基于构型组合的空间探测机器人移动机构设计

提出基于构型组合和构型创新的空间探测机器人移动机构设计方法.该方法将轮式空间探测机器人视为由轮系、悬架和车体三类子构型组合而成的多体系统.提出同构组合和异构组合两类设计模式,将空间探测机器人移动机构的创新设计归结为子构型获取和子构型组合,并对两类设计模式进行理论分析,建立计算模型.分析国内外经典空间探测机器人移动机构构型,设计两种轮系构型和两种悬架构型,通过构型提取和构型创新得到4种轮系构型、5种悬架构型和5种车体构型.以四轮、六轮和八轮空间探测机器人为研究对象,采用基于构型组合的设计方法,通过同构组合得到70种新型同构组合空间探测机器人移动机构,通过异构组合得到165种新型异构组合空间探测机器人移动机构.     

微型可变形轮式机器人研究

面向微型机器人未来在地外探测上的潜在应用,提出了一种手掌尺度可变形轮式机器人的整体设计与制造方案。基于多层材料叠合加工工艺将探测机器人主体材料与柔性薄膜电路叠合在一起构建复合结构;基于平面一体式成形制造方法加工出探测机器人的可折叠主体结构。基于一体化集成方法设计了包含运动驱动电机、变形驱动机构、传动系统及电池等部分的一体化车轮并在此基础上与主体结构进行结合。开展了微型可变形轮式机器人的系统设计与加工测试。总重约300 g的可变形轮式机器人样机在内置7 V电压下完成了运动与变形测试,验证了可变形轮式探测机器人设计方案的可行性。     

腿轮式机器人的运动原理及参数优化

分析了一种腿轮式机器人的运动原理，基于腿轮式机器人的运动参数对机器人的运行性能有较大影响，提出采用遗传算法进行参数优化设计。给出了遗传算法的具体寻优步骤，并得到了最优解，为机器人的机构设计和运动控制提供了理论依据。     

远程探测机器人的设计与实现

远程探测机器人在空间探索和智能探测等领域具有不可替代的作用。设计了一种以轮式驱动的远程探测机器人,介绍了这一机器人的总体设计方案、控制系统硬件和软件构成。设计的远程探测机器人实现了远程控制、图像采集、自动循迹、智能避障、无线通信等功能,通过试验确认可以达到预期效果。     

六自由度轮式并联机器人及其构型方法

车轮是人类历史上最伟大的发明之一,在交通运输领域得到了广泛的研究与应用。将车轮这种特殊的运动副引入到传统并联机器人构型设计中,可以有效拓展并联机器人的工作空间。基于全方位轮的关联矩阵描述,将含车轮的串联支链构型综合问题转化为含车轮的关联矩阵求解问题,综合出两类含车轮的无约束串联支链,并分析了两类串联支链的受力稳定性。提出了两种六自由度轮式并联机器人新构型,分析了基于全向轮的轮式并联机器人的自由度属性,并成功研制出了一台实验样机。六自由度轮式并联机器人融合了移动机器人和传统并联机器人的优势,不仅具有移动效率高、移动范围广的优点,且具备在局部小范围内进行高精度六自由度操作的能力,可广泛应用于大型精密设备制造过程中的加工、运输、调姿和装配等工业操作。     

基于遗传算法的机器人加工位姿优化研究

针对工业机器人的加工效果具有位姿依赖性这一特点,基于机器人性能评价指标和遗传算法提出一种优化机器人加工位姿的方法.建立机器人正运动学模型和静刚度模型并选取机器人运动性能评价指标和刚度性能评价指标;通过蒙特卡罗法得到机器人运动性能、刚度性能在关节空间和笛卡儿空间的分布图,通过分布图研究机器人各关节对机器人运动性能、刚度性能的影响;基于机器人运动性能评价指标和刚度性能评价指标设计适应度函数,使用遗传算法对机器人加工位姿进行优化,优化后机器人性能得到了提升.     

六自由度串连机器人构型设计与性能分析

依据六自由度机器人设计"臂腕分离"的原则,基于D-H参数对六自由度机器人构型进行拓扑分类,得到32类三自由度臂部结构。研究了位置雅可比与构型奇异性之间的关系,区分出12类结构奇异构型和20类非结构奇异构型。对机器人臂部结构构型的负载能力特性进行分析,得到10类负载性能较好的非结构奇异构型。编制了臂部结构构型分类表,确定了基于负载能力的机器人构型设计原则,能用于指导机器人的构型设计。进行了机器人构型实例分析与蒸汽发生器检修机器人工程样机研制,验证了所提出构型设计方法的有效性。     

面向自动仓储的绳索牵引并联机器人构型选择与参数优化

针对自动仓储领域的应用需求,研究了冗余驱动绳索牵引并联机器人的构型选择和参数优化问题。分析了自动仓储应用中冗余驱动绳索牵引并联机器人的结构特点,建立了静力学模型和力可行条件。基于动平台在需求力矩下力可行条件的分析,提出了一种最大负载优化指标。设计了完整的优化方法,并对所有构型的最大负载进行优化,最终得到了最优的构型及其动平台参数。通过仿真测试,将优化结果与其他构型以及随机选取的动平台参数进行了对比。结果表明最优构型的最大负载性能最佳,并且经过优化后,最大负载有明显提高。     

基于病态参数分离的机器人运动学标定测量构型优化

针对一种高灵巧性机器人及其连杆参数高敏感性与高定位精度需求,为解决机器人运动学标定随机测量构型存在绝对 定位精度低、参数辨识效果及标定结果鲁棒性较差的问题,提出一种病态参数分离与 DETMAX-改进差分进化(DETMAX-IDE) 算法的机器人运动学标定测量构型分步优化方法。 首先,建立机器人位置误差模型。 其次,建立一种可观性综合指标,评价不 同机器人标定测量构型的总体可观测性和灵敏度。 最后,分离机器人运动学位置误差模型的病态参数,建立测量构型优化目标 函数和约束条件,提出一种基于 DETMAX 算法与改进差分进化算法结合的分步迭代优化算法(简称为 DETMAX-改进差分进化 算法,简写为 DETMAX-IDE 算法),开展机器人运动学标定测量构型分步迭代优化。 通过机器人运动学标定仿真与实验,验证 了所提方法的有效性。 实验结果表明,与随机测量构型相比,所提方法对应的机器人绝对定位精度的平均值和均方差分别降低 了 62. 09% 和 62. 45% 。     

新型超冗余驱动混联机器人设计分析与性能优化

提出了一种新型五自由度超冗余驱动混联加工机器人,并对该机器人的关键结构进行了设计分析与性能优化。基于螺旋理论对该机器人自由度进行了分析,研究了机器人的拓扑构型特征并进行了结构设计,结合局域指标与全域指标分析了机器人运动/力传递性能,基于性能图谱与无量纲化结构参数对机器人传递性能进行了优化,获取了机构的最优结构尺度与最优传递性能分布,研究了最优结构尺度下机器人的全部优质姿态空间,并考虑关节运动限制与机构运动干涉条件,分析了机构的姿态空间。研究成果对于五轴混联机器人的研究与应用,具有重要的借鉴意义。     

Virtual simulation system with path-following control for lunar rovers moving on rough terrain

Virtual simulation technology is of great importance for the teleoperation of lunar rovers during the exploration phase,as well as the design of locomotion systems,performance evaluation,and control strategy verification during the R&D phase.The currently used simulation methods for lunar rovers have several disadvantages such as poor fidelity for wheel-soil interaction mechanics,difficulty in simulating rough terrains,and high complexity making it difficult to realize mobility control in simulation systems.This paper presents an approach for the construction of a virtual simulation system that integrates the features of 3D modeling,wheel-soil interaction mechanics,dynamics analysis,mobility control,and visualization for lunar rovers.Wheel-soil interaction experiments are carried out to test the forces and moments acted on a lunar rover’s wheel by the soil with a vertical load of 80 N and slip ratios of 0,0.03,0.05,0.1,0.2,0.3,0.4,and 0.6.The experimental results are referenced in order to set the parameters’ values for the PAC2002 tire model of the ADAMS/Tire module.In addition,the rough lunar terrain is simulated with 3DS Max software after analyzing its characteristics,and a data-transfer program is developed with Matlab to simulate the 3D reappearance of a lunar environment in ADAMS.The 3D model of a lunar rover is developed by using Pro/E software and is then imported into ADAMS.Finally,a virtual simulation system for lunar rovers is developed.A path-following control strategy based on slip compensation for a six-wheeled lunar rover prototype is researched.The controller is implemented by using Matlab/Simulink to carry out joint simulations with ADAMS.The designed virtual lunar rover could follow the planned path on a rough terrain.This paper can also provide a reference scheme for virtual simulation and performance analysis of rovers moving on rough lunar terrains.     

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。     

机械传动原理方案设计目录及智能设计平台的研究

探讨了机械传动原理方案设计目录的开发以及基于设计目录的机械传动原理方案智能设计平台的研究。提出了“三级递进式”的机械传动原理方案设计目录结构形式，并以设计目录的研制和系统化设计法为基础，研制了一个智能化设计平台。本平台能够自动生成并选择最优的机械传动的原理方案，在实际的应用中取得了很好的效果。     

6R型串联机器人控制系统的软件实现

基于Windows系统平台和VC6．0编程环境,结合ACR9000运动控制器实现了机器人模块化控制系统的设计。整个系统能够实现机器人示教、机器人运动指令生成、指令识别与运动再现以及运动状态监控等功能。此控制系统在自主研发的多功能6R型串联机器人平台上运行平稳。     

一种新型3P-1R并联平台机构的机型设计与三维建模

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理,构造一种能实现空间三维移动和一维转动的并联机器人机构模型--3P-1R并联平台机构.根据该新型并联机构的几何参数,使用CAXA实体设计软件完成新型的3P-1R并联平台机构的三维建模.设计完成的虚拟样机布局合理、约束副正确,从而为其运动仿真的实现和样机的试制奠定了基础.     

基于.NET的网络化测控平台的设计开发

介绍一种基于.NET的通用网络化测控平台硬件方案和软件系统功能设计,给出了测控平台在某电力系统的实例应用。该测控平台具有良好的灵活性、适应性和扩展性。     

基于PCI-208卡的SCARA机器人控制系统的研究

随着SCARA机器人在工业装配线的应用越来越广泛,工业环境对其控制系统的要求也越来越高,所以开放式机器人控制系统的设计迫在眉睫。本文就是在这种要求的前提下,针对SCARA机器人进行了控制系统的设计与研究。首先是选择开放性的硬件平台,这种平台可以根据需要更换不同的硬件设备。其次是在控制系统的应用软件的开发。这个部分我们对其进行了系统架构与功能模块的开发。该软件体系有相当的柔性,使其可以在不同软硬件平台上移植,而且可以根据需要进行扩展。最后探讨了本控制系统方案的优点以及需要改进的地方。     

基于仿生双目机械云台的图像跟踪技术研究

现有的机器人视觉系统在振动、颠簸环境中难以满足应用要求,往往会出现跟踪视频图像的跳动、图像模糊以及跟踪目标的丢失等问题,文中基于仿生双目视觉平台提出了一种图像跟踪算法。介绍了该仿生双目平台系统的各硬件组成部分、相应功能及其相互间的接口,并详细描述了算法的推导及软件实现过程。     

基于ATmega128的模糊控制系统

以ATmage128单片机为核心,提出了一种移动机器人路径规划模糊控制系统的设计思路,并给出了控制系统硬件和软件设计方案.系统预先设定目标,移动机器人根据超声波传感器感知环境信息,采用模糊控制进行路径规划,机器人自主移动到达目标.硬件方面介绍了显示电路、超声波测距电路、电机驱动电路、无线通信电路等接口电路.软件方面给出了模糊控制、超声波测距和无线通信的软件设计方案.使用MATLAB软件进行了仿真,仿真结果表明模糊控制系统具有较理想的有效性和可行性.     

自重构机器人硬件平台设计和突现控制算法研究

根据自重构系统的主要特点，设计了一种新型的同构阵列式模块化自重构机器人M—Cubes；基于多智能体分布式体系的控制结构，构造了多智能体的模块化自重构机器人实验平台，并给出了实验平台的设计策略、单智能体的结构设计、控制系统的硬件设计、单元模块的基本运动和机器人系统运动规划策略。利用Java3D开发了一个仿真环境，可以对控制算法进行测试评估。该试验平台的构建为进一步研究自重构机器人的控制变形算法提供了一个很好的测试平台。通过自重构机器人软硬件的评估，为进一步开发软硬件提供了一个参考度量。