主从履带复合式越障机器人软土行走研究

分析了履带行走系统的力学系统原理,并采用多体动力学软件RecurDyn对主从履带复合式越障机器人虚拟样机在平地软土路面环境中的行走状态进行了仿真分析。仿真结果表明,由于样机的重心位置没有与几何中心位置重合,导致引导轮下履带沉陷量较大,而压力分配不均匀又可能导致履带局部接地,降低履带寿命,因此设计时要注意车体重心的合理分配问题。     

履带可变形机器人越障性能研究

将椭圆定理应用于履带机器人构型设计,研制了履带连续张紧且履带长度保持不变的履带可变形机器人.该机器人重心位置可以通过摆臂转动进行较大幅度的调节,具有较好的越障性能.为充分了解机器人的越障能力,对机器人跨越台阶和沟壑两种典型障碍的运动过程进行了分析.在机器人跨越障碍运动机理的基础上,对越障过程中的关键状态进行了运动学和动力学分析,根据实际情况,选择几何条件、打滑以及稳定性作为约束条件,得到了机器人能跨越的最大障碍的理论值.最后,建立机器人仿真平台,根据理论计算得到的障碍值,对攀爬台阶和跨越沟壑进行仿真实验,并进一步进行了样机实验,验证了机器人的越障能力.     

四履带双摆臂机器人越障机理及越障能力

为发挥四履带双摆臂机器人的最佳越障性能,本文从运动学的角度,在固定双履带机器人越障机理的 基础上,分析了四履带双摆臂机器人克服台阶、斜坡、沟道等典型障碍的运动机理及其最大越障能力,重点研究了 四履带双摆臂机器人正向和反向两种攀越台阶方式的运动机理及其最大越障能力．以CUMT-II 型煤矿探测机器人 样机为例,绘制了机器人仰角、摆臂摆角与跨越台阶高度的3 维关系图,以及斜坡坡度与摆臂摆角关系曲线,并求 出了相应的最大越障能力的理论值,与实验室实测数据进行了对比分析．本文推导出机器人的最佳越障性能及对应 的质心和摆臂的位置,可为机器人越障时质心位置的控制提供理论依据．     

六轮移动机器人爬楼梯能力分析

研究了PBJ-01防暴机器人攀越楼梯的能力. 从机器人对楼梯的几何包容、机器人重心和机器人爬楼梯过程中的最大俯仰角对机器人倾覆的影响等多方面考虑, 得出机器人能够爬越楼梯时楼梯参数必须满足的条件. 在该机器人的行为决策中, 为其选择越障还是避障提供了依据.     

摇杆式履带悬架的构型推衍及其在煤矿救灾机器人上的应用

为使机器人行走机构既能被动地适应崎岖的非结构地形,又能克服台阶、沟道等规则障碍,将履带行 走机构引入摇杆式移动系统中．通过增加摆臂履带和固定关节角,推衍了多种型式的摇杆式履带悬架构型,分析了 各悬架构型的特点．结合煤矿井下非结构的地形环境与爆炸性气体环境,提出了一种采用对称的W 形履带悬架的 摇杆式履带机器人移动系统,并制作了样机．分析了该移动系统的抗倾覆、攀爬台阶、下台阶、跨越沟道等越障特 性并进行了性能试验．性能分析与样机试验表明,摇杆式履带机器人移动平台可适应复杂的非结构地形,具有良好 的越障性能,可攀爬100 mm 高的台阶,下450 mm 高的台阶,跨越260 mm 宽的沟道．     

铰接履带式海底采矿车越障性能仿真研究

针对产于复杂恶劣地形海山表面的深海矿产资源钻结壳,提出了钴结壳采矿车采用铰接式履带车的技术方案,利用机械系统动力学仿真软件ADAMS/ATV履带车工具包,开发了铰接履带式海底采矿车的三维动力学模型和虚拟样机,进行了其通过垂赶障碍和沟槽地形的越障性能仿真研究和结果分析.仿真研究表明,铰接履带式海底采矿车建模正确,仿真真实,越障性能优良,且超过我国钴结壳采矿车技术要求,仿真数据可为物理样机研制提供技术参考.     

一种多模式全向移动机器人攀爬楼梯的步态

针对移动机器人在户外运动中所遇到的台阶、楼梯等复杂地形,设计了一种可攀爬楼梯的多模式全向移动机器人。通过切换运动模态,该机器人既能像传统移动机器人一样快速移动,又具备了足式机器人的越障能力。首先,分析并构建了多模式全向移动机器人的运动学模型;其次,研究了该机器人越障能力和质心位置之间的关系并计算了该机器人可以翻越台阶的...     

基于姿态角的轮腿机器人驱动控制系统研究

在城市楼道环境中,尤其在面对楼梯等障碍时,五星形轮腿式机器人具有越障能力强、控制简单的优势。为防止机器人在攀爬楼梯时出现较大偏航倾斜,通过仿真软件ADAMS和Simulink中建立了五星形轮腿式机器人的整车动力学模型和PID速度控制模型。结果表明,该联合仿真控制模型能有效、快速地控制机器人速度,减小偏航角度,降低了研究和开发成本。将该驱动控制系统移植到原机器人系统中,并分析了机器人在本控制系统控制下攀爬楼梯等特殊情况下的稳定性能。     

变形履带轮椅机器人的张紧力最优估计和越障能力分析

针对一种新型变形履带机构的轮椅机器人,提出了一种动态确定履带张紧力大小的最优估计算法． 相对于传统的恒定张紧力履带式移动机构,动态确定张紧力显著地降低了功率损耗． 考虑到张紧力的建模复杂性,文中采用模糊决策算法,将影响张紧力的主要因素输入模糊决策模块． 然后结合最小二乘法得到履带张紧力的最优估计算法． 鉴于轮椅机器人越障过程中移动速度较慢的特点, 结合张紧力最优估计算法结果对轮椅机器人上楼梯起始阶段进行了静力学建模． 仿真结果证明了利用张紧力估计算法的越障轮椅机构能够平稳爬楼梯, 同时也表明了动态张紧力算法大大降低了驱动功率损耗．     

一种新型轮腿式移动机器人的参数设计与实验研究

面向复杂未知环境探索作业对移动机器人的重大重要需求,借鉴3轮辐型轮腿越障能力强和弧形轮腿缓冲减振好的优势,提出一种新型轮腿式移动机器人.以攀爬楼梯为越障任务和设计目标,从静力学角度分析机器人轮腿与楼梯台阶不产生滑移的条件,得出机器人可跨越楼梯台阶的必要条件.从几何学角度规划一种机器人高效攀爬楼梯的轨迹,据此完成机器人轮腿结构的参数设计,并研究轮腿结构参数对机器人抗冲击能力和续航能力的影响规律.最后,通过软件仿真和爬楼梯实验验证上述工作的可行性和有效性.     

Design and realization of a mobile wheelchair robot for all terrains

A novel design of a mobile wheelchair robot for all terrains, especially for staircases and inclines, is proposed. Toachieve the required locomotion, a pair of multi-limbed structures, comprised of a lift coxae, rotation femurs and support tibiae, are pivotally mounted on the opposite sides of the body and actuated to rotate through epicyclic gear trains. A dual-footing mode with a set of wheel and crawler tractors in each support tibia permits the locomotion mode depending on various terrains, and hence the mobile wheelchair robot can navigate on a flat surface, and climb up and down stairs or inclines with its body kept horizontal. The implemented design is verified experimentally using our first manufactured prototype mobile wheelchair robot and it is shown that it could be suitable for applications to wheelchairs or others.     

地面移动机器人越障动力学建模与分析

对采用轮—腿—履带复合型移动机构的地面移动机器人进行了研究,首先分别描述了机器人采用腿—履带、轮—腿—履带两种方式的越障过程,进而对腿—履带复合越障过程进行了动力学建模,分析了电机驱动力矩与机器人速度及障碍物高度等之间的关系,为确定机器人的复杂环境适应能力提供理论依据.     

可重构机器人越障运动的规划

提出一种新型的可重构机器人，该机器人在受一个驱动力矩的作用时，在不同约束下表现的输出形式不同. 利用机构这一特点，实现了机器人移动中的自主越障运动．主要针对机器人越障运动中越障高度受导轮和手臂影响的问题，提出一种借助环境同时改变手臂姿态的越障规划方法，有效地提高了越障的高度．通过试验样机验证了规划方法的有效性．     

Driving Mode Decision in the Obstacle Negotiation of a Variable Single-Tracked Robot

We propose a new algorithm for obstacle negotiation of a mobile robot known as a variable single-tracked robot (VSTR). The robot was originally designed for the purpose of rescue operations; hence, its ability to traverse various environments should be guaranteed. Previous experiments have already shown that the special structural characteristics of a VSTR enable it to easily climb indoor stairs. However, the VSTR has a critical drawback in that all of its functions are realized by an operator and the robot cannot detect obstacles or transform its driving mode by itself. For this reason, we have enhanced the system with the basis for autonomous navigation, i.e., the ability to negotiate obstacles, and we have introduced a methodology for practical use. Our experiments confirm that the driving mode decision, which is controlled by position-sensitive detector infrared sensors, gives decisive improvement. Moreover, the experimental results show that the robot can overcome several obstacles, thereby reflecting the benefits of the proposed algorithm.     

矢量场逐次逼近的康复机器人柔顺交互控制

为了实现康复机器人的主动柔顺交互,提出了一种基于矢量场逐次逼近的控制模型;设计了矢量场逐次逼近系统,可输出机器人关节期望位移,该输出能与输入的扭矩、表面肌电及脑电等信号在振幅、频率和相位上保持同步,且通过调节遗忘因子参数值,可改变主动柔顺交互的积极性;利用自行设计的穿着型下肢康复机器人样机进行柔顺辅助实验,以验证所提出控制模型的有效性;通过FFT（Fast Fourier transformation）频谱对机器人关节扭矩的组成成分进行了分析,并采用基于最小二乘法的参数辨识方法实施了重力补偿,以便康复机器人实时控制.实验结果表明,该控制模型对于实现康复机器人与人之间的柔顺交互是有效的.     

Reconfiguration Planning for a Robotic Vehicle with Actively Articulated Suspension in Obstacle Terrain during Straight Motion

In this paper, an actively articulated suspension (AAS) reconfiguration method is proposed for a robotic vehicle with AAS to negotiate an obstacle during straight motion. Proposed method includes AAS locomotion for the locomotion with the AAS and a calculation method that is independent to the terrain model for posture control using the AAS reconfiguration. Using simulations, it was verified that the proposed method can reconfigure the AAS for a robotic vehicle to have the desired position and posture to negotiate an obstacle. The errors of height and orientation can be reduced while wheel driving on rough terrain. Also, the robot can maintain a minimum static stability angle over 0.6?rad. When observing the obstacle negotiation procedure using the AAS reconfiguration including the proposed locomotion, it was found that the robot can conduct a high-level command successfully using the proposed method. The robot can negotiate an obstacle with a height of 71% of its usable length and can maintain the minimum static stability over 0.3?rad. Also, the robot can manage terrain uncertainty using the proposed AAS reconfiguration method.     

基于模糊避障算法的履带式搬运机器人的设计

以HC-SR04超声波传感器模块获取机器人周围环境信息,以链式叉车作为搬运货物的执行机构,以STM32F103单片机作为机器人控制器,设计了一种自动搬运并且避障的小型履带式搬运机器人。针对局部静态环境下多障碍物对系统避障的复杂性,引入了模糊控制算法,通过对机器人与障碍物之间的距离进行模糊化,建立模糊规则,实现搬运机器人的避障控制。为了提高机器人的稳定性及避障的可靠性,对直流电机建立了数学模型,并利用积分分离PID算法进行仿真,最后实验结果表明该算法提高了直流电机的控制性能。     

Mobile robot with transformable crawler and intelligent guidance

Recently, great advances have been made in intelligent mobile robot technology, advances which will provide autonomous travelling ability to robots, allowing them to surmount stairs and other obstacles. In this paper, we present an active adaptive crawler mechanism and a visual navigating system, developed to achieve practical speed for industrial use of the mobile robot. By using a crawler-type mechanism, the active adaptive suspension mechanism maintains vehicle stability and achieves good climbing capability without increasing weight. Further, we have developed technology for an intelligent navigating mechanism, to guide the robot as it passes through a building. Once the robot is provided with an inner layout plan of the respective building, it can achieve practical mobile speed for industrial use.