双摆臂履带可变形机器人结构设计与越障性能研究

为发挥履带可变形机器人最佳越障性能,保证机器人在变形过程中履带长度不变且持续张紧,将椭圆定理和椭圆规原理应用于机器人构型设计,研制了一种新式履带可变形机器人。通过引入后摆臂,丰富了机器人构型变化,机器人重心在前后摆臂转动过程中有较大程度的调节,提高机器人的越障性能。建立坡道、台阶和沟壑等典型障碍的数学模型,对机器人翻越障碍进行步态规划和运动机理分析;建立机器人越障的运动学和动力学模型,分析机器人越障的临界条件和最大数值,利用Adams对越障进行仿真实验,结果验证了理论计算值的准确性和机器人的越障性能。     

双摆臂履带可变形机器人的稳定性研究

针对履带不可变形机器人越障性能差的问题,对双摆臂履带可变形机器人的最佳越障性能以及机器人在越障过程中的稳定状态进行了研究。选取了两种具有代表性的障碍物类型,建立了其数学模型,将机器人的质心分布与转动惯量分布作为考虑因素,研究了机器人爬越坡道的倾覆稳定性、滑移稳定性与攀爬台阶的静态稳定性、分步动态稳定性,通过数值分析验证了计算结果的有效性与准确性,得到了机器人处于稳定状态的充分必要条件,进而得到了机器人翻越障碍的临界条件与能够翻越的最大数值。研究结果表明:双摆臂履带可变形机器人具有良好的地形适应能力与越障能力,任务完成度和执行效率高,越障过程机器人状态稳定。     

核电站巡检应急履带机器人越障分析

针对机器人在核电站复杂环境中的地形通过要求,设计了一种具有双摆臂的履带式机器人,通过建立摆臂履带机器人越障性能分析的参数理论模型进行虚拟仿真和理论分析,以低阶梯、高阶梯、楼梯和沟壑等多种障碍物作为分析障碍物,分析了双摆臂履带机器人的系统参数与越障性能的关系。仿真结果表明,设计的双摆臂履带机器人具有较好的越障能力。同时,以机器人模型和理论分析为依据,搭建了双摆臂履带机器人平台及其运动控制系统。     

关节式履带机器人越障性能分析

以关节式履带机器人为研究对象,详细描述了机器人攀爬楼梯的越障动作规划,考虑了摆臂动作对机器人在越障过程中质心变化的影响,同时以摆臂的初始姿态和特殊姿态作为几何约束条件,基于质心运动学方程和最优化方法分析了机器人的结构尺寸与楼梯台阶宽度、高度、夹角之间的关系,得出了机器人越障的最大高度、宽度,并采用Matlab对机器人的越障性能进行模拟仿真,仿真结果表明了理论分析的正确性,为优化关节式履带机器人的越障性能提供理论依据。     

摆臂前置救援机器人运动特性分析

介绍了国内外对履带式救援机器人方面的研究,分析当前摆臂式履带机器人机械结构复杂、制造成本高、参与救援较少的国内现状,同时介绍了前置摆臂式履带救援机器人的机械机构和相关的现实意义。分析了之前基于D-H质心模型研究仅考虑质心纵坐标与越障高度关系的局限,在MATLAB中建立越障时质心横、纵坐标的数学模型,分析了其他非结构地形的越障机理,并借助ADAMS进行运动仿真,观察机器人的运动特点,取得相关数据指导当前正在制作的实验样机。阐述了前置摆臂履带救援机器人对当前柔性履带机器人、群体机器人、分布式救援系统、复杂操作平台的开发与实验具有积极作用。     

分析履带机器人越障能力优化

对于履带机器人来讲,越障能力的优化是其性能升级的关键。以此为中心进行详细研究,根据在履带摆臂机器人为研究对象,分析机器人主体结构与运行原理,及时做好越障性能测试,以此达到升级履带机器人的目的。     

导轮角可变的小型固定履带机器人设计及分析

对传统的固定式履带机器人进行改进设计,使前导轮可以进行角度调整并自动张紧调整后的履带。然后对该履带机器人的越障能力进行了理论计算分析,运用Pro/E建模检测质心变化趋势,对质心进行优化,优化结果表明,通过调节前导轮的角度可以提高固定机器人的越障高度、跨沟宽度和爬坡角度;验证了该改进机器人的可行性。与传统的固定式履带机器人相比,其越障能力有一定改善和提高;与四摆臂履带机器人相比,其拥有传统固定式履带机器人的优点。     

双节式履带机器人系统组成及运动性能分析

以双节式履带机器人为研究对象,详细介绍了机器人系统组成及攀爬楼梯越障动作规划,稳定性分析及越障性能计算。机器人系统以DSP芯片TMS320LF2407为运动控制核心,由两个MAXON电动机控制左右履带实现差动转向,通过语音及图像采集等系统实现机器人对用户指令和现场环境的实时反应。以机器人前摆臂仰角对质心变化的影响,基于质心运动学及最优化理论,得出机器人最大越障高度及满足机器人稳定性临界条件下前摆臂仰角与坡度角和台阶高度之间的关系。攀爬楼梯实验结果表明了理论分析的正确性,同时对这一类型的履带机器人设计提供一定理论依据。     

双摆臂履带式移动机器人侧倾稳定性分析

为了提高双摆臂履带式移动机器人在斜坡上的自主越障性能,以机器人本体的横滚角作为主要反馈参数,控制机器人的越障稳定性。采用重心投影法判定固定双履带机器人的侧倾稳定性,求出其可顺利通过的最大横滚角,采用稳定裕度法对单侧摆臂系统启动时的侧倾稳定性进行分析,建立摆臂角度与最大横滚角之间的联系。经分析结果表明:随着摆臂角度的增加,机器人所允许的最大横滚角逐渐降低,控制系统需要根据摆臂角度的变化控制机器人本体的最大横滚角。     

轮腿交互变换式行走机器人运动学分析

基于轮式机器人在路况较好时行走快速及腿式机器人越障能力较强的特点,提出了一种轮腿交互变换式行走机器人。运用Solid Works三维建模软件对其结构进行建模,并用水平传感器对其肢体进行平衡调控;通过对舵机及轮毂电机转动速度与角度的控制,实现对机器人轮式行走时速度及方向的调控;通过设计并执行步态控制模块的指令,使机器人腿式行走时腿部各关节之间协调移动,顺利进行各种不同形式地形的越障,实现机器人平稳向前移动。从而解决了轮式机器越障能力低、腿式机器行走速度慢且不够平稳的问题,同时大大提高了机器人的越障性能和步态行走时的稳定性。     

具有被动摆臂的八轮机器人结构设计与仿真分析

为了提高轮式移动机器人的地形适应性、越障性和操控性,设计了一种具有被动摆臂的八轮机器人。采用铰接式摇臂能被动适应地形变化而相对转动,并在铰接点引入柔性关节以产生阻力矩,提高机器人的稳定性。分析了机器人在垂直台阶的越障机理,利用RecurDyn软件进行越障性能仿真,分析得出机器人越障的关键阶段。仿真结果表明,机器人可以攀越大于车轮直径的垂直台阶;并通过有、无柔性关节的仿真对比,验证了柔性关节的可行性,得出最优设计参数,为物理样机的研制提供理论依据。     

三节履带式机器人越障分析

设计了一种三节履带式结构机器人,通过轴套轴结构实现了机器人的主运动和摆臂运动的同步进行,有利于机器人功能的实现。为分析机器人的越障性能,选择了阶梯、斜坡、沟道等典型障碍分析了机器人的运动机理及其越障能力,重点研究了机器人翻越阶梯时的运动机理及其越障能力。以三节履带式探测搜救机器人样机为例,分析了机器人仰角、摆臂摆角与越障高度的关系,并用MATLAB仿真得到阶梯高度函数以及相应关系曲线,求出了最大越障高度的理论值,并与实测数据进行了对比。推导出了机器人的最佳越障性能及对应的质心和摆臂的位置,为机器人越障时的控制提供理论依据。     

基于轮腿式探测车结构的搜救机器人设计与仿真

自然灾害或意外事故发生后,往往需要借助机器人来深入灾难现场探明情况或提供援助.通过参考已经成功应用的轮腿式行星探测机器人结构,针对灾后现场特殊非结构化地形,设计了一种5轮4摆臂结构的新型搜救机器人.通过对关键部件进行参数设计及静力学分析,验证了静态特征的合理性;对越障过程进行数学建模,得出了影响机器人越障高度的因素;对...     

矿井救援机器人可变形行走机构设计

针对灾变后矿井下的非结构化环境,以提高机器人的越障能力与增强机器人对地形适应能力为目标,设计出一种矿井救援机器人可变形行走机构。通过对机器人跨越垂直障碍过程的分析建立了机器人越障过程的动力学模型。在此基础上,通过ADAMS进行运动仿真,模拟机器人在平面行走的情况以及爬越台阶的运动情况。仿真结果表明:本救援机器人可变形行走机构具有良好的越障能力,同时建立机器人3D打印样机并进行实验验证,实验表明:机器人具有良好的越障能力、较强的环境适应能力、结构紧凑、转向灵活等特点,进一步验证了机构的可行性和越障原理的正确性,为矿井救援机器人的进一步研究提供了理论依据。     

煤矿盲巷安全探测机器人行走机构的研制

煤矿生产安全探测机器人是一种工作于煤矿环境,运动轨迹无线遥控,能够采集和传输图像及井下气体浓度信息,符合井下防爆要求并具有一定越障能力的安全探测移动机器人。进行了复合履带机器人行驶力学分析,分析了机器人运动过程中受到的阻力,并对机器人越障能力以及越障过程中的电机驱动力进行了分析。介绍了复合履带机器人的零部件设计,包括电机和履带的选择、机箱等主要部件的设计。针对机器人的应用环境对机器人的控制系统进行了分析,在分析的基础上初步完成了机器人所需各种设备的选型。     

六履带机器人结构参数与越障性能的关系

鉴于业界内对六履带机器人结构参数与越障性能之间的关系的研究以及机器人结构设计时理论依据的相对不足,力图从六履带机器人的结构特点和障碍特征着手,探索出六履带机器人对台阶、斜坡、沟道等典型障碍特征的越障性能。在此基础上,得出了机器人的越障性能与其自身结构参数及越障姿态间的内在关系,并通过理论分析和Matlab仿真求出六履带机器人最佳越障性能及对应的结构与位姿参数,为六履带机器人的结构优化设计以及越障时机器人的姿态控制提供了理论依据。     

三角履带爬壁机器人越障动力学建模与仿真

针对一些工作场合对爬壁机器人有较高的越障性能要求,设计了一种包含4个三角形履带轮组构成的磁吸附爬壁机器人。首先设计了三角履带爬壁机器人的整体结构,研究了越障过程中机器人结构变化,以及爬行越障和翻转越障通过原理。建立了翻转越障过程动力学模型,该模型体现了机器人机构尺寸等因素对电机输出力矩的影响。根据此模型,能确定机器人越障过程所需最小驱动力矩。利用ADAMS软件进行仿真验证,仿真结果证明了动力学模型的正确性,表明了机器人结构简单,具有较强的越障能力。     

履带式越障机器人系统设计

针对复杂地形环境的巡检作业,设计了一种履带式越障机器人。分析了复杂地形特点,确定了履带式越障机器人的系统方案,进而利用组件对机器人及越障机构进行了设计,并搭建了履带式越障机器人机械本体结构。基于BASRA主控板搭建了履带式越障机器人控制系统,并采用模块化的设计思想编写控制系统程序,进行了履带式越障机器人的越障性能试验。试验结果表明,履带式越障机器人可以顺利爬越2层台阶障碍物,为能够在复杂地形下进行巡检作业的机器人研究提供理论依据。     

轮履变结构反恐机器人设计及运动学分析

针对轮履复合式反恐机器人轮和履带分开设计,结构不紧凑的问题,提出一种轮履变结构反恐机器人新型机构设计。轮式移动和履带式移动可相互转变,使机器人具有机构可重构的特点,从而使机器人体积减小,结构更加紧凑,既能采用轮式方式快速移动,又能采用履带方式进行越障。通过对机器人进行运动学分析和在RecurDyn软件中进行越障仿真研究,验证了机器人的越障性能,同时为后续机器人实验研究提供了理论依据。     

基于ADAMS的双曲柄滑块机构变形履带机器人越障过程分析与仿真

针对复杂环境下移动机器人越障性能的要求,提出一种采用双曲柄滑块机构改变履带外形的越障机器人。利用被动自适应装置,对履带变形过程的张紧力进行主动控制。介绍了该机器人的整体结构,阐述了其越障机构的设计和实现过程,分析验证了履带变形前后长度保持不变。为检验设计方案的有效性,对机器人爬坡、攀爬台阶和转向过程进行了分析,并利用ADAMS软件进行仿真。通过动画模拟机器人越障、转向的实际过程,验证了其越障、转向性能。