一种新型的攀爬蛇形机器人

本文针对蛇形机器人最常采用的三种关节连接方式：平行连接、正交连接和万向节连接,通过典型实例进行了工作空间的分析和比较。提出了一种具有万向节功能的P—R（pitch—roll）模块,该模块结构简单、便于控制,所组成的蛇形机器人可以实现各种三维攀爬动作。最后通过所研制的新型攀爬蛇形机器人样机,验证了P—R模块的可实现和灵活性。     

大直径缆索检测蛇形机器人单环攀爬研究与实现

提出了一种可用于大直径桥梁缆索检测的单环攀爬蛇形机器人。对其控制方法进行设计和优化,使所设计的机器人对圆柱体有良好的攀爬能力。蛇形机器人采用正交关节,对蛇形机器人控制函数法进行分析,提出一种闭合单环翻滚攀爬运动控制函数。根据单环攀爬的特点,设计攀爬辅助装置,实现了对大直径缆索的攀爬运动。     

蛇形机器人越障研究

多机器人协调与合作作为一种新的机器人应用形式日益引起国内外学术界的兴趣与关注,但多机器人协调越障一直是机器人研究领域的一个难点.在建立并分析单机器人模块的结构模型以及最大越障能力的基础上,建立了蛇形机器人的结构模型,提出了一种新的越障方法.以蛇形机器人的弯举机构中的舵机为主要动力,推进机构的驱动电机为辅进行越障,推导出蛇形机器人越障的具体过程.在理论上论证了蛇形机器人的越障能力随着机器人的个数增加而相应增强.最后通过试验验证了本方法的有效性.     

蛇形机器人桥梁缆索攀爬步态控制研究

使用基于迭代链拟合与关键帧提取的蛇形机器人缆索攀爬步态生成方法,对一种正交关节蛇形机器人桥梁缆索攀爬步态控制进行了研究。该方法可建立蛇体骨干曲线定向位移与底层驱动器输入之间的联系,可将传统的骨干曲线法和控制函数法两种步态生成方法的优点有效地结合。使用该方法生成步态既可直观地得到骨干曲线的形状及运动趋势,又可得到以关节号和时间为变量的控制函数。该方法可有效提高蛇形机器人桥梁缆索攀爬的安全性、步态灵活性,同时,也便于控制底层驱动器。最后,通过实验验证了所提出方法的有效性。     

攀爬机器人动力学建模与分析

针对一种攀爬机器人越障过程中动力学特性与真空模块力系平衡问题,建立了一种基于李群李代数与旋量理论在越障运动过程中攀爬机器人动力学特性分析方法。通过指数积空间的形式推导得到了空间速度雅可比矩阵进而减少因微分求导而产生的奇点,基于李群李代数与旋量理论通过拉格朗日方程建立了物理意义明确、计算复杂度低的动力学方程,建立了真空模块的力学模型,求解得到直角面越障过程中真空模块的最佳吸附力,并应用coppeliasim仿真求解出机器人关节驱动力矩,验证了李群李代数与旋量理论建模的正确性及动力学模型的有效性,通过吸附实验验证了真空模块吸附能力。     

模块化可对接爬壁机器人

针对单体爬壁机器人越障能力低而多关节爬壁机器人壁面运动能力差的问题,提出了一种具有对接能力的模块化电磁吸附爬壁机器人设计。主要介绍了单体吸附爬壁模块、越障关节结构设计以及爬壁机器人的控制系统设计。该机器人的单个模块能够独立吸附行走,而多个模块对接后则能利用越障关节完成壁面越障。实验证明此种模块化可对接爬壁机器人爬壁性能良好,不仅能在壁面进行越障,且能够在单目视觉系统导引下实现壁面对接和分离。     

一种仿生八足机器人的设计与越障仿真

介绍了一款可以在狭小环境中工作的仿生八足机器人的结构设计与越障能力分析。以蜘蛛为仿生对象,完成机器人的结构原理分析和优化替代,确定仿生多足机器人的整体结构与腿部设计,并利用Solidworks设计出完整的机械结构模型;利用Solidworks motion模块对模型进行越障能力的运动仿真,得出该仿生八足机器人能攀爬最高为40.5mm的障碍。     

蛇形机器人蜿蜒运动的摩擦机理及推进条件

针对带有从动轮的蛇形机器人,考虑实际结构中从动轮在蛇形机器人关节连杆上的安装位置,建立蛇形机器人蜿蜒运动的动力学模型。提出一种库伦-粘滞混合摩擦力模型,整体的库伦摩擦力特性和临界点处的粘滞摩擦力特性,避免了库伦摩擦力模型本身的非光滑性,以提高动力学模型的求解效率与计算稳定性。基于改进的动力学与摩擦力模型,利用摩擦系数比来表征法向与切向摩擦力的各向异性程度,通过对蜿蜒运动的仿真分析,讨论了摩擦系数比对前向运动速度与推进效率的影响规律,并对运动过程中蛇形机器人各个关节模块的速度和摩擦力变化进行了分析,明确了蛇形机器人蜿蜒运动的摩擦学机理,解释了蛇的蜿蜒抬起运动能够有效减少摩擦阻力而适用于高速运动的原因。最后通过带从动轮的蛇形机器人样机实验,对实现蜿蜒运动的摩擦学推进条件进行了验证。研究对于实现蛇形机器人的结构优化,步态规划与运动控制具有重要的理论意义与实际指导价值。     

一种多姿态便携式履带机器人运动设计及分析

基于未知环境下对机器人运动性能的研究需要,提出了一种新型四自由度便携式履带机器人设计方案,应用模块化设计方法,该方案采用三段式运动结构,使机器人具有良好的路面自适应能力;通过对左右两段的主动配置后,机器人的越障高度、跨沟宽度、攀爬台阶等移动性能明显增强.对其结构组成、运动原理、运动特点进行了介绍及总结,并研究了机器人的运动过程,对其各项运动参数进行了详细的数值分析.     

双吊臂式架空线路机器人的攀爬机构研究

吊臂式机构是国内外架空线路巡检机器人采用的主要机构形式之一,但这种机构类型往往存在姿态控制能力差和越障能力弱的局限。针对基于质心调节原理的双吊臂式架空线路机器人的本体机构特点提出了一种新型攀爬机构。从提升机器人姿态控制性能和爬坡性能两方面对攀爬机构进行了原理分析和参数设计,并基于攀爬机构运动学模型的分析提出了机器人姿态失稳监测方法。基于ADAMS软件的仿真结果表明该攀爬机构的设计合理,可显著提升机器人的姿态控制能力和越障能力。