具有差动运动功能的管道机器人设计与分析

研制一种具有差动运动功能的环境自适应轮式管道机器人——三轴差动式管道机器人,该机器人在通过弯管时可根据管道环境利用三轴差动机构自动调节各驱动轮的转速,从而提高机器人通过弯管时的运动柔顺性.为分析三轴差动式管道机器人的运行状况,通过建立机器人在弯管内运行的精确位姿模型,求得机器人驱动轮轮心以及驱动轮与管壁接触点的位置;以位姿模型为基础对机器人各驱动轮的速度进行分析,得到机器人过弯管时各驱动轮的理论速比关系.对机器人驱动轮与管壁的正压力进行分析,并建立机器人的牵引力模型.搭建管道试验环境进行机器人的差速试验和牵引力试验,测试值与理论分析基本一致,说明三轴差动式管道机器人具有良好的弯管通过性能,适合于在工程管道中应用.     

差动式自适应管道机器人的驱动特性研究

为解决管道机器人过弯时驱动轮与管壁间的相对滑动问题以及机体对管径尺寸的适应问题,设计了采用一个电机进行驱动并具备差动能力和自适应变径能力的管道机器人。分析了机体差动机构的传动特性,理论推导了管道机器人变径机构工作状态时的受力方程,得到了机器人运行时驱动轮与管壁之间的力学关系式。构建了机体管内运动模型,并分析了机体在不同位姿条件下,模型中各轮的运动参数变化情况。建立机器人在组合管中运动的虚拟样机模型,通过仿真实验对机体的差动特性进行了验证,结果表明机器人可以无干涉过弯,并展现出了良好的驱动性能。     

差动式自适应管道机器人的设计与运动分析研究

针对管道机器人过弯时驱动轮与管壁间的相对滑动问题以及机体对管径尺寸的适应问题,设计了采用单电机进行驱动并具有自主差动特性和自适应变径特性的管道机器人。分析了机体差动机构的传动特性,从理论上推导了管道机器人变径机构工作状态时的受力方程,得到了机器人运行时驱动轮与管壁之间的力学关系式。构建了机器人在管内的运动位姿模型,并研究了机器人在不同位姿条件下的模型中各个变量之间的对应关系。分别建立了管道机器人在弯管和变径管中运行的虚拟样机模型,最后通过仿真实验对管道机器人的自主差动特性和自适应变径特性进行了验证。研究结果表明,管道机器人可以无干涉地通过弯管,在变径管中运行时也能有效地实现自主变径,并展现出了良好的驱动性能。     

四足管道爬壁机器人周向运动位姿规划

为了实现四足机器人沿着管道内壁进行连续的周向运动,对运动过程中的位置和姿态进行规划.建立管道坐标系和机器人的位置、姿态方程,规划了一种包含足姿调整、机身旋转和机身平移的周向运动.为保证周向运动的连续性,对运动过程中位姿的角度、方向、位移进行规划,并通过足端运动实现周向运动位姿的规划.利用Matlab计算得到的周向运动关节角度曲线,对机器人样机进行爬壁实验.实验结果和滚转角分析验证了周向运动位姿规划的正确性.     

基于一种弹簧联轴节的管内蠕动机器人弯道通过性分析

针对目前国内外管内蠕动机器人对弯道连续工作能力不理想的问题,提出了一种可以在不同曲率管道内部行进的一种弹簧联轴节管内蠕动机器人的转弯机构。通过对这种管内蠕动机器人及其转弯机构组成、工作原理、位姿以及运动几何分析,得出其在不同曲率管道运动特性的相关公式,利用Adams对其进行仿真分析,验证相关理论分析,进而确定弹簧联轴节管内蠕动机器人转弯机构的各项设计参数的相关理论准则。     

主动变径式管道机器人机构设计与性能分析

研制一种具有主动变径机构的圆形管道机器人。设计具有3组独立控制驱动模块的机器人机构,对机器人进行位姿和力学分析,描述了机器人在典型位姿条件下的力学特性。制作机器人实验样机,使用ADAMS软件对机器人进行运动仿真计算,对机器人在管道內部的姿态适应性和摩擦条件适应性进行实验验证。仿真计算和实验研究结果验证了该机器人机构设计的合理性和较好的管道适应性。     

基于SMULINK和ADAMS四足机器人位姿调整的研究

四足机器人在开始运动时,初始的姿态往往不能达到期望的状态。通过分析四足机器人模型的结构,建立适当的坐标系,通过姿态欧拉角的变换以及逆运动学解算,得到出期望关节转角。基于Simulink与Adams建立位姿调整控制模型,给定目标姿态,通过联合仿真,结果表明:该位姿调整算法可以实现四足机器人位姿的调整。     

六轮滑动转向爬壁机器人壁面运动动力特性分析

针对一种六轮滑动转向爬壁机器人的壁面运动动力学问题开展了相关研究。通过引入驱动轮纵向滑动率,建立了考虑机器人纵向和侧向滑动的运动学模型。基于车辆动力学理论中的轮胎离散模型,分析了驱动轮与壁面之间的摩擦力学特性,进而建立了机器人壁面滑动转向动力学模型。基于上述模型,仿真分析了不同壁面倾角下机器人运动过程质心运动轨迹、质心侧向滑动速度、右侧驱动轮的总驱动力和纵向滑动率的变化规律,为机器人的运动控制和路径规划提供了参考依据。     

基于红外测距传感器信息的通风管道清扫机器人控制算法研究

为解决通风管道清扫机器人在水平矩形管道中的自主行驶问题,设计了一种基于红外测距传感器信息的控制算法.红外测距传感器检测出机器人与管道壁面的距离,计算出机器人在管道中的姿态;光电编码器检测出机器人的实际行驶速度,利用轮式移动机器人运动学模型估计其状态.通过对这两种信息的融合,得到机器人在管道中的位姿信息.根据位姿信息和设计的控制率,实时调整机器人舵轮方向,使机器人保持与壁面平行行驶,并防止其与壁面碰撞.理论上证明这个控制系统是渐近稳定的,并通过实验对控制算法进行了验证.     

基于ADAMS的管道检测机器人动力学分析及仿真

针对管道检测机器人结构和运动特点,以及机器人在管道中行走方式选择,以管道检测机器人在管道中力和力矩动态平衡为理论基础,提出了一种求解四驱管道机器人的动力学理论算法,此动力学理论方法可以很好的解决管道检测机器人在运动过程中力平衡计算问题,基于ADAMS仿真软件建立了机器人虚拟样机模型,通过添加约束、设置驱动参数,建立相应的虚拟仿真环境,对管道检测机器人驱动轮的速度、加速度和驱动力矩曲线进行测量、分析和评估,验证理论计算的合理性,为管道检测机器人运动控制系统的拟定提供了重要的理论依据。     

履带式管道检测机器人行走机构位姿调整分析

针对管道机器人的管径适应性,通过建立数学模型,分析了管道检测机器人行走机构的运动特性,提出了一种新型的管道检测机器人行走机构位姿调整的机构。基于五连杆机构的运动特性,分别驱动五连杆机构的两个连架杆,从而实现管道机器人行走机构位姿的调整。基于ADAMS仿真软件建立了机器人虚拟样机模型,根据优化分析的结果,对位姿调整机构的杆长进行了修正,使得管道机器人行走机构的位姿调整机构满足设计要求。     

工业机器人位姿误差空间IDSW插值补偿方法研究

探讨了工业机器人误差模型及位姿误差补偿的现有方法;对基于空间插值的补偿方法进行研究,提出机器人位置和机器人位姿误差两者之间的高度相关性是插值补偿法有效的先决条件;对利用微分法建立的机器人位姿误差模型进行研究,得到在机器人末端姿态不变时任意两点的位置误差的差值和姿态误差的差值分别与该两点位置差值呈高度线性关系;提出一种基于均匀数据场的空间IDSW(反距离平方加权)插值算法的机器人位姿误差补偿方法,并设计对比实验,仿真验证了本文所提出方法的有效性。     

一种协作机器人位姿重复性优化综合

在给定位姿重复性要求的前提下,寻找各关节随机运动精度的最优分配方案能够使协作机器人设计更加合理,对降低机器人制造成本有重要意义。首先,在机器人位姿重复性分析的基础上,建立了位姿重复性数学模型,该数学模型包含机器人位置重复性和姿态重复性;其次,以协作机器人KUKA iiwa 7为例,以关节运动误差最大化为优化目标,对该机器人位姿重复性进行优化综合,获得各关节随机运动精度的最优分配方案;最后,对KUKA iiwa 7机器人进行位姿重复性实验,结果验证了该方法的正确性,基于该方法的精度设计结果能够使协作机器人设计更加合理。     

基于Pro/E与RecurDyn的履带式管道清洗机器人的联合仿真

利用Pro/E和RecurDyn软件分别建立履带式管道清洗机器人的主体模型和履带系统模型以及路面模型,并在RecurDyn中进行了模型实体装配。运用多刚体动力学仿真软件RecurDyn进行了动态仿真分析,获得并分析了清洗机器人工作时运行的速度、驱动轮转矩、机体重心竖直方向振动加速度曲线,为以后履带式管道清洗机器人的进一步研究及应用奠定了基础。     

基于关节速度的液压比例驱动工程机械臂位姿控制

为了解决液压驱动工程机械臂在实际工程作业中加装位置传感器会使得系统复杂,从而可靠性降低,以及在关节处位置闭环伺服控制会导致液压系统效率降低的问题,提出在比例液压油缸驱动的机械臂中用位姿闭环而非关节位置闭环构成机器人控制系统。使用惯性导航、激光雷达、视觉等获得机械臂末端姿态,通过机器人运动学逆解得到当前关节值,与目标关节值形成闭环从而获得关节速度给定值。通过比例液压系统驱动机械臂关节,进而控制位姿变化。推导了负载敏感比例阀控液压油缸传递函数、陀螺仪姿态解算方程并对机械臂进行逆运动学分析。使用MATLAB/Simulink建立基于关节速度控制的液压驱动机械臂位姿闭环控制仿真模型,进行仿真实验,结果验证了控制方法的可行性。     

一种主被动式辅助腹腔镜手术机器人的运动学分析

从临床应用的角度出发,提出了一种6自由度的主被动式辅助腹腔镜手术机器人.3个主动关节由步进电机驱动.实现机器人末端空间位置的变换,被动姿态关节无驱动安装在小臂末端,在机器人主动关节的带动下实现随动运动,用于手术中腹腔镜姿态的调整,被动姿态关节的设计使机器人更加符合实际手术的要求.建立了腹腔镜的位姿模型并求出了腹腔镜实现锥形位置空间和腹腔镜轴向位移的位姿逆解,运用MATLAB对机器人进行了运动学仿真研究,仿真结果表明,机器人能够很好地完成腹腔镜位姿调整及保持的任务.     

除锈爬壁机器人位姿分析与纠偏技术

根据除锈机器小车在钢铁立面上进行水平行走动作时容易出现位置偏移和姿态倾斜的现象,专门设计出一套机器人位姿纠偏控制系统.该系统主要包括除锈爬壁机器人的本体结构、机器人控制系统、以及纠偏控制中的关键检测元件的阐述介绍;构建车体静力学模型,深度剖析机器人位姿倾斜问题的产生原因;借助激光测距系统,建立位姿倾斜时的数学模型,分析其纠偏原理.本爬壁除锈机器人纠偏控制系统基于激光测距系统和电机反馈信息结合PID纠偏算法,通过PLC控制,达到运动过程中自动纠偏的目的,对小车位置偏移和姿态倾斜问题有一定的改善.并且通过仿真实验和现场样机测试证明了该纠偏控制系统的有效和实用性.     

管道检测机器人动力学及流场分析研究

管道检测机器人在管内运动产生的流场及受力情况是研究在线管道机器人的基础。该文运用牛顿力学与CFD软件结合的方法进行流场数值计算，分析不同介质对机器人运动产生的不同影响，在理论与仿真实验的基础上进行了详细的分析与研究，结果表明前后端面产生的压差驱动力对管道机器人运动的主导作用。     

一种基于位姿反馈的工业机器人定位补偿方法

为了提高工业机器人的绝对定位精度,提出了一种基于末端位姿闭环反馈的机器人精度补偿方法。该方法通过激光跟踪仪测量实时跟踪机器人末端靶标点的位置来监测机器人末端的位姿,并通过对靶标点的实际位置和理论位置进行匹配获得机器人末端的位姿偏差。工业机器人系统与激光跟踪测量系统通过局域网进行数据通信,并根据位姿偏差数据对机器人末端的位姿进行修正。最后通过实验对基于末端位姿闭环反馈的机器人精度补偿方法进行验证,实验表明,经过位姿闭环反馈补偿后机器人末端位置误差最大幅度可以降低到0.05mm,姿态误差最大幅度可以降低到0.012°。     

光传输管道清洗机器人高精度自主行走问题研究

为解决光传输管道清洗机器人需沿管道中心线精确行走的问题,基于沿墙导航的策略对此问题展开了研究。运用反馈线性化方法并基于运动学模型设计了纠偏控制器;针对光传输管道壁面较光滑的特点,提出了一种新的基于双线结构光视觉传感器的机器人位姿精确检测方法,并建立了位姿偏差计算模型。通过所设计的纠偏控制器实时纠正机器人的位姿偏差来实现高精度沿线行走。最后利用样机进行了行走实验,实验结果表明机器人的稳定行走精度达到±2mm,满足应用要求。