基于嵌入式视觉的移动式自重构微小型机器人

本文提出了一种新型移动式自重构机器人。机器人包含若干可独立执行任务的移动子机器人,单元子机器人由若干模块化组件(中央处理模块、通信模块、驱动模块、弯举模块、超声模块、视觉模块等)组成,并可通过展开结构进行简单变形以增强自身机动性能与越障能力。多个子机器人可以在微型CMOS相机及其它传感器协作下自主对接为整体机器人,并可自重构为蛇形、环形等构形完成越障;在任务完成后,各子机器人可以彼此脱离,形成分布式机器人系统。为实现机器人微小型化,在模块化设计过程中大量采用了紧凑机械结构,设计了基于微型CMOS数字相机的嵌入式图像处理模块用于视觉自重构,以及基于ARM、FPGA的嵌入式中央控制器进行低能耗高效率的全局控制。单元机器人通过了完整功能测试,并完成了两个模块间的对接实验。     

基于惯性冲击原理的3DOF微小型机器人系统

提出一种由4组压电陶瓷驱动器驱动的微小型移动机器人系统.基于惯性冲击原理,4组压电陶瓷驱动器在不同形式锯齿波电压的驱动下,能够实现机器人2个平动运动自由度和一个旋转运动自由度.基于DDS波形发生原理,为机器人设计了由C8051F040高速单片处理器、FPGA和功率放大器所构成的机器人驱动控制系统.机器人运动性能测试试验表明,提出的微小型移动机器人统具有亚毫米级的运动速度和亚微米级的运动分辨力,可以作为微操作系统中的移动式精密定位机构.     

基于串并联机构的自重构移动机器人

为验证具有大输出力矩和工作空间的可重构机构对提高移动机器人运动性能的有效性,设计一种基于串并联等效球铰机构的可对接自重构多模块移动机器人.利用丝杠摇块机构构成并联机构支链,两个支链并联然后与一个旋转机构串联构成主动等效球铰机构.所提出的等效球铰机构结合并联机构和串联机构的优点,能以紧凑的结构提供较大的输出力矩和工作空间.对该串并联机构进行运动学分析,获得运动学逆解,作为机器人控制算法依据.进行机构静力学分析,获得确定驱动力和负载条件下机构的可控工作空间,为结构设计和工作路径选择提供理论指导.提出能实现平面偏差补偿和大负载能力的对接机构,实现机器人模块间的对接和脱离.设计JL-1型机器人样机,并利用该样机进行试验.试验验证了所提出串并联主动等效球铰机构和对接机构的有效性,同时证明自重构功能赋予野外机器人主动扩展地形适应性的能力,从而有效地增强机器人对环境和任务的适应性.     

自重构微型移动机器人红外定位与对接

自动对接一直被认为是自重构机器人领域内最具有挑战性的一个研究难点,是其区别于可重构机器人的重要特征.文中给出了一种简单的基于红外传感的对接方法,用于自重构微型移动机器人.设计了由1个红外接收器和4个红外发射器组成的红外定位系统.通过采用红外集中对准和动态路径规划的控制方法,使微机器人之间的自动对接具有很高的效率和可靠性.通过两个微机器人之间的对接实验,验证了该方法的可行性.     

基于微小型移动机器人的微操作系统

提出一种新颖的基于宏/微双重驱动微小型移动机器人的微操作系统.机器人在宏运动状态下为典型的轮式机器人,在微运动状态下为尺蠖运动机器人.将集成微夹持器的微操作器安装在机器人移动定位平台上用于实现微操作任务.为了自动导航机器人完成微操作任务,设计外部智能视觉系统.视觉系统分为全局视觉与显微视觉两个子部分,机器人在全局视觉的导航控制下以宏运动状态实现大范围的粗定位,并使机器人微夹持器末端准确地进入显微镜视场.在显微视觉的导航控制下以微运动状态实现小范围、高精度的精定位,并完成微操作任务.试验表明,提出的基于微小型移动机器人的微操作系统能够成功地实现微小零件的夹取与装配.     

自重构仿生四足机器人运动学分析及仿真

自重构模块化机器人是由多个相同的单元模块构成,可以在复杂环境中独自完成各种构型和工作姿态.在分析自重构模块化机器人单元模块机构的基础上,提出一种由10个相同单元模块构成的自重构仿生四足机器人,建立其运动学模型,运用D-H法推导出该机器人的正运动学和逆运动学方程,将设计出的机器人三维模型导入Adams/view中进行运动仿真分析,验证该机器人运动的可行性与设计的合理性.     

微小型壁面检测爬壁机器人移动平台研究

壁面移动机器人应用于建筑物表面质量检测,有利于提高工作效率,避免人身危险,故提出一种基于负压吸附原理的微小型壁面检测爬壁移动机器人,该机器人对不同的壁面具有一定的适应能力,而且吸附可靠,移动灵活。介绍机器人平台系统,对双轮单独驱动的移动机构进行运动学分析,还对应用于该机器人的负压吸附原理进行研究,从热力学角度提出负压吸附系统理论模型。此外,以腔内有效负压为设计指标,设计机器人专用离心叶轮,并对设计结果进行计算流体动力学验证。研制微小型壁面移动机器人的原理样机,通过试验测试,验证机器人样机的基本吸附效能及综合性能指标,实现机器人体积的小型化,使机器人的负载自重比接近4.0,证明叶轮设计方法、负压吸附系统以及移动机构设计等技术的正确性。     

混合型自重构模块化机器人对接系统的研究

设计了一种新型的混合型自重构模块化机器人,其基本模块由外形呈正三棱柱的主、从模块构成:主模块包括3个主驱动电机及螺旋传动装置,从模块包括2个从驱动电机及螺旋传动装置。针对该自重构机器人,设计了一种手爪握合式对接系统:该对接系统主要由钩爪结构、传动盘和连接盘构成,通过钩爪的伸缩、张合及传动盘的转动实现相邻模块间的对接和分离。基于混合型自重构模块化机器人基本模块的几何特征,描述了手爪握合式的对接关系;基于主、从模块间及相邻基本模块间的空间约束关系,分析了相邻基本模块之间对接、分离的过程;该自重构机器人3个基本模块的构型变化、对接仿真,证实该自重构机器人系统能够完成变形及基本模块间的对接任务。     

移动机器人室内外无缝切换定位方法研究

为了实现移动机器人在室内外环境下的无缝精准定位,针对实验室的巡检机器人,安装惯性测量单元(IMU)、GPS、UWB定位传感器模块,在通过容积卡尔曼滤波器实现室内和室外融合定位的基础上提出了基于阈值机制和多传感器定位精度的室内外无缝切换定位方法,并设计实验验证算法在定位精度上的优越性和室内外定位切换上的平稳性.     

模块化可重构外肢体机器人

针对单人无法独立完成的操作任务,需要额外辅助的需求,提出并研制了一种模块化、可重构的外肢体机器人,该机器人由多个结构、功能相同的基本模块单元串联组成。为了实现模块化外肢体机器人的模块连接配置与变形重构能力,分析了基本模块单元的结构、功能需求,根据需求设计了基于舵机驱动的模块单元。每个模块单元由两个楔形子模块共轴相互转动构成,形成一个转动自由度。设计了基于磁铁吸附的机械连接机构,可以实现两个模块间的快速连接与分离;提出了双排金属触点间隔错位连接方法,保证两个模块单元间实现可靠的电气系统连接。划分了双模块串联条件下4种不同的连接方位,得出了外肢体机器人的构型配置种类与串联模块个数关系。面向具有任意模块个数、不同连接方位的外肢体机器人,建立了基于虚拟转轴的模块化外肢体机器人通用正向运动学模型。对基本模块的转动能力、承载能力、快速连接能力以及外肢体机器人在焊接过程中,辅助操作人员夹持导线、递送电话等能力进行了试验,验证了所提出的新型模块化外肢体机器人的辅助能力。     

快递分拣机器人控制系统的设计

为提高快递分拣效率,设计了一种基于OpenMV机器视觉模块的快递分拣机器人控制系统。在这一控制系统中,通过机器视觉技术实现快递件的轮廓识别、定位、扫码及分类,将STM32单片机作为运动控制核心,外接传感器感知机器人的状态,基于串口与机器视觉模块双向通信,实现对放置在地面的快递件进行自动分拣。通过制作样机验证了设计的合理性与可行性。     

基于GPRS网络的家用安防机器人远程通信系统

为实现安防机器人远程通信功能,将J2ME技术、互联网Web技术、移动无线网络和简单邮件传输协议(SMTP)技术应用到家用安防机器人远程通信功能系统中,提出了通过服务端发送邮件的方式实现远程通信的方法.开发了一种基于J2ME技术和GPRS无线网络的安防机器人远程通信系统.首先开展了该系统的总体框架及功能模块分析,然后详细...     

智能移动机器人超声波测距定位系统的研究

移动机器人技术是机器人研究领域的一个重要分支。为了赋予机器人智能控制和自主导航的能力,解决机器人开发过程存在着成本高、功耗大等问题,研究设计了一套基于超声波传感器的智能移动机器人测距定位系统,同时使机器人具有报警、避障及定位等功能。     

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。     

基于CAN总线的自主式移动机器人通信系统研制

针对自主式移动机器人实时导航的需要,提出了一种基于CAN总线的自主式移动机器人通信系统。该通信系统利用2条CAN总线把上位计算机、传感器模块和运动控制器连接在一起,降低了系统的连线数量,提高了系统的可维护性。实验表明,该系统通信可靠、实时性好、扩展性强,具有较高的实用价值。     

机器人导航路径的多种群博弈蚁群规划策略

为了降低移动机器人工作路径长度、减少算法迭代次数、提高路径平滑性,提出了多种群博弈蚁群算法的规划方法。建立了机器人工作环境的栅格模型;提出了由1个主种群和2个从种群组成的多种群蚁群算法;将博弈论应用于种群的协同与竞争中,设计了合作博弈机制、奖惩机制、针锋相对机制和协调博弈机制;针锋相对机制和协调博弈机制应用于从种群间的交流与竞争,以帕累托最优为目的提高整个从种群的搜索多样性;合作博弈机制和奖惩机制应用与主从种群之间的交流与合作,使从种群将搜索经验和较优路径片段传递给主种群,从而提高主种群搜索效率和质量。经仿真验证,多种群博弈蚁群算法的路径多样性在迭代过程中保持较高水平;多种群博弈算法规划的路径长度比最大最小蚂蚁系统减小了5.98%,搜索迭代次数和路径平滑性也优于最大最小蚂蚁系统,证明了多种群博弈蚁群算法在路径规划中的有效性。     

基于Mobile-Android小型移动机器人平台控制系统

针对目前小型移动机器人控制系统存在的设计成本高、平台搭建困难、过度依赖网络的问题,将软件设计模式中的MVC模式应用于移动机器人控制系统设计,同时,在Android平台和Arduino控制板上使用Java、C语言进行了实验。提出了基于Android移动计算平台、结合蓝牙通信和无线局域网（WiFi）通信的小型智能移动机器人平台Mobile-Android。详细地描述了该平台的系统结构、控制软件,包括GUl界面模块、运动控制模块、命令配置模块、上位机与下位机通信协议等的设计与实现。在原型系统上初步的测试结果表明,该智能移动平台方案既能够实现智能移动机器人系统硬件平台的快速搭建,又能够充分发挥移动机器人的运动特性与智能手机的强大信息处理能力和控制能力;结合两者长处,获得了一个完整的智能移动机器人系统。