自抬升越障导盲机器人设计

设计并制作了一款自抬升越障的导盲机器人,此机器人可在平坦道路上快速安全行走,遇到障碍时能够语音提示,并越过路肩等较低障碍物。该机器人采用了新型的越障机构,动作平稳。介绍了越障机构的工作原理,对越障机构进行了建模,采用拉格朗日方程对其进行了动力分析,选择了合适的动力部件,经过实验验证,证明该机器人运动平稳,可以轻松完成越障功能。     

井下巡检机器人浮动式移动底盘设计与分析

为提高巡检机器人行走稳定性及越障性能,解决煤矿井下非结构化和复杂未知环境的安全巡检问题,提出一种浮动式巡检机器人移动底盘的设计方案。阐述巡检机器人浮动式移动底盘的结构设计及工作原理,分析巡检机器人越障过程,推导巡检机器人质心位置,得到越障高度与移动底盘位姿关系。运用ADAMS建立巡检机器人虚拟样机,模拟机器人在井下各种复杂路面行走及越障过程。结果表明：所设计的浮动式移动底盘提高了巡检机器人在井下复杂路面行走的稳定性,使巡检机器人具有平稳运行及良好的越障能力,进一步验证了井下巡检机器人浮动式移动底盘设计的可行性。     

一种特殊结构履带机器人设计及爬楼梯打滑性分析

针对履带机器人在越障过程中出现的不稳定问题,设计了一种特殊结构的被动摇臂履带机器人。用UG建立了履带机器人的三维模型,对其在越障性能之一的爬楼梯过程中进行了打滑性理论分析,并通过多体动力学软件RecurDyn进行了运动学仿真,从而验证了该机构的可行性,为被动摇臂履带式机器人的发展提供了依据。     

悬架式六杆机构机器人机构设计与分析

设计了一种悬架式六杆机构越障机器人,其独特对称的六杆机构和平行四边形机构的使用不仅简化了机器人本体,还提高了其越障、转向能力。阐述了这种机器人的结构、原理,并借助双履带机器人的越障原理对悬架式六杆机构机器人的越障能力和转向能力进行了研究,为越障机器人的设计提供了新的思路。     

矿井搜救机器人移动系统的研究与发展

矿井搜救机器人能够代替救援人员进入复杂危险的灾后现场,并完成环境探测和搜索救援任务,对煤矿安全生产和井下搜救体系的建立具有重要意义。移动系统是井下搜救机器人的关键部件之一,其性能的好坏直接影响搜救工作能否顺利进行。对国内外矿井搜救机器人移动系统进行了概括和分类,并对其发展趋势进行探讨,以期为我国此类机器人的开发提供借鉴和启示。     

蛇形机器人越障研究

多机器人协调与合作作为一种新的机器人应用形式日益引起国内外学术界的兴趣与关注.然而,多机器人协调越障一直是机器人研究领域的一个难点.本文作者在建立并分析单机器人模块的结构模型以及最大越障能力的基础上,建立了链形机器人的结构模型,提出了一种新的越障方法.以链形机器人的弯举机构中的舵机为主要动力,推进机构的驱动电机为辅进行越障,推导出蛇形机器人越障的具体过程.在理论上论证了链形机器人的越障能力随着机器人的个数增加而相应增强.最后通过试验验证了本方法的有效性.     

双自由度轮脚快速转换机器人系统设计

针对轮腿或轮脚机器人进行轮与脚的转换时,必须在静止状态下完成,而不能在运动的同时实现转换。开发出由4个主驱动轴组成的双自由度轮脚复合机构的机器人,采用中枢模式产生器(CPG)的仿生控制架构,借助多种传感器信息生成适合于当前环境下运动的轨迹信号,使机器人能在未知的地形下进行流畅的步态、速度转换。通过测试表明,轮脚机器人通过改变控制参数K_p实现了运动中轮脚的平滑转换,轮模式和脚模式的最大速度分别为1.68 m/s和0.56 m/s,最大越障高度为15 cm,能为自动识别路径的越障机器人设计提供参考。     

基于ADAMS宏命令的薄煤层工作面巡检机器人建模与仿真

为了实现履带式巡检机器人虚拟仿真和实际运动情况相符合,在ADAMS软件中用宏指令建立了各条履带的仿真模型,并对履带块间的衬套力、接触力及求解器等参数进行了合理设置,对巡检机器人越障过程进行了虚拟仿真,得到了电机驱动力矩变化规律,最后对巡检机器人试验样机进行了越障性能试验,所设计的巡检机器人越障性能指标达到了设计要求。     

永磁吸附履带式管外爬行机器人的力学分析及运动仿真

为提高管外机器人的负载能力与越障能力，设计一种永磁吸附履带式管外爬行机器人。建立机器人在管道上的静力学和动力学模型，得到机器人在轴向和周向稳定运动时的吸附力条件。利用Ansoft Maxwell对比分析磁性履带组中永磁铁2种不同布局方式，选定合适的布局方式并计算该布局方式下磁性履带组在轴向和周向运动时能够提供的吸附力，验证了磁性履带组设计方案的合理性。最后基于ADAMS进行了运动仿真，得到越障过程中质心变化规律，验证了机器人具有良好的越障性能。     

矿井中多机器人搜救系统路径规划

矿难发生后,井下通信设施可能已有一定的损害、无法正常使用,因而无法知道被困人员的确切位置并且井下环境复杂危险,可能对营救人员造成伤害发生二次事故。为了快速地搜索到被困人员,结合井下无线传播环境的特点,提出井下多机器人组网搜救系统,其中包括机器人自由空间环境模型的创建、机器人搜索的局部和全局路径的规划。利用MAKLINK图论理论对井下环境进行建模,并且采用Dijkstra算法规划出避障初始路径,最后依据距离改进蚁群算法节点选择得出优化的最终路径,完成搜索路径的规划。MATLAB仿真结果表明,优化的路径总长度明显优于初始路径并且改进的蚁群算法有着较好的收敛速度,可以满足多机器人搜救系统的要求。     

空间四足爬行机器人设计及步态规划

针对现有的爬行机器人全空间内攀爬和越障能力不足、爬行转向不够灵活的问题,设计了一种空间四足爬行机器人,该机器人从正四面体体心到4个顶角在空间中对称布置4只采用真空吸附的爬行足。机器人爬行期间,始终保持三只爬行足稳定吸附于爬行表面,另一爬行足可以在空间中选择三种路径翻转,可实现直行、转弯、越障及跨越直角爬行表面等功能,并可完成360°空间连续攀爬。文章分析了空间四足爬行机器人的机械结构及其自由度,研究了爬行过程中机器人的球壳中心位移、移动副线位移以及转动副角位移随时间的变化情况,规划了机器人的爬行步态。仿真和计算结果表明,该机器人结构紧凑、运动灵活,空间越障能力强。     

基于模糊PID的箱梁移动焊接机器人

针对结构化箱梁移动焊接作业需求,设计了一种新型六足轮腿式机器人及其控制系统。首先设计了机器人的本体结构模型;然后针对机器人模型进行了运动学分析与建模,规划了机器人的越障步态;同时为了保证机器人在直线运动过程中的稳定性,采用了模糊PID控制算法,再利用Simulink软件进行了仿真;最终搭建了实验平台进行实验测试。实验证明,基于模糊PID控制方法的轮腿式机器人的直线运动偏差相比于普通PID控制方法的更小,能够实现稳定的越障运动。     

具有良好壁面过渡能力的新型爬壁机器人动力学建模与分析

不同类型的环境和凹凸不平的壁面对爬壁机器人的平稳性和可靠性提出要求,设计一种轮足式永磁吸附检测风力发电机故障的爬壁机器人,该机器人具有一定的负载能力、越障能力、灵活可靠等特点,可以实现水平壁面到竖直墙壁的交互式过渡。根据永磁吸附爬壁机器人运动原理,设计其机械结构并建立机器人沿风力发电机塔筒向上、向下以及悬壁面3种姿态的力学和运动学模型,运用Matlab/Simulink软件,对爬壁机器人在不同位置下瞬时启动的加速度进行仿真,最后利用ADAMS软件对爬壁机器人壁面越障进行了实验仿真。样机实验及仿真实验结果表明:该新型爬壁机器人在运行中平稳可靠,能够很好地实现壁面平稳过渡,为爬壁机器人在实际作业中平稳运动提供了理论依据。     

基于多传感器信息融合的输电线路巡检机器人自主越障方法研究

针对550 kV架空输电线路巡检机器人在运行过程中对线上金具识别不稳定及自主越障效率低等问题,基于多传感器信息融合的方法,结合机器人在线越障过程的特点,提出了一种基于多传感器信息融合自主越障方法与策略,并进行了在线自主越障实验。结果表明:以巡线机器人为平台,基于多传感器信息融合的机器人自主越障策略是可行的,提高了机器人越障运动的准确性和灵活性,保证机器人安全可靠的运行。     

基于有限状态机的输电线路巡检机器人自主越障运动控制方法

针对输电线路巡检机器人自主越障运动控制复杂、越障效率低等问题,以一款五臂式巡检机器人为例,通过规划与分析机器人越障动作序列,基于有限状态机理论,提出一种机器人自主越障运动控制方法。通过建立以传感器检测信息为迁移条件的越障运动控制模型,对机器人自主越障运动进行控制;将机器人置于线路环境进行巡检实验。结果表明：该机器人能自主识别并稳定、高效地跨越线路障碍,完成巡检任务,验证了机器人系统的合理性及自主越障运动控制方法的可行性。     

基于多传感器的超高压输电线路巡检机器人越障控制

根据500 kV超高压架空输电线路的结构及障碍特点,设计多传感器、多驱动器巡检机器人越障控制方案,提出采用多传感器二次定位方法实现巡检机器人越障时的空间定位.阐述系统的结构和越障原理,通过线下模拟实验环境,不断测试生成合理的知识库,实际越障时根据实测信号自动调用知识库完成自主越障动作.实验结果表明:传感器工作可靠,知识库和空间定位方法设计合理,巡检机器人能高效、快速、高精度地完成巡检及越障任务.     

500kV超高压架空输电线路巡线机器人的空间巡线方法研究

针对500 kV架空输电线路巡线机器人在越障过程中的线路辨识问题,提出采用激光扫面传感器实现巡线机器人在越障过程中的空间定位。阐述越障原理和越障中的巡线方法,采用一定的逻辑算法,利用激光传感器的反馈在三维空间中准确地定位线路,实现机器人在无人工干预状态下的自主越障。试验结果表明:基于激光传感器的越障巡线方法稳定可靠,实时性好,能满足实际运行中的巡线要求。     

基于ADAMS的三角轮系式移动机构动力学仿真

三角轮系式移动机构是爬楼越障机器人的重要组成部分。利用动力学仿真分析软件ADAMS建立三角轮系式移动机构的虚拟样机模型,对其各工况进行了动力学仿真分析,验证了其结构设计的合理性,分析结果为爬楼越障机器人机构的设计提供参考。     

永磁吸附履带式船舶爬壁机器人结构设计

分析了一种永磁吸附履带式船舶爬壁机器人结构及工作原理。通过交流伺服电机驱动的永磁吸附履带机构使机器人能完成垂向爬壁的运动功能。为提高机器人的负载能力和越障能力,结构上采用了新型的永磁万向轮辅助吸附机构和从动轮浮动机构。研究中分析了永磁吸附履带爬壁机构的力学状态。通过对吸附系统的磁力仿真及磁力实验分析,合理设计了永磁吸附履带爬壁机器人吸附单元结构形式和电力驱动系统参数。     

永磁吸附履带式船舶爬壁机器人结构设计（英文）

分析了一种永磁吸附履带式船舶爬壁机器人结构及工作原理。通过交流伺服电机驱动的永磁吸附履带机构使机器人能完成垂向爬壁的运动功能。为提高机器人的负载能力和越障能力,结构上采用了新型的永磁万向轮辅助吸附机构和从动轮浮动机构。研究中分析了永磁吸附履带爬壁机构的力学状态。通过对吸附系统的磁力仿真及磁力实验分析,合理设计了永磁吸附履带爬壁机器人吸附单元结构形式和电力驱动系统参数。