基于高架四边形结构的越障机器人机构分析和仿真

研究了一种基于高架四边形结构的六轮机器人。机器人结构分为前叉、机体和尾部,前叉及机体两侧采用的能够根据地形被动变形的四边形结构,使得机器人具有较强的被动越障能力。根据越障高度设计的需求,对机器人越障结构进行建模分析,得出机器人越障结构的分析结果。通过ADAMS软件对机器人进行越障性能仿真,获得各轮在运动过程中的动力学参数数据。最后,通过实验,验证了机器人的越障能力。     

新型轮腿式地面移动机器人的结构设计与运动特性分析

依据平行四边形悬挂机构的运动特性设计的轮式移动机器人具有良好的越障性能,通过结合摆臂和行星轮机构而设计的新型轮腿式地面移动机器人克服了原有机器人不能跨沟的缺陷,对外界非结构化的路面环境具有良好的适应能力。详述了该新型轮腿式机器人的结构特点,对该机器人的运动特性进行了分析,并利用拉格朗日方程建立了该机器人越障状态下的动力学模型。采用一组可行的结构尺寸,利用ADAMS软件建立虚拟样机模型验证了该地面移动机器人的可行性。     

轮足式机器人机构设计及越障性能分析

越障能力和地形适应能力是移动机器人性能评价的重要指标。以提高越障能力为目标,设计了一种轮足式越障机器人,采用头部连杆机构辅助越障,同时对其头部连杆机构进行了参数设计。利用瞬时功率守恒原理建立了越障机器人的运动学方程,得到了越障过程中的速度变化规律,在此基础上,采用Adams进行了机器人运动仿真,模拟机器人爬越台阶面的运动情况,并分析了机器人爬越台阶面的越障性能。结果表明,所设计的轮足式机器人具有良好的越障能力。     

一种可变径轮腿式越障机器人的设计与研究

针对地面移动机器人在非结构化地形中越障存在的局限性，提出一种基于平面齿轮连杆杆组的可变径轮腿式越障机器人的设计方案。首先对越障机器人的变径机构在轮式和轮腿式两种模式之间的变换原理进行了介绍。当遇到障碍物时，变径机构可依据障碍物的高度来变换模式从而进行越障运动。在此基础上通过计算其变形比以及运动学分析仿真，验证了该变径机构设计的合理性、较强的越障能力和模式变换时的可靠性和稳定性。其次通过构建力学模型来分析两种模式下机器人的越障能力，得出其在不同模式下的极限越障高度。最后，基于ADAMS软件对机器人在单台阶、连续台阶以及复杂路面时的越障能力进行运动仿真。结果表明该越障机器人在面对不同工况时都具有较好的越障能力，验证了设计方案的可行性。     

全驱动轮腿式机器人越障动力学建模与仿真分析

针对非结构化环境,设计了一种全驱动轮腿式移动平台。首先设计了移动平台的整体结构,并优化了越障杆的数量。通过分析机器人跨越垂直障碍的过程,进而建立越障过程的动力学模型,该模型体现了运动状态以及重心分布对电机输出力矩的影响;利用该动力学模型分析附着系数、移动平台重心、移动平台速度、障碍物高度等因素对电机最大输出力矩的影响。最后计算该机器人的最大越障高度,并用ADAMS仿真验证,为提高机器人适应非结构化环境提供理论依据。     

全地形六轮移动机器人的设计与制作

设计制作了一种六轮独立驱动差速转向的全地形移动机器人,分析了六轮驱动和差速转向在全地形移动机器人应用上的优势。对移动机器人进行整体设计,建立了全地形六轮移动机器人平面差速转向的动力学模型,在研究动力学模型的基础上得到电机参数,选择合适的驱动电机和减速器。运用ADAMS虚拟样机对移动机器人的关键尺寸进行多目标优化,得到在一定约束条件下的最优设计尺寸。运用SolidWorks软件建立了三维模型,完成机器人的机械系统搭建和控制系统搭建。     

基于虚拟样机的复合式履带机器人动力学分析

基于研发可适应多种结构化及非结构化地形的移动机器人平台的需求,就复合式越障机器人动力学性能展开研究。首先在Recurdyn平台上建立了主从履带复合式越障机器人的虚拟样机,建立了其与平地硬质及软性地面的接触模型,并在这两种路面上进行行驶仿真。根据仿真结果,得到机器人平地前进的动力学数据,并对机器人的结构设计提出一定建议。     

基于ADAMS的六轮自适应越障机器人的设计与研究

针对在复杂环境下对移动机器人的运动要求,设计了具有良好机动性和越障性的六轮腿复合型移动机器人。用静力学方法对机器人进行了稳定性和运动能力分析,运用虚拟样机动力学软件ADAMS构建了自适应越障机器人参数化模型,主要对机器人在两种不同障碍物条件下越障情况进行了分析,获得了机器人各部件和整体的运动学特性曲线,为机器人结构的设计与数值计算提供了理论依据。对机器人样机进行了性能测试,验证了机器人本体结构的可靠性和实用性。     

三角履带爬壁机器人越障动力学建模与仿真

针对一些工作场合对爬壁机器人有较高的越障性能要求,设计了一种包含4个三角形履带轮组构成的磁吸附爬壁机器人。首先设计了三角履带爬壁机器人的整体结构,研究了越障过程中机器人结构变化,以及爬行越障和翻转越障通过原理。建立了翻转越障过程动力学模型,该模型体现了机器人机构尺寸等因素对电机输出力矩的影响。根据此模型,能确定机器人越障过程所需最小驱动力矩。利用ADAMS软件进行仿真验证,仿真结果证明了动力学模型的正确性,表明了机器人结构简单,具有较强的越障能力。     

圆弧形腿机构六足机器人的结构和控制系统设计

针对轮式移动机器人越障能力不足的问题,设计出了一种兼具轮式和足式移动机构特点的圆弧腿仿生六足机器人。完成了基于飞思卡尔MC568037型DSP及CAN总线的机器人控制系统的设计;对机器人的运动步态、静力学及运动学模型进行了研究,并采用ADAMS仿真软件对运动学模型进行了验证;提出了一种基于三角函数规律的电机转速曲线。最后对电机驱动系统、机器人的越障及转向性能进行了测试。实验结果表明,机器人驱动电机的控制系统具有良好的响应特性,机器人可通过30 cm高的障碍,并且具有较小的转向半径,环境适应性强。     

具有被动摆臂的八轮机器人结构设计与仿真分析

为了提高轮式移动机器人的地形适应性、越障性和操控性,设计了一种具有被动摆臂的八轮机器人。采用铰接式摇臂能被动适应地形变化而相对转动,并在铰接点引入柔性关节以产生阻力矩,提高机器人的稳定性。分析了机器人在垂直台阶的越障机理,利用RecurDyn软件进行越障性能仿真,分析得出机器人越障的关键阶段。仿真结果表明,机器人可以攀越大于车轮直径的垂直台阶;并通过有、无柔性关节的仿真对比,验证了柔性关节的可行性,得出最优设计参数,为物理样机的研制提供理论依据。     

恒定轮距的多连杆式独立悬挂系统设计

为解决全方位轮式移动机器人搭载传统悬挂装置越障行驶时,轮距变化和轮毂中心面侧倾导致机器人运动控制难度大等问题,设计了一款由平行四边形机构、偏置曲柄滑块机构和摆动摇杆机构组成的多连杆式悬挂装置。通过ADAMS软件进行了不同地形环境的动力学仿真分析与优化设计,确定了最佳连杆结构参数。实物样机试验表明,机器人越障行驶过程中的操控性能以及轮子着地性与运动精度得到提高。     

基于ADAMS的双曲柄滑块机构变形履带机器人越障过程分析与仿真

针对复杂环境下移动机器人越障性能的要求,提出一种采用双曲柄滑块机构改变履带外形的越障机器人。利用被动自适应装置,对履带变形过程的张紧力进行主动控制。介绍了该机器人的整体结构,阐述了其越障机构的设计和实现过程,分析验证了履带变形前后长度保持不变。为检验设计方案的有效性,对机器人爬坡、攀爬台阶和转向过程进行了分析,并利用ADAMS软件进行仿真。通过动画模拟机器人越障、转向的实际过程,验证了其越障、转向性能。     

变形六轮腿式机器人越障性能分析与结构优化设计

为了提高移动机器人的越障能力,提出了一种变形六轮腿式移动机器人总体结构,分析了其越障原理及机器人越障时前腿机构的运动特性要求。利用多体动力学仿真软件Adams,建立了前腿机构的参数化模型,分析了前腿特征点在越障过程中的运动轨迹变化。提出了前腿机构越障过程的两个约束条件,以前腿机构越障高度最大为优化目标,对影响机器人越障性能的关键参数进行了优化设计。优化结果表明:前腿机构的越障性能得到了大幅提高,并且满足越障时的运动特性要求,为移动机器人的总体设计与研究奠定了基础。     

一种轮腿式越障机器人的研究

针对移动机器人在复杂多变地形环境下实现高机动性、强越障等需求,提出了一种被动变形式的轮腿式越障机器人设计方案。该机器人的变形轮转换过程是由外力操作得到的,因此,不需要任何驱动器,减少了机构的复杂性。在完成机器人整体三维建模的基础上,对变形轮的结构、原理及受力情况进行了分析;以变形过程中的触发转矩和展开前后半径之比为指标进行结构优化;分析机器人变形阶段受力情况,并对机器人平台的相关参数进行调整以实现稳定越障;使用Adams软件对机器人变形、越障过程进行运动学仿真,并制作物理样机对整机结构设计的合理性进行了实验验证。     

基于被动变形车轮的铰接型移动机器人设计与分析

针对非结构环境下传统移动机器人越障性能不足和运动柔性欠佳等突出问题,引入被动变形车轮与柔性铰接装置,研制出了一款能够被动适应复杂多变障碍地形的多驱动模块铰接型移动机器人。通过构建单驱动模块运动学模型,综合各模块间运动约束关系,建立了机器人整体位姿方程,提出了机器人柔顺运动控制方法。基于外力作用下车轮被动变形机理研究,结合多驱动模块耦合状态下机器人整体受力分析,系统建立了机器人越障力学模型,提出了机器人关键结构参数优化设计方法。理论分析和仿真结果表明：机器人具有良好的越障性能与运动柔性,可被动适应复杂多变障碍地形。     

管道清淤机器人悬架机构越障性能优化与仿真

为了提高管道清淤机器人的越障性能,基于机器人翻越垂直障碍工况,通过建立摇臂摆杆式悬架越障的准静力学模型,得到机器人翻越垂直障碍的条件。以该模型为基础,将最小电机能量消耗作为目标函数,利用控制变量法和序列二次规划法,得到悬架尺寸参数的最优值,结果显示越障时能耗降低了12.7%。基于ADAMS对管道清淤机器人虚拟样机进行越障仿真分析,仿真结果证明了优化结果的正确性。     

矿井救援机器人可变形行走机构设计

针对灾变后矿井下的非结构化环境,以提高机器人的越障能力与增强机器人对地形适应能力为目标,设计出一种矿井救援机器人可变形行走机构。通过对机器人跨越垂直障碍过程的分析建立了机器人越障过程的动力学模型。在此基础上,通过ADAMS进行运动仿真,模拟机器人在平面行走的情况以及爬越台阶的运动情况。仿真结果表明:本救援机器人可变形行走机构具有良好的越障能力,同时建立机器人3D打印样机并进行实验验证,实验表明:机器人具有良好的越障能力、较强的环境适应能力、结构紧凑、转向灵活等特点,进一步验证了机构的可行性和越障原理的正确性,为矿井救援机器人的进一步研究提供了理论依据。     

基于ADAMS的救援机器人越障过程分析及仿真

基于复杂环境下对救援机器人运动性能的研究需要,提出了一种具有越障功能的六履带式机器人,阐述了其机构设计及其实现,为检验设计方案的有效性,对机器人攀越台阶的过程进行分析,并运用ADAMS软件进行仿真。通过动画模拟机器人越障的实际过程,验证其越障性能。     

新型八轮腿复合移动机器人动力学分析与控制

为了满足应急救援系统对移动机器人速度和地形适应能力的要求,设计了新型的八轮腿移动机器人。结构方面,机器人通过改变两副轮腿夹角实现姿态调整,并通过抬高轮腿结构实现越障,以此来提高地形通过能力。控制方面,利用劳斯方程建立机器人动力学模型,在利用滑模控制实现机器人轨迹跟踪过程中,为减小稳态误差,滑模控制的切换函数采用了积分形式;为了避免切换增益过大带来的抖振,利用积分增益实现切换增益的自调整。由仿真结果可知,机器人轨迹跟踪误差能以较小的超调和较快的速度趋近零。