双轮式抛投机器人仿富勒烯轮毂结构设计

为了提高双轮式抛投机器人的全向抗冲击性能，提出了一种仿富勒烯张拉式轮毂结构及其优化方法。首先，根据C₆₀的几何特点及正二十面体被截取顶角后的截取比例λ建立模型，利用直接刚度矩阵法对模型进行受力分析，给出了最优截取比例λ。然后，以张拉结构为载荷分布优化单元对C₆₀结构载荷分布进行优化，并对其静力学性能进行了ABAQUS仿真分析，最后将其与同质量的条幅式、轮辐式以及球壳式轮毂结构进行对比。仿真结果表明:所提出的仿C₆₀张拉结构轮毂具有较好的强度及刚度特性，整体承载性能较优；具有较好的承载与散力特性，应力分布较为均匀；同时具有较好的承载全向性，结构受力整体性好且不易失稳，从而验证了所设计结构的有效性。     

机器人力控关节EtherCAT通信系统设计

针对力控关节高速通信的需要,设计了通信速率可达100 MHz的工业以太网通信总线(EtherCAT)的通信系统,分别从EtherCAT原理、主从站结构以及主从站软硬件方面进行介绍,并利用ET1100和FPGA为核心的芯片搭建了一套EtherCAT通信系统。进行实物测试显示,系统性能稳定可靠、通信速率高、实时性好,可以实现力控关节高速通信的需求。     

机械臂柔性关节SEA设计与仿真分析

串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)可以有效提高关节的柔顺特性,但是也存在受力与形变强非线性的不足。为了提高SEA的线性特性,建立了双圆环间衔接曲梁模型,利用轴截面原点正应力公式求取梁模型不同点的应力公式,设计并验证了符合柔性关节的SEA;其次,对SEA的模型进行仿真分析,取7个点对其进行模型和实际的应力比较;最后,利用ANSYS对其进行强度仿真分析,分析各关节受力和变形,有效保证了SEA的线性特性,从而有效提高了柔性关节的力学特性。     

可变起跳角度的球形跳跃机器人跳跃分析及其优化

针对跳跃机器人越障时自主控制与调整的局限性，设计了一款可变起跳角的球形跳跃机器人，该机器人采用C₆₀结构镂空外壳和平台调姿机构可实现变角度跳跃目标。通过分析机器人起跳、滞空、落地的运动过程，采用拉格朗日方程对机器人跳跃过程动力学进行建模。建立了起跳角对速度的影响方程，并针对单足跳跃过程，揭示起跳过程中打滑现象的产生与摩擦角之间的关系。基于机器人动力学方程，研究跳跃机器人面对越障时，与障碍物距离和起跳角度对跨越和爬升的影响。最后，利用ANSYS对其动力学进行仿真分析，有效保障了机器人跳跃任务的顺利完成，为球形跳跃机器人规划问题奠定了理论基础。     

机器人关节力矩传感器电路与数据采集处理系统设计

具有力控制功能的机器人具有十分重要的学术研究价值和市场发展前景,该类机器人需要传感器灵敏地检测出关节力矩信息为控制系统提供准确的反馈信息。提出了一种力控机械臂关节力矩传感器电路和数据采集处理系统的设计方案。该方案在尽量简化硬件复杂度的原则上,采用并联补偿的方式抑制零漂,利用温度传感器修正温漂偏差,得到精确的传感器信息;此外,基于卡尔曼滤波算法的预测功能,对传感器的测量值进行了全局优化估计,提高了传感器的测量精度。最后,设计了传感器的原理样机和测试平台,验证了系统设计的有效性。