模块化可对接爬壁机器人

针对单体爬壁机器人越障能力低而多关节爬壁机器人壁面运动能力差的问题,提出了一种具有对接能力的模块化电磁吸附爬壁机器人设计。主要介绍了单体吸附爬壁模块、越障关节结构设计以及爬壁机器人的控制系统设计。该机器人的单个模块能够独立吸附行走,而多个模块对接后则能利用越障关节完成壁面越障。实验证明此种模块化可对接爬壁机器人爬壁性能良好,不仅能在壁面进行越障,且能够在单目视觉系统导引下实现壁面对接和分离。     

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。     

基于红外定位的微小型自重构移动机器人

为了提高微小型移动机器人的作业能力,提出了一种模块化的微小型自重构移动机器人系统。系统中每个单元机器人既可以作为动力单元,拖动其他机器人进行探测,也可以独立成为通信节点,扩大系统的通信范围。单元机器人由中央处理模块、通信模块、驱动模块、对接模块和定位模块组成。多个单元机器人可以彼此对接构成组合机器人。为了实现微小型化,设计了基于红外信号强度的定位方法。并针对现有对接技术的不足,结合电磁式重构机构与机械式重构机构的优势,提出一种新型的自动对接方法。最后进行了机器人之间的对接实验,实验结果证明了机器人设计的合理性。     

网格型自重构模块化机器人的对接过程

研究一种网格型自重构模块化机器人,基本模块由1个中心体和6个旋转面(连接面)组成.针对该网格型自重构机器人的性能和模块连接可靠性的不足,设计一个新的模块对接系统.该对接系统主要由可伸缩轴和可变孔组成,通过可伸缩轴和可变孔的对中、配合、锁紧和松开可仿真实现正常模块与正常模块、正常模块与故障模块的连接和分离,实现网格型自重构机器人的自变形及自修复动作,从而保持机器人整体构型的完整性.基于模块的几何特征,描述相邻模块的对接关系;基于"棋盘约束规则",分析了模块间的对接过程:模块旋转到位阶段和模块微调对中阶段:6模块自重构机器人的对接仿真和3模块试验证实该自重构机器人系统能够完成模块间的对接任务.     

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。     

基于视觉的可重构模块化机器人模型构建技术

针对不同的作业任务,可重构模块化机器人能利用机器人模块单元来灵活搭建不同的构型,但为新构型的机器人构建其运动学模型需要完成大量的工作。已知各类模块的模型,模块化机器人整体可以被表达为抽象的运动链模型,该模型包括所有组成模块、模块在运动链中的顺序、相邻模块连接的情况。根据抽象运动链的信息,组合各类模块的模型,即可以生成机器人整体模型。然而,采用通过模块内部传感器检测模块间连接参数的方法会导致模块单元设计方案复杂且成本高。提出了一种基于视觉的方法来识别机器人的运动链模型参数,然后利用模块的模型可以自动生成机器人的整体模型。     

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.     

基于ROS的临场可重构排爆机器人系统架构研究

在面对危险爆炸环境时,排爆机器人的临场任务具有多样性,根据不同的临场任务,机器人会在自身本体硬件的基础上,在现场对模块化组件进行快速组装,即机器人硬件方面的临场可重构。利用机器人操作系统(ROS),针对不同的硬件模块组合,进行软件重构是临场可重构机器人的软件特性。提出了一种基于ROS的临场可重构排爆机器人软硬件架构模式,在面对复杂环境时,操作人员能够根据现场不同的任务要求,对模块化设计的排爆机器人进行组装,形成硬件重构;而系统软件根据硬件模块的组装情况进行软件自重构,从而使排爆机器人具备完成不同任务的能力。排爆机器人的这种软硬件架构设计模式使得机器人在实际工作中表现出高效性、鲁棒性和自适应性。     

自重构机器人锁紧机构设计及自主对接研究

自主对接是实现机器人自重构的关键技术。基于新型自重构模块化机器人M2SBot的结构,设计了独特的正弦加速度槽凸轮式对接锁紧机构,可实现可靠连接。同时提出一种新的三维空间对接算法,将基于罗德里格矩阵的公共点法与爬山搜索算法相结合,扩大了两个待接面间空间偏移角的搜索范围。该算法利用红外线传感器计算两模块间的相对位姿偏差,通过逐步调整各个偏移量实现对接。最后分析了整个过程的对接策略。仿真结果表明,该锁紧机构和对接算法可以有效地实现模块间的对接。     

一种新型模块化可重组机器人的设计与研究

提出了一种模块化可手动重组机器人机构，该机构具有结构简单，控制方便，成本低廉等优点。基于模块化设计，使机器人具有多自由度和灵活的变形能力，可以很好地适应环境的变化，完成不同的任务。通过模块间的分离和对接，可实现蛇形、履带形和4足形等多种仿生结构。通过实验证明，该结构可以通过手动重组能够较好的完成蛇形蠕动、履带形滚动和4足爬行3种运动步态。     

DEVELOPMENT OF A SHAPE-SHIFTING MOBILE ROBOT FOR URBAN SEARCH AND RESCUE

A portable shape-shifting mobile robot system named as Amoeba Ⅱ（A-Ⅱ） is developed for the urban search and rescue application. It is designed with three degrees of freedom and two tracked drive systems. This robot consists of two modular mobile units and a joint unit. The mobile unit is a tracked mechanism to enforce the propulsion of robot. And the joint unit can transform the robot shape to get high environment adaptation. A-Ⅱ robot can not only adapt to the environment but also change its body shape according to the locus space. It behaves two work states including the linear state （named as I state） and the parallel state （named as Ⅱ state）. With the linear state the robot can climb upstairs and go through narrow space such as the pipe, cave, etc. The parallel state enables the robot with high mobility on rough ground. Also, the joint unit can propel the robot to roll in sidewise direction. Two modular A-Ⅱ robots can be connected through jointing common interfaces on the joint unit to compose a stronger shape-shifting robot, which can transform the body into four wheels-driven vehicle. The experimental results validate the adaptation and mobility of A-Ⅱ robot.     

机器人数控机床管控系统设计及应用

针对我国制造业制造过程仍缺乏全方位的信息化和自动化的问题,本文提出了一种机器人数控机床管控作业系统。该系统包括管控单元、过程监控单元、模块化机器人单元、智能数控机床单元和自主导航运料单元。通过管控单元与其他单元的相互通讯,按照管控单元的调度逻辑顺序,控制相应的其他单元,实现制造过程的全自动化作业。该系统已应用到某球销加工企业中,减少了企业的用工成本,提高了企业的自动化程度和生产效率,产品质量和稳定性也得到大幅提高。     

一种模块化全方位移动机器人的运动学分析

全方位移动机器人由三个轮式模块化单元和一个连接平台组成。轮式模块化单元是一个模块化万向单元称为MUU,具有俯仰、偏航和回转三个自由度。MUU的圆柱形铝合金外壳上安装了一系列的被动轮,这些被动轮机构使MUU成为一个大的全方位驱动轮。MUU在垂直于身体轴线方向能够提供较大驱动力,而在身体轴线方向的作用力由小被动轮卸载,从而实现万向轮的功能。高度的集成性使MUU的通讯和更换易于实现。移动机器人的运动学分析证明了该机器人的运动灵活性。最后,给出了该机器人的运动实验和仿真结果。     

可重构机器人单元结构设计及组合特性分析

建立了可重构机器人的一般化模块单元结构模型,定义了单元的组合表面,根据单元模型的几何外形和组合面的几何对称性,对其组合特性进行了分析。在此基础上,针对机器人转动关节的结构和运动特点,分别建立了摆动单元和旋转单元的可重构模型,同辅助单元共同组成可重构机器人系统的基本组合单元,并根据单元的几何结构,利用组合数学理论分别对其组合特性进行了研究。最后,利用这3种基本单元组合装配了一种与实际系统相对应的五足步行机器人,表明提出的可重构单元具有一定的可行性和实用性。     

基于S3C4510B的ARM嵌入式系统模块化设计

基于ARM微处理器的嵌入式系统已经得到了广泛应用,通过采用嵌入式系统的模块化设计方法,可以缩短研发周期和降低开发成本.详细介绍了ARM模块设计的处理器核心S3C4510B和相应的外围电路,具体包括时钟单元、复位/看门狗单元、FLASH存储器单元、SDRAM存储器单元和以太网MII接口单元等,上述设计理念对基于ARM微处...     

基于3-RSR并联机构的蛇形机器人本体构型设计与运动性能研究

蛇形机器人作为仿生机器人的重要分支,身形柔软轻小,运动灵活多变,具备很强的环境适应能力,在军事侦察、地质勘探、灾难救援等领域拥有非常广阔的发展前景。创新性地将并联机构、折纸机构和柔性铰链相结合,设计出一种灵活度高、结构紧凑的模块化蛇形机器人单元,并从数学模型、旋量分析等角度进行合理论证。自主完成硬件电路搭建、控制算法编写,设计蛇形机器人控制系统实现多路直流减速电机协同,并进行仿蛇运动的步态规划。加工制作蛇形机器人样机并完成了特定环境下机器人性能测试。     

履带式救援机器人行走系统设计

在分析典型灾难环境的基础上,采用模块化设计思想,提出了一种6自由度四摆臂履带式救援机器人行走系统总体方案和传动系统结构方案.该方案具有可迅速拆卸、方便携带和维修的优点,以及较好的越障性和机动性.基于救援机器人走廊调头和上下楼梯等越障过程的分析,设计了机器人的主要结构参数.以上工作为新型救援机器人实物样机的研制及越障性能的测试奠定了基础.     

小型轮履腿复合式机器人设计及运动特性分析

针对在室内外环境下对小型移动机器人的运动要求,综合轮式、履带式和腿式运动机构的优点,研制开发了一种多运动模式的小型轮履腿复合式移动机器人。该机器人可以进行轮式高速运动、履带或腿式越障等多种模式的运动。对其运动特性、越障性能、自动复位功能进行了详细的分析。采用的嵌入式控制系统保证了机器人功耗低、可靠性好、实时性高的控制要求。试验表明,这种移动机器人运动灵活,具有很好的环境适应性和较高的越障能力。     

A modular designed ultra-high-vacuum spin-polarized scanning tunneling microscope with controllable magnetic fields for investigating epitaxial thin films

A room-temperature ultra-high-vacuum scanning tunneling microscope for in situ scanning freshly grown epitaxial films has been developed. The core unit of the microscope, which consists of critical components including scanner and approach motors, is modular designed. This enables easy adaptation of the same microscope units to new growth systems with different sample-transfer geometries. Furthermore the core unit is designed to be fully compatible with cryogenic temperatures and high magnetic field operations. A double-stage spring suspension system with eddy current damping has been implemented to achieve ≤5 pm z stability in a noisy environment and in the presence of an interconnected growth chamber. Both tips and samples can be quickly exchanged in situ; also a tunable external magnetic field can be introduced using a transferable permanent magnet shuttle. This allows spin-polarized tunneling with magnetically coated tips. The performance of this microscope is demonstrated by atomic-resolution imaging of surface reconstructions on wide band-gap GaN surfaces and spin-resolved experiments on antiferromagnetic Mn(3)N(2)(010) surfaces.