹跳越障试验表明机器人可直接越过或跃上障碍物,验证了机器人的弹跳运动能力。该弹跳机器人的研究为提高地面移动机器人的未知复杂地形适应能力提供了一种可行的技术方案。     

基于MSP430的移动式弹跳机器人控制系统设计

为了提高机器人在未知环境中的运动和生存能力,设计用于燃爆式移动弹跳机器人的控制系统,以MSP430单片机为控制主体,实现弹跳驱动、行走驱动和实时采集周围环境信息等功能。试验表明:控制系统能实现机器人的弹跳和行走驱动等功能的控制。     

弹跳机器人弹跳机构的设计与仿真分析

在仿生蝗虫跳跃机理的基础上,给出了弹跳机器人的弹跳机构设计方案,并从理论上分析了其可行性与优势。根据蝗虫腿部的跳跃特点,建立了弹跳机器人的弹跳机构模型。利用虚拟样机技术,对弹跳机器人进行仿真与分析,得出了弹跳机器人的位移、速度、蹬地力曲线,分析了不同参数对弹跳高度与距离的影响。然后通过仿真得到了弹跳机器人蓄力阶段的驱动力矩曲线,为弹跳机器人动力配置提供了依据。     

可抛掷多运动态球形机器人移动机构

结合球形机器人防护性好,两轮机器人能自平衡易控制,弹跳机器人越障能力强的优点,构建了一个具有球形、两轮和跳跃3种基本运动形态的可投掷机器人.球态时机器人两个半球闭合,便于母车抛掷和携带,在平地可全方位运动;遇到沙地、坡地等复杂地形环境,展开为两轮机器人,弹跳机构展开作为第3支点,增强越障爬坡能力;当遇到障碍或陷于困境时可跳跃行进.文中对其结构和原理进行了介绍,并进行机械结构设计和样机研制.场地试验表明,该机器人具有投放方便和运动灵活的特点,验证了设计方案的可行性.     

一种间歇式弹跳机器人的机构设计与跳跃性能分析

为研究复杂地形下弹跳机器人跳跃轨迹的可控性问题,设计一种基于齿轮—六杆变胞机构的间歇式弹跳机器人。通过改变齿轮—六杆变胞机构的拓扑结构,机器人具有储能、能量锁定与释放、改变储能大小以及调整姿态角的功能,起跳过程中弹跳力具有仿生特性。根据机器人的结构特征设计翻转机构,使其倒地后自行翻转复位。在理论建模基础上,对机器人的跳跃运动进行仿真以研究储能改变和姿态角调整对跳跃轨迹的影响。研制间歇式弹跳机器人原理样机并进行跳跃运动试验,仿真和试验结果较吻合。结果表明,该间歇式弹跳机器人的机构设计具有可行性,跳远度和跳高度具有可控性:跳远度的控制可通过改变储能大小实现;储能相同时,跳高度的控制可通过调整姿态角实现。为需要轨迹规划的间歇式弹跳机器人的设计提供了一种方案。     

一种微型弹跳机器人的设计

针对现有机器人在森林、山地、坍塌区域等复杂的非结构化环境中移动困难的问题,设计开发了一款可搭载侦察或营救设备、在崎岖环境下进行高效运动的弹跳机器人。该机器人总质量为97.1 g,最大弹跳高度为1.5 m,具有一定的负载能力,可搭载设备进行实际应用。首先,将设计的几种弹跳机构方案进行理论分析对比,最终设计出稳定性最好、能量利用率最高的方案。其次,为了使得弹跳机构能够瞬间释放能量,设计了一款精简可靠的能量控制机构。该机构可有效控制储能机构,进行能量的快速存储与瞬间释放,使得存储的弹性势能高效地转化为机器人的动能。最后,在机器人的系统集成方面,从两个角度进行理论分析,得出了机器人合理的质量分布。     

基于ADAMS的垂直弹跳机器人动力学仿真

针对一种垂直弹跳机器人,利用Pro/E软件创建三维实体模型,然后利用Pro/E与ADAMS的数据接口软件Mechanism/Pro将模型及其特征参数导入ADAMS中,并在几何模型上施加适当的约束、接触力、驱动、传感器等,最后进行动力学仿真,主要分析了弹簧刚度对机器人的弹跳高度、弹跳速度和弹跳加速度等的影响.     

On the comparison of model-based and modeless robotic calibration based on a fuzzy interpolation method

Traditional robot calibrations implement either model-based or modeless methods. A model-based calibration method normally involves four steps: kinematic model definition of the robot, measurement process of the robot’s positions, identification of the kinematic model of the robot and compensation of the position errors. This type of method can be both time consuming and complicated because of the identification and compensation processes. Most traditional modeless methods are relatively simple and practical, but their calibration accuracy is relatively low and most of them are only suitable for the robot’s calibration in the 2D domain and in relative small workspaces. This paper provides a novel modeless fuzzy interpolation method to improve the compensation accuracy for robot calibration in the 3D workspace. A comparison between the model-based and modeless fuzzy interpolation calibration method is made. The simulated results show that the modeless fuzzy interpolation method is compatible with the model-based calibration method, and even outperforms a model-based counterpart in terms of accuracy and complexity in a relatively compact workspace.     

一种6自由度柔索并联机器人的动力学研究

采用串联约束 /并联驱动的原理 ,通过加入约束机构 ,设计一种新型柔索驱动并联机器人。然而由于约束机构的引入 ,机器人的动力学分析变得更为复杂。在对机器人进行运动学分析的基础上 ,利用牛顿 欧拉法建立机器人动力学方程。仿真结果证明了该方法的有效性     

Energy dissipation rate control and parallel equations solving method for planar spined quadruped bouncing robot

This paper continues our investigation into Energy dissipation rate control (EDRC) and Parallel equations solving method (PESM). Our previous works showed how EDRC enables us to provide stable walking or running gaits for legged robots via controlling robot’s loss of energy rate during Impact phases (IP). This is while PESM facilitates the trajectory designing process of the robot’s active joints during each Single support phase (SSP) by solving the robot’s inverse kinematic and inverse dynamic equations in parallel. Even though PESM is very powerful and suitable for both quadruped robot, and despite the under actuation problem at the ankle joint, and biped robots, despite the presence of Zero momentum point criteria (ZMP) at the ankle joint, still, this method is limited to robots just with three and five DoFs. Therefore, the main purpose hereis to show how it is possible to extend the application of PESL to a spined quadruped robot with four DoFs by employment of the Central pattern generator (CPG) controller units and finding a connection among CPG’s output, PESM and the robot’s foot placement. Besides, as EDRC is employed to realize a stable bouncing gait for the robot, a whole numerical study is performed on the robot’s impact dynamic equations to evaluate the effect of spine joint on the robot’s impact dynamics.

     

Type Synthesis of Walking Robot Legs

Walking robots use leg structures to overcome obstacles or move on complicated terrains. Most robots of current researches are equipped with legs of simple structure. The specific design method of walking robot legs is seldom studied. Based on the generalized-function(GF) set theory, a systematic type synthesis process of designing robot legs is introduced. The specific mobility of robot legs is analyzed to obtain two main leg types as the goal of design.Number synthesis problem is decomposed into two stages, actuation and constraint synthesis by name,corresponding to the combinatorics results of linear Diophantine equations. Additional restrictions are discussed to narrow the search range to propose practical limb expressions and kinematic-pair designs. Finally, all the fifty-one leg structures of four subtypes are carried out, some of which are chosen to make up robot prototypes, demonstrating the validity of the method. This paper proposed a novel type synthesis methodology, which could be used to systematically design various practical robot legs and the derived robots.     

机器人实验及开发柔性平台的研究

针对当前国内对机器人技术人才的迫切需求,开发一套既能实现基础教学又能激发学生创造力的机器人实验及开发柔性平台,该平台的机械结构、软硬件控制系统均采用模块化、开放式设计,具有很好的可重组性,在此基础上可进行机器人的二次开发。平台集成了机械、电子、通讯、计算机等多种技术,其控制软件采用了三维仿真技术,具有网络管理和远程控制功能。该平台适用于学生进行试验、创新与竞赛、课程设计和毕业设计,对于学生实践能力的提高有较大帮助,为学生的就业和更高层次的深造做了良好的铺垫。     

实时的移动机器人语义地图构建系统

语义信息可以使机器人更充分地理解未知环境,为更高级的人机交互和完成更复杂的任务奠定基础。为了能够使移动机器人实时地创建语义地图,在Jetson TX1嵌入式电脑上开发了一种轻量级的深度学习目标检测模型,在保证了检测精度的同时,实现了高效的目标检测功能。并利用了视频流中的帧间光流信息,使用运动信息指导传播算法降低检测算法的漏检率。对于Kinect传感器生成的深度图像有黑边、黑洞等缺陷,使用统一计算设备架构(CUDA)技术开发了一种实时的深度图像修复算法。利用即时定位与地图构建(SLAM)技术,实现移动机器人底层的定位、导航、地图创建功能,并在此基础上使用贝叶斯推理框架,同时融合了环境的度量信息与视觉识别信息完成了语义地图的创建。经过实验表明,所提出的方法在实际的、复杂的室内环境下可以使移动机器人实时地创建语义地图。     

拟人机器人自由度的分析

以采用最常见的下肢关节配置方案的拟人机器人为例进行了自由度的计算，并且对只考虑某一个方向转动关节的模型也进行了自由度的计算。利用Adams软件引入了一种简单有效的自由度验证方法，并对计算结果以及拟人机器人下肢各关节的耦合现象进行了分析，该方法亦适用于采用其它关节配置方案的似人机器人。     

APPROACH TO IMPROVEMENT OF ROBOT TRAJECTORY ACCURACY BY DYNAMIC COMPENSATION

Some dynamic factors, such as inertial forces and friction, may affect the robot trajectory accuracy. But these effects are not taken into account in robot motion control schemes. Dynamic control methods, on the other hand, require the dynamic model of robot and the implementation of new type controller. A method to improve robot trajectory accuracy by dynamic compensation in robot motion control system is proposed. The dynamic compensation is applied as an additional velocity feedforward and a multilayer neural network is employed to realize the robot inverse dynamics. The complicated dynamic parameter identification problem becomes a learning process of neural network connecting weights under supervision. The finite Fourier series is used to activate each actuator of robot joints for obtaining training samples. Robot control system, consisting of an industrial computer and a digital motion controller, is implemented. The system is of open architecture with velocity feedforward function. The proposed m     

一种新型的气动爬杆机器人

随着人工智能技术的迅速发展,各类智能机器人的研究也越来越受到人们关注。面向实际生活和工业应用中存在大量爬杆作业的需求,在分析现有爬杆机器人在实际应用中所存在问题的基础上,设计了一款能够快速攀上固定高台的新型气动驱动机器人。该机器人利用双作用气缸为主要执行元件,通过设计六连杆机构对圆柱杆进行夹紧,通过气缸提升实现机器人的爬杆动作,然后通过摩擦轮带动机器人旋转上台进行工作。首先对机器人进行了结构设计和建模,再通过COMSOL软件分析主要零件的力学性能,并在AMESim软件中完成提升和夹紧机构的运动仿真。分析结果表明,该气动爬杆机器人能够满足快速爬杆的要求。     

模糊控制在工业机器人中的应用研究？

工业机器人各关节之间关系十分复杂,其转动惯量随着运动位置的变化而变化是非线性控制。要使工业机器人的各关节达到高精度、无超调及快速平稳控制是技术难题。通过介绍工业机器人模糊控制系统的结构及其模型建立的过程,分析了机器人模糊控制的关节控制系统及调节特性。实践表明将模糊控制应用于工业机器人控制可以达到良好的控制性能要求。