一种新型轮腿配合式管道机器人设计

本文提出一种新型轮腿配合式管道机器人的设计思想。这种机器人通过轮式驱动和腿式驱动二者的相互配合,兼有轮式机器人移动速度快及腿式机器人环境适应能力强等优点。文章对整体方案进行设计,针对腿式驱动系统,做了步态协调与机器人行进分析,设计的凸轮机构及重心偏移系统,实现了机器人腿式行进时的平稳行走,设计有一定创新性。     

新型轮腿配合式排水管道检测机器人控制系统设计

提出了一种新型轮腿配合式管道机器人的设计思想.机器人通过轮式驱动和腿式驱动二者的相互配合,兼有轮式机器人移动速度快及腿式机器人环境适应能力强等优点.对机器人结构及组成进行了设计,运用重心偏移的方法保证机器人腿式行进时不发生侧翻.对整个机器人的控制系统进行设计,包括主机控制系统的单片机硬件设计、移动载体和CCD摄像头控制系统的软件结构设计.     

折叠轮腿式管道机器人结构设计与仿真分析

针对现有轮腿式管道机器人存在的管径适应能力与运动平稳性之间的矛盾,提出了将折叠式平行四边形机构引入到机器人的轮腿结构中,在保证运动平稳性的前提下,扩大了机器人适应的管径范围。同时,对该机器人的越障能力和变径能力以及弯管内通过性进行了分析计算,并进行了三维建模与运动仿真分析,验证了本设计的合理性与可行性。该机器人具有适应能力强、过弯灵活、攀爬能力强、驱动效率高等特点。     

一种轮腿式越障机器人的设计与分析

针对轮腿式越障机器人,设计了一种新型可变结构的车轮,使得机器人可以在轮腿之间切换。介绍了可变结构的车轮的工作原理,在Pro/E中建立了三维模型;对车轮的展开范围进行了理论分析。为了验证分析结果,在ADAMS中对车轮的展开过程进行运动仿真。仿真结果与理论分析结果相近,说明所设计的车轮结构具有可行性。最后分析了该车轮的越障性能,结果表明,当车轮展开后,理论越障高度是展开前的2.2倍,并且成功攀越了200 mm高的台阶,表明该车轮结构具有较高的越障能力,可以应用到轮腿式越障机器人中。     

轮腿式复合机器人设计及运动实现

通过机械结构和控制系统设计,研制了轮式和腿式独立运动的轮腿式复合机器人。应用PWM对机器人的关节控制进行了研究。分析了其腿式运动、轮式运动和轮腿变形的过程,并进行了实验验证。结果表明,研制的机器人具有结构简单、易于控制的特点,解决了现有轮腿式机器人运动时与地面摩擦力不够的问题,具有很好的应用前景。     

一种新型轮腿式机器人设计与分析

设计了一种结构简单、承载能力强、越障性能好的新型轮腿式机器人——rolling-wolf。该机器人采用滚珠丝杠驱动轮腿运动,有效改善了以往轮腿式机器人的力学性能,提高了系统的承载能力以及轮腿机构的稳定性。首先将所设计的rolling-wolf和普通关节式轮腿机器人的力学特性进行了对比分析,分析结果表明rolling-wolf轮腿机构在力学特性上具有优越性。然后建立了rolling-wolf的运动学模型,并使用MATLAB对三种不同结构的rolling-wolf的轮腿运动包络域进行了求解。最后,根据对不同结构的rolling-wolf运动特性分析结果,选择了具有最佳运动特性的轮腿机构,完成了机器人整体结构设计。     

一种新型可变形轮腿式机器人的设计与分析

提出一种新型可变形轮腿式地面移动机器人,采用相同动力源实现轮式和腿式两种移动模式.将Chebyshev机构与平行四边形机构结合,提出了具有两种单自由度运动形式的单环闭链2RP3R变胞机构,进行了构型设计和运动学分析.将2个单环闭链变胞机构构造成轮腿式移动模块,进而构建一种可变形轮腿式机器人.机器人具有256种运动形式,...     

一种轮腿式悬垂绝缘子检测机器人机构分析

在输电线路维护中,采用绝缘子检测机器人带电检测输电线路不良绝缘子的应用越来越广泛。基于轮腿式移动机构,针对500kV超高压交流输电线路悬垂绝缘子串的线路环境和绝缘子带电检测作业任务要求,提出了一种悬垂绝缘子检测机器人机构,介绍了其运动原理并确定了机构的尺度参数。运动学分析指出了机器人在运动过程中存在速度冲击的问题,分析了产生速度冲击的原因,并通过合理的运动规划消除了速度冲击。仿真结果表明,运动规划后的机器人冲击减小,运动平稳。     

一种可变径轮腿式越障机器人的设计与研究

针对地面移动机器人在非结构化地形中越障存在的局限性,提出一种基于平面齿轮连杆杆组的可变径轮腿式越障机器人的设计方案。首先对越障机器人的变径机构在轮式和轮腿式两种模式之间的变换原理进行了介绍。当遇到障碍物时,变径机构可依据障碍物的高度来变换模式从而进行越障运动。在此基础上通过计算其变形比以及运动学分析仿真,验证了该变径机构设计的合理性、较强的越障能力和模式变换时的可靠性和稳定性。其次通过构建力学模型来分析两种模式下机器人的越障能力,得出其在不同模式下的极限越障高度。最后,基于ADAMS软件对机器人在单台阶、连续台阶以及复杂路面时的越障能力进行运动仿真。结果表明该越障机器人在面对不同工况时都具有较好的越障能力,验证了设计方案的可行性。     

一种轮腿式越障机器人的研究

针对移动机器人在复杂多变地形环境下实现高机动性、强越障等需求,提出了一种被动变形式的轮腿式越障机器人设计方案。该机器人的变形轮转换过程是由外力操作得到的,因此,不需要任何驱动器,减少了机构的复杂性。在完成机器人整体三维建模的基础上,对变形轮的结构、原理及受力情况进行了分析;以变形过程中的触发转矩和展开前后半径之比为指标进行结构优化;分析机器人变形阶段受力情况,并对机器人平台的相关参数进行调整以实现稳定越障;使用Adams软件对机器人变形、越障过程进行运动学仿真,并制作物理样机对整机结构设计的合理性进行了实验验证。     

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。     

气压式仿人机器人的腰部设计与运动仿真

提出了一种新型的气压式仿人机器人腰部机构,它具有结构简单和运动稳定的特点。气压式仿人机器人腰部的运动受到手部、头部和腿部等关节力矩的影响。在对机器人进行简化之后,依据高效-欧拉算法,对该仿人机器人进行整体建模,导出腰部俯仰和侧转关节的动力学模型。从动力学上分析,机器人腰部手部和腿部的运动以及外力(矩)等的影响。在Pro/e3.0上建立仿人机器人腰部结构模型,然后导入ADAMS中进行动力学仿真研究,验证了该模型的正确性。     

多节式螺旋双驱动可变径管道机器人设计及其运动分析

为了提高驱动能力和管道通过性,增大变径范围,创新性地设计了一种基于螺旋驱动原理的多节式螺旋双驱动可变径管道机器人结构,以方便实现直径为250～300 mm的管道的探查功能。该机器人由2个螺旋驱动单元和1个中间支撑单元构成,通过刚柔混合变径机构来适应具有50 mm直径变化的管道。在机械系统详细设计及驱动电机初步选型的基础上,着重分析了机器人通过垂直管道的动力学问题,并通过建立虚拟样机模型,对理论分析结果及电机驱动力矩进行了验证。结果表明,该机器人具有优良的管道通过性,为同类型管道机器人的研发提供了技术支持。     

形状记忆合金驱动的微型管道机器人机械结构设计

微型管道机器人是通过利用形状记合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)制成的压缩弹簧在加热和冷却过程中释放的能量而行进的.主要由形状记忆合金弹簧,磨擦弹簧片,Maxon伺服直流电机等构成.该机器人可以蠕动的方式通过直为(50～80)mm的各种材料的管道,并可顺利通过曲率半径为管道直径1.2倍的弯道,包括U型、T型等管道.其主要特点是结构紧凑、重量轻、制造加工容易,能在恶劣环境中工作,可用于在灾害事故中寻找人或物,或在细长管道中查找故障,而且可将机器人做成系列产品.     

储油罐在油检测机器人结构设计与运动分析

针对大型石油罐罐底与罐壁缺陷的在油检测问题,设计出一种可爬直角壁的四轮四轴液压驱动式磁力吸附爬壁机器人,机器人可在石油罐内实现罐底与罐壁间的双向直角过渡攀爬、90°转向及工作间隙调节等动作.安装于机器人腹部用于其正常行走的磁吸附装置采用45块(6×6×3) cm Halbach阵列布局的永磁铁块;机器人前后两端用于爬直...     

五自由度关节型机器人结构设计及其动态仿真研究

为了研究机器人的总体动态性能,首先进行了机器人的总体结构设计,并在Pro/E环境下建立了五自由度机器人3D机械装配模型,运用ADAMS软件对其进行了运动动力学的三维动态仿真研究,最后根据测量输出结果讨论了系统设计的合理性以及在实际应用中的意义.对机器人的后续研究,这些研究成果具有一定的参考价值.     

新型六自由度服务机器人的结构设计与运动学分析

设计了一种新型六自由度服务机器人机械臂,此机械臂采用部分解耦的结构,能在不明显增加体积的情况下,带来逆运动学求解快速的优点。采用D-H(Denabit-Hartenberg)法建模,获得机械臂正运动学模型,进行正运动学求解,并针对其结构特点,提出一种新的几何法来求解逆运动学问题。通过空间几何关系转换,得到逆解解析表达式和末端位置,该末端位置与正解的末端位置表达式完全相同,印证了几何方法理论上的正确性。经过数值计算验证了正运动学模型和逆解的正确性,为机器人接下来的路径规划和运动控制提供了理论基础。     

具有转向能力的管内机器人的研究及发展

随着管道结构的复杂化,管内机器人的转向能力受到越来越多的重视,已成为评价管内机器人运动性能的指标之一.通过阐述管内机器人的转向能力,介绍了在管内中的转向方式-铰链式、差动驱动式和蠕动式,详细分析了当前国内外几种典型的具有转向能力的管内机器人的结构特点及转向特性.进一步总结出影响转向能力的关键技术,并对其发展趋势作了展望.     

A new virtual-real gravity compensated inverted pendulum model and ADAMS simulation for biped robot with heterogeneous legs

Our research team combined humanoid robots with intelligent lower limb prostheses to study the dynamic characteristics of intelligent lower extremity prostheses for disabled people in the walking process, and proposed a biped robot with heterogeneous legs (BRHL). This paper proposes a new virtual-real inverted pendulum system model to unify the models for both single support phase and double support phase in walking process and builds a special simulation platform which can acquire the real-time center of mass (COM) trajectory. Initially, a gravity-compensated inverted pendulum model was built and improved the stability of gait, a natural ZMP trajectory improved the anthropomorphism of the gait. Furthermore, in double support phase, a virtual inverted pendulum model was established and a virtual-real inverted pendulum model was proposed and used to plan the gait of both single support phase and double support phase in the walking process. Additionally, the joint angles were obtained by inverse kinematics; the stability of the system was analyzed to be feasible and effective by phase trajectories. A special ADAMS simulation platform was built to simulate the walking process and acquire real-time COM trajectory. The feasibility of the gait planning was also verified. Finally, the trajectory of COM was optimized based on the minimum energy criterion according to the geodesic equation.

     

Navigation-oriented design for in-pipe robot in recursively divided sampling space with rapidly exploring random tree

Gas pipelines are subject to periodic inspection and maintenance for safety and longevity. Many robotic inspection systems have been developed for in-pipe applications, but systematic geometric design methodology that is suitable for in-pipe navigation has not been well studied so far due to difficulties in predicting the capability of maneuvering through the obstacles inside of pipelines such as bend, miter, and T-branch joint. The geometric design of the robot is critical to the performance of such in-pipe robots because the actuation and the measurement are constrained by the shape and the size of the robot. In this paper, we propose a design methodology that finds the maximum value of geometric design parameters of the robot with recursive evaluation of the parameter values in the design parameter space. The role of the design space division is to reduce the search region and to increase the number of parametric samples to near optimal values. As a parameter evaluation method, we adapt Rapidly exploring random tree (RRT) because it is known to be suitable for solving narrow passage problems for high-dimensional systems. Our design method makes it possible to find an optimal parameter set without computing complex cost functions. The design result of the in-pipe robot is 8 % larger than that of a heuristic geometry-based approach in three-parameter design problem.