输电线路巡检机器人越障仿真分析

根据输电线路线路环境的约束条件和巡检任务的要求,提出了一种新型输电线检测与维护机器人机构。首先进行了机器人的构型综合,得到机器人的两种越障模式,运用两种越障模式规划了机器人跨越典型障碍物的运动序列。机器人通过仿生猿猴手臂跨越障碍物,质心调节机构保障了机器人越障过程中的稳定性。仿真分析了不同工况下机器人跨越引流线的过程并进行了相关的实验,仿真与实验结果表明机器人能够完成引流线的跨越,合理的引流线越障规划降低了引流线的变形,提高了机器人的越障效率。     

履带式移动机器人越障稳定性分析

通过对自主研制的履带式排爆机器人跨越障碍过程的稳定性进行分析,分析机器人爬楼梯的侧向稳定性,建立机器人越障运动学、动力学方程,导出机器人越障时产生的惯性角,并以此作为机器人越障动态稳定性指标来判断机器人的稳定性,最终得出机器人在跨越障碍时,以前接地点落地碰撞引起的冲击最为严重。     

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。     

输电线巡检机器人越障机理与试验

分析超高压输电线路架空地线上的障碍物类型以及跨越这些障碍的过程.可以发现,巡检机器人采用双臂交替跨越障碍,越障过程简单.但是由于受巡检机器人自身重力偏矩的影响和手臂长度尺寸的限制,当单臂悬架在架空地线上时,导致巡检机器人本体倾斜,另一手臂完成脱线和上线任务变得十分困难,有时甚至造成越障失败.为了解决上述问题,提出质量调节的控制方法.该方法通过调节巡检机器人的质心,使巡检机器人的本体保持水平状态.为了验证质量调节控制方法的正确性,采用Lagrange方法建立巡检机器人动力学模型,通过仿真试验、实验室模拟实际架空地线试验以及超高压实际现场试验说明了提出方法的可行性.     

气动式除冰机器人及其运动学分析

针对传统输电线路除冰方法效率低和安全性差的问题,提出了一种气动式输电线路除冰机器人。该机器人采用三臂对称结构,能够在输电线路上高效除冰并越障行走。在此基础上,采用齐次坐标变换法进行机器人的运动学分析,包括机器人运动学正、逆方向的求解,建立了机器人在越障过程中手臂位姿与各关节变量之间的关系,并在ADAMS环境下对机器人跨越悬垂线夹过程进行运动学仿真。仿真结果和线路运行试验验证了机器人越障的可行性。     

6-URU支链四面体移动机构的越障步态规划

针对多面体机器人的高地面适应性需求,提出一种适用于四面体移动机构的高质心攀爬越障方法,能够通过三自由度同步变形提升质心高度有效提升攀爬能力。首先,基于四面体移动机构的支撑区域对其移动轨迹进行三角形网格划分,在台阶障碍进行投影畸变,由此规划出该机构针对台阶障碍的分步越障阶段,通过构造凹多面体包附障碍提升攀爬高度。针对高质心攀爬步态的各个阶段分别建立临界状态运动学模型,通过齐次变换矩阵得到机构质心坐标关于障碍高度和障碍距离的表达式,根据数值算法得到最大越障高度随驱动角和障碍距离的变化曲线,执行至不同障碍阶段以实现不同高度障碍的越障攀爬。建立仿真模型,验证越障分析过程合理性。制作一台样机,对高质心攀爬越障步态进行可行性验证。     

铰接式串联八轮机器人越障机理研究

针对轮式机动平台在非结构化环境的工程需求,首创了一种主被动联合越障的铰接串联八轮机器人。机器人包括两台对称车体,由液压铰接机构连接,控制液压缸行程和刚柔状态切换,可以实现机器人位姿变换,适应地面障碍。建立了机器人质心运动模型,分析了机器人在垂直墙、壕沟的越障机理,在ADAMS进行越障性能仿真,并进行了样机实验。研究表明,该八轮机器人可攀爬高度为1.5倍轮径的垂直墙,通过宽度为1.5倍轴距的壕沟,具有良好的非结构化障碍通过性能。     

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。     

自适应锅炉管道检测机器人的越障性能研究

针对电厂锅炉管道内移动作业机器人的越障策略及其运动控制,选择环形台阶这种管道中的典型障碍,建立了跨越台阶型障碍时的机器人力学模型,分析其最大越障能力。利用SolidWorks建立机器人的三维模型,将模型导入ADAMS中建立其仿真模型;进行针对不同台阶高度的越障仿真试验,分析越障过程中履带足电机输出力矩、自适应机构的弹簧力等参数的变化规律。结果表明:机器人的主体质心在越障过程中始终与管道轴线重合,3个履带足质心时刻围绕机器人主体质心对称变化;随着台阶高度的增加,机器人电机力矩和弹簧力呈正相关上升,最大能够越过台阶高度为23mm的环形台阶障碍。     

基于旋翼负压混合吸附的爬壁清洗机器人系统动力学性能研究

针对爬壁清洗机器人越障时,负压装置的吸附力下降导致吸附不稳定的问题,设计了一种旋翼负压混合吸附工作的多边形履带清洗机器人,并对爬行稳定性及越障性能进行了动力学分析。首先根据机器人爬壁的运动原理,建立机器人沿玻璃幕墙上的动力学模型,计算出电机理论驱动力矩;其次分析机器人在跨越障碍过程中的运动模型,结合与壁面接触的实际受力状态,对越障过程中关键阶段的本体倾翻、滑移两种失效形式进行运动学和动力学分析;然后根据玻璃幕墙实际的障碍高度,确定多边形履带的参数和理论驱动力矩的大小,并研制了实验样机进行爬行和越障试验,结果表明所设计的机器人具有良好的越障性能。     

柔性机械臂的位置主动控制

采用一次近似模型对柔性机械臂的运动跟踪主动控制问题进行研究,控制策略采用最优跟踪控制方法。仿真结果显示,一次近似模型能够较好地对柔性机械臂的动力学行为进行描述,最优跟踪控制方法能使机械臂到达期望的指定位置,并可使机械臂的残余振动得到抑制。     

五自由度泄漏封堵移动机械臂运动学模型

泄漏对堵移动机械臂由移动平台和安装在平台上的机械臂组成,建立移动机械臂的运动学模型是设计泄漏封堵移动机械臂的理论基础.根据槽罐泄漏机械臂必须完成的动作,建立了五自由度泄漏封堵移动机械臂运动学模型,利用逆运动学的求解,进行了该模型的Matlab仿真,结果表明该运动学模型是可行的.     

移动机械臂的输出跟踪控制

移动机械臂通常由移动机器人和装在移动机器人上的机械臂组成。它既具有移动机器人的可移动性又具有机械臂的操作灵活性,有极高的实际应用价值。本文针对由二轮驱动的移动平台和二连杆机械臂组成的移动机械臂的输出跟踪问题,利用滑模控制原理为其设计了动态滑模控制器。首先给出了移动机械臂的简化动态模型,然后通过微分同胚和输入变换将其分解为4个低阶子系统,并给出了其输出跟踪的动态滑模控制器的设计方法。仿真实验表明,所设计的动态滑模控制器不仅能很好地跟踪给定轨迹,而且能有效地削弱滑模控制系统的抖振。     

一种所有转轴均连续的五自由度混联机器人机构

根据两转一移并联机构两转动自由度转轴的分布,提出构造五自由度混联机器人机构构型的新思路,基于2-RPU&UPR并联机构构造一种新型五轴混联机器人机构。建立2-RPU&UPR并联机构的位置正反解模型,由于该并联部分存在两条连续转轴,可将其等效成一个三自由度串联机构RPR,进而将整个混联机器人机构等效为一个四自由度串联机构RPRR和一个移动平台的组合进行分析,根据这两部分位姿之间的解耦性,建立了混联机器人完整的位置正反解模型,并用加工球面轨迹的算例验证了所建运动学模型的正确性。提出的5自由度混联机器人所有转动自由度均具有连续转轴,能够得到解析的位置模型表达式,能够很容易实现轨迹规划与运动控制,具有良好的应用前景。     

Maximum load-carrying capacity of autonomous mobile manipulator in an environment with obstacle considering tip over stability

In order to increase the efficiency of wheeled mobile manipulators (WMM), it is preferred to carry the maximum payload, but in the case of a small-sized platform, which is desirable in applications, it may cause dangerous tip over, especially in the presence of obstacles. So, it is necessary to consider stability constraint in the determination of robot motion planning. This paper presents a novel approach for the determination of the maximum payload-carrying capacity of a coordinated mobile manipulator in an environment with presence of obstacle, based on stability. The proposed method considers the tip over stability on zero moment point criterion, which must be considered when the path of the end-effector is predefined but the position of the mobile platform is free, because tipping over in this condition is probable. Hence, the full dynamic model of WMM (including the coordinating vehicle and manipulator) is used, the obstacle avoidance scheme is implied based on potential functions, and the maximum payload path for a specified payload is generated using the optimal control approach. Then, an iterative method based on the stability criterion and motor restriction, including torque and jerk, was implied to calculate the maximum payload capacity. To the best of our knowledge, this is the first paper reporting on some simulation results as well as successful experiments of implementing the algorithm. The proposed approach has been implemented and tested on a nonholonomic WMM consisting of a differential-drive mobile base and a robotic arm to demonstrate the efficiency and effectiveness of the proposed approach.     

Assumed model feedforward sliding mode control for a wheeled mobile robot with 3-DOF manipulator systems

In this paper, a three wheeled mobile platform with a 3-DOF manipulator was designed and its dynamic model has been constructed and a Sliding mode control (SMC) with the kinematic control is designed to follow the designed position trajectory for a mobile manipulator. Next, an assumed dynamic model of each system is used to design sliding mode controller in order to replace the modelbased control and adaptive estimation for unknown dynamic parameters. The stability of the proposed control scheme has been proved by Lyapunov theory. The effectiveness and accuracy of the proposed algorithm has been verified by simulations and practical experiments for the developed mobile manipulator system. And the simulation and experimental results have been compared to those of traditional PID algorithm to show the superiority of the proposed algorithm.

     

障碍环境下移动操作机零件移动规划方法研究

将移动操作机应用于装配领域,研究了运动冗余且受非完整约柬的移动操作机系统在障碍环境下完成零件移动任务的运动规划问题。将整个任务划分成移动、夹取和转移3个子任务。将随机道路图法应用于移动操作机的协同避障规划,首先求出了移动平台的一条满足非完整约束的简单路径;然后以此路径作为操作臂位置约束,在操作臂的位形空间内随机采样构造了道路图;最后通过图的搜索获得一条移动操作机的无碰路径。以平面移动操作机为例,通过计算机仿真实现了2维工作空间的零件移动操作,表明了该方法的有效性。     

基于GA-PSO的地砖铺设机器人作业点优化

针对建筑移动机器人路径规划中移动小车作业点问题,提出了以最大可操作度为优化指标,基于遗传粒子群混合算法搜寻移动小车作业点的方法.阐述了地砖铺设机器人系统的组成及灵巧度优化指标;给出了移动机械臂铺砖的一般步骤;结合遗传算法和粒子群算法的优点,以机械臂可操作度最大为原则进行优化,以快速准确地得到最优作业位姿点.利用MATL...     

2-UPU-RRC并联机构及奇异位形分析

提出一种新型三平移三自由度空间并联机器人机构,进行机构运动输出特性分析及自由度计算,并建立2-UPU-RRC并联机器人机构的位置正、反解方程。得到该机构的奇异位形。该机构解耦性好,为系统控制提供了方便。     

2R欠驱动平面柔性机械臂的位置控制策略与试验研究

针对同时具有被动关节和柔性杆的欠驱动平面机械臂,提出一种简单易行的分段位置控制策略。以2R欠驱动平面柔性机械臂为研究对象,建立机械臂的假设模态动力学模型,分析系统的动力学耦合特性与可控性。通过被动关节处制动器的开闭切换,研究平面柔性机械臂的分段位置控制策略,采用PID方法分别设计各阶段主动、被动关节的控制算法。最后,基于自行开发的欠驱动平面机械臂的试验平台及实时控制系统,完成了2R欠驱动平面柔性机械臂位置控制的试验研究。仿真和试验结果表明,主动关节和被动关节在各阶段都能很好地跟踪目标值,进而实现机械臂的操作任务,验证了所提控制方法的可行性和有效性,以及欠驱动柔性机械臂动力学模型的正确性。