蛇形机器人侧向运动的研究

本文提出了一种新型蛇形机器人机构，建立了其空间运动学模型，实现了蛇形 机器人的两种侧向运动：侧向蜿蜒运动和侧向滚动，前者通过调节两个异相波的频率比，实 现了任意方向的侧向运动．后者通过控制运动波的幅值变化，实现了各种形式的纯侧向移动 ，当幅值足够大时，这种侧向滚动可以跨越障碍．     

双驱动球形机器人的结构设计与分析

本文设计了一种球形机器人,它是通过重心驱动和角动量驱动来实现球体的滚动。机器人的动力部分主要由两个驱动电机和一个转向电机组成,三个电机处于同一水平面上。通过两个驱动电机实现了球形机器人前后向的运动,通过转向电机实现左右转向,包括原地的自转。     

微型仿生四足机器人的研究

介绍了一种微型仿生四足机器人,对其机械结构和运动方式进行了理论分析和软件仿真,并制作了机器人样机,其长度41 mm,宽度49 mm,高度29 mm.利用两套平面连杆机构的有效组合,模拟了足式运动的抬腿、前跨、后拉等动作,通过可旋转式的机身实现机器人的转向,以微型电机配合微型齿轮减速器作为机器人驱动源.     

连续电驱动四足机器人腿部机构设计与分析

提出了一种四足机器人腿部的连续电驱动（即电机整周转动驱动腿部实现摆转跨步动作）方案,设计了一种具有由切比雪夫机构、五杆机构组成的2自由度双曲柄复合连杆机构的机器人腿部结构．分析了动物的足端轨迹特性,采用轨迹圆滑、无突变、导数连续的椭圆曲线规划了机器人足端运动轨迹．以规划的足端轨迹再现为优化目标,采用遗传算法与fmincon函数内点法计算得到了腿部机构杆长的最佳尺寸．在此基础上,建立了机器人仿真模型,通过Adams仿真分析了机器人腿部机构的足端运动特性,并研制了腿部结构性能测试平台．完成了单腿足端运动轨迹跟踪实验,验证了腿部结构设计方案的可行性．     

基于耦合驱动蛇形机器人机构设计与抬起的方法

文中设计了模块化的新型蛇形机器人关节单元．该单元具有三个自由度，其中摆动和俯仰自由度由耦合机构驱动来获得较大的力矩和活动空间．由该单元组成的蛇形机器人具有很强的驱动能力，能够抬起较多的单元．针对蛇形机器人的特点，给出了耦合机构的设计原则．对蛇形机器人抬起方法作了分析，得出采用适当规划方法能够抬起的最大单元数量是直接抬起的最大单元数量的平方关系的结论，并在此基础上分析了最大关节角对机器人抬起的影响，最后结合实例验证了上面分析结果．     

基于Hopf振荡器实现的蛇形机器人的步态控制

针对生物蛇不同步态的运动特点,提出了一种基于Hopf振荡器实现的蛇形机器人的中枢模式发生器(CPG)运动控制方法.首先,利用具有非线性极限环特性的耦合的Hopf振荡器构建出能够实现蜿蜒运动和侧向蜿蜒运动两种步态的链式网络模型.然后,根据动力学仿真软件建立机器人的虚拟样机,利用模型中振荡器的输出作为蛇形机器人分布式多冗余度关节的控制信号来驱动前进,成功实现了以上两种运动方式,并讨论了CPG的模型参数与机器人前进速度的关系.最后,在实物样机上的实验进一步验证了所提出的方法在实现蛇形机器人多种步态控制方面的有效性.     

改进末端跟随运动的超冗余蛇形臂机器人运动学逆解

针对超冗余蛇形臂机器人运动学逆解中计算量大、超关节极限和位形偏移量大的问题,提出了一种改进末端跟随运动的逆解算法．在末端跟随法中引入蛇形臂弯曲角度的约束,调整关节位置的更新方式,使关节在蛇形臂轴线上运动．通过依次更新关节的空间位置,将超冗余多节蛇形臂的运动学逆解转化为2自由度单节蛇形臂的运动学逆解．仿真分析了蛇形臂机器人在基座移动和基座固定条件下的轨迹跟踪效果,对比了同一目标位置下不同方法的性能．结果表明,改进后的算法能保证蛇形臂的弯曲角度不超过给定范围,关节的运动量从末端到基座依次减小,机器人的运动更协调;与基于雅可比矩阵的数值法和现有启发式方法相比,该方法运算量降低,机器人整体位形偏移量减小,能用于蛇形臂机器人的实时控制．     

仿蛇变体机器人运动机理研究

本文设计了一种蛇形机器人，分析了蛇形机器人的结构，详细讨论了蛇形机器人的运 动机理和几何结构关系，并推导出蛇形机器人的控制算法和相应的控制程序，蛇形机器人在 程序控制下能够向前、向后运动，在一定程度上实现了蛇的运动．     

蛇形机器人控制系统的设计与实现

以蛇为模型的蛇形机器人的研究，扩大了机器人的应用领域．本文基于CAN总线技术完成了蛇形机器人控制系统的设计及研制，有效地实现了机器人的运动控制．在此基础上完成了蛇形机器人的集中式控制和分布式控制方式．     

多模块蛇形管道打磨机器人的设计与分析

设计了一种由多个模块构成的蛇形管道打磨机器人,各个模块之间可以快速拆装,其中驱动模块为机器人在管道中前行提供动力牵引．该机器人可以主动适应内径为250 mm~450 mm的直管道、弯管道及其组合管道,可以在管道内部实现以打磨作业为主的作业功能．同时,提出了适用于蛇形管道打磨机器人自身过弯管的速度模型,通过对机器人的力学分析得出各个模块之间相互作用力的计算方法及影响机器人在管道内部转体运动发生的因素．在ADAMS软件中进行了虚拟样机仿真验证,初步验证了蛇形管道打磨机器人的通过性并得出机器人在管道内部前行的最佳匹配．最后,搭建了实验平台,制作了机器人真实样机,验证了机器人对内径为250 mm~450 mm管道的适应性、通过性及作业效果．     

Development of a 2-d.o.f. finger using load-sensitive continuously variable transmissions and ultrasonic motors

This paper presents a 2-d.o.f. finger using ultrasonic motors and load-sensitive continuously variable transmissions (CVTs) we proposed previously, which consist of a five-bar linkage and a torsion coil spring. The proposed CVT is remarkably simple and enables a finger joint to exert a large fingertip force and to move quickly. For the two joints of the 2-d.o.f. finger, we designed five-bar linkage CVTs which are more compact than the previous ones so that they can be installed on its base. Taking advantage of the geometric feature that ultrasonic motors are thin, we can arrange the drive systems for the two joints, including the two CVTs and the two ultrasonic motors, in a parallel configuration. The experimental results verify that the maximum fingertip force of the finger is as large as 30 N and the maximum angular velocity of its joints is more than 400°/s. These performance results would be impossible without the CVTs. We also verify that the finger can lift up a 1.5-kg load.     

Selection and design of drive modules for robot joint based on dynamic load characteristics

This paper presents the selection and design process of joint motors and gears for robot systems. The velocity, acceleration, and torque profiles of each joint that satisfy a given task are calculated using dynamic and kinematic analysis, and the required motor torque to drive the joint is calculated with respect to the combination of module inertia and gear ratios. Considering energy efficiency, motor parameters, and switching characteristics of the inverter, the correlation between the module inertia and gear ratio for driving joints is investigated, and the final combination is determined by referring to commercial gear data sheets. From the determined motor inertia, various motor designs are possible. To compare the performance and determine the optimal model, performance metrics of drive motors, torque matching, coil temperature, and the motor constant, are proposed and the significance of these figures are discussed.

     

基于C8051F020的假肢控制系统设计

以C8051F020单片机为核心处理器,设计了仿人手臂形假肢的控制系统。系统采用单片机自身集成的PCA模块产生占空比可调的PWM信号用于驱动三个直流电机,采用定时器产生频率信号用于驱动三个步进电机,采用CPLD对各个关节控制量的检测并实时地反馈给控制器实现实时控制。在此基础上设计出了按键控制和语音控制两种控制方式。该系统不但结构简单、操作方便,而且可靠性高。     

多节链式移动机器人单元模块研究与设计

为满足多节链式输电线巡检机器人质量轻、驱动元件少的应用需求,利用柔索驱动质量轻的特点,提出一种新型单电机柔索驱动的单元模块,并给出其支撑端切换方法．然后,设计机器人单元模块具体结构及原理样机,并建立单元机构运动模型．通过单元俯仰运动实验及支撑端切换实验,得出单元俯仰角度与仿真结果一致,且支撑端切换过程平稳．实验结果表明单电机柔索驱动方案能减少驱动电机数量、实现支撑端切换、满足机器人的越障需求．     

基于STM32的无刷直流电机控制驱动器硬件设计

设计了基于STM32VET6单片机和SA306功率驱动模块的永磁无刷直流电机控制驱动器,详细介绍了组成系统的各部分接口电路.该硬件系统能够进行扩展通信,具有电流保护和温度保护能力,适用于中小负载永磁无刷直流电机的控制.该控制驱动器成本低廉且容易实现,经过多次实验验证,能够长时间安全可靠地运行.     

基于LabVIEW的偏心桶口自动灌装系统开发

开发了基于LabVIEW及机器视觉技术的三坐标工作台灌装系统。系统使用CCD摄像机和图像采集卡采集图像。经图像标定、中值滤波、快速图像匹配等处理算法，获得偏心加注口的圆心坐标位置信息。以此控制三坐标工作台步进电机的运动。步进电机带动加注枪．实现偏心桶口的自动定位。实验证明，该系统运行可靠，算法高效、稳定，有较高的实用价值。     

High-payload climbing and transitioning by compliant locomotion with magnetic adhesion

This paper presents a new climbing robotic mechanism for high-payload climbing and wall-to-wall transitioning. Payload capacity and transition ability are very important in climbing-robot applications for heavy industries and construction industries. The proposed robotic platform consists of three magnetic tread-wheel modules that are connected by links with two compliant joints. The front compliant joints are passive type with a torsion spring, and the rear compliant joints are active type with torque-controlled motors. A torque-controlled tail is attached at the end of the third module. Various transitions are achieved by the compliant joints, which change shape depending on the external conditions. High payloads are achieved by the large contact area of three magnetic tread-wheel modules. Detailed design issues are presented with analyses of the design parameters. The robot can perform two internal and two external transitions against gravity and every possible transition in the side surface driving direction. The robot can carry 10 kg payloads on vertical surfaces and on a ceiling. The ability to overcome a 30 mm diameter obstacle on vertical surfaces is also verified by experiments. The proposed robotic platform is going to be used in heavy industries.     

基于光学运动捕捉的虚拟人体标定技术

分析关节对骨骼段运动的约束,基于光学运动捕捉设备给出两种关节中心 参数估计模型——双骨骼段模型和球模型。对两种模型分别给出最小二乘解法,通过求解线 性方程组得到关节中心位置。利用虚拟铰链测试了两种解法的精度,选取精度较高的双骨骼 段模型,结合虚拟人的关节结构提出一种虚拟人体标定技术。比较某表演者四肢的测量值和 标定值,得出标定误差在4.3%以内。对标定后的虚拟人进行驱动,标定后的虚拟人逼真地 复制了表演者的动作,并减少了肢体交叉。     

基于CPG的沙漠蜘蛛机器人多模式运动控制方法

模仿具有多种运动模式的沙漠蜘蛛,设计了本体为双层六杆5R闭链机构的仿蜘蛛机器人,其中16个主动关节由直流伺服电机控制．提出了基于Hopf振荡器的中枢模式发生器（CPG）运动控制模型,用于实现仿蜘蛛机器人的翻滚、爬行、侧滚等多种运动模式以及步态切换．利用Matlab和ADAMS对仿蜘蛛机器人的多模式运动进行动力学仿真,结果表明机器人可实现连续平稳的翻滚、爬行、侧滚运动,验证了CPG仿生控制方法应用于闭链机器人多模式运动的可行性．     

2.4米跨声速风洞FSS控制系统研制

为了解决原FSS机构存在的可靠性不高、响应慢、异步电机驱动力不够等问题,在消化、吸收原有机构特点的基础上,研制了新的FSS机构.其中,控制系统采用上、下位机的形式,构建了基于DP总线的运动控制系统,使用PLCopen技术控制伺服电机.应用结果表明:改造后的控制系统设计合理,系统稳定可靠,能够较好地控制模型姿态,控制规律与改造前基本一致,控制效果优于原控制系统,取得了满意的效果.