新型能源自给式管道机器人的结构设计研究

管道机器人可以对管道进行低成本高效率的检测和维护.目前的管道机器人受到能源供给的限制,不能长时间远距离进行工作.论述了新型能源自给式管道机器人总体结构设计、发电蓄能部分结构设计、支撑轮组件的设计和导向机构设计,这些设计为建立新型能源自给式管道机器人的模型并进行速度控制奠定了基础.     

新型无缆管道机器人的研究

目前的管道机器人受到能源供给的限制,不能长时间远距离进行工作。文中提出了一种在具有运动流体的管道中,采用流体运动的能量推动叶轮转动,从而产生电能对机器人中储能元件充电的设想。这一设想为管道机器人的实用化提供一种思路。     

光传输管道清洗机器人控制系统设计与研究

在对光传输管道的结构特点进行调研分析基础上,对用于清洗此类管道的机器人控制系统进行了研究。设计了包括视觉系统和机器人行走控制两部分的运动控制系统。视觉系统负责采集数据并对数据进行处理后计算机器人的偏移量和偏移角度;机器人行走控制主要由纠偏控制与舵角控制两部分构成,形成一个以舵角为被控对象的闭环控制系统,基于视觉系统实时获取的偏差信息,通过控制算法进行在线实时纠偏,不断消除位姿偏差达到机器人跟随管道中心线的目的。该机器人运动过程匀速、平稳,结构简单,控制灵活,系统工作稳定,在直线行走过程中,行走10m后机器人距离中心偏差≤1cm,其为进一步对光传输管道的污染控制进行研究提供了平台。     

国内外微小管道机器人的研究现状

微小管道机器人主要应用于工业上一些不便于人工作业的细小管道和人体肠道与血管内,它的研究涉及到诸多学科,是机器人研究领域的重要发展方向之一,具有重要的研究价值和广阔的应用前景.文中介绍了微小管道机器人的用途和分类,综合分析了国内外研发的典型微小型管道机器人,介绍其工作原理,分析了管道微型机器人研究所面临的一些关键技术并指出未来的发展趋势.     

管道机器人综述

管道机器人是一种由人操控、可沿着管道移动、携带有一种或多种传感器、可完成各种管道维护操作的机器人系统.对国内外管道机器人技术的研究现状分析、找出存在的问题,提出未来管道机器人的发展方向.     

管道流体瞬变的有限元研究

用有限元法对输流管道的流体瞬变进行研究，通过实例计算和传统的特征线法进行比较，证明了该方法的有效性。     

管道机器人发展研究

管道机器人是一种可以携带一种或多种传感器及维修工具,沿管道内部或外部自行运动的机械,能够进行机、电、仪一体化管道作业。对国内外管道机器人的研发现状进行了介绍,并从空调管道检查、管道打磨、排水管网检测等方面给出了管道机器人的应用实例。分析了管道机器人在发展中存在的能源供给、稳定性、位置识别与越障、检测与修复一体化等问题,并对新型管道机器人的特点进行了论述。     

管道检测机器人的研制

对工业管道检测现状进行了详细的调研，分析了目前管道检测机器人的优缺点，对应用于工业管道的管道检测机器人进行了研究。该检测机器人基于螺旋推动原理，并对传统的螺旋结构进行了改进。文中在详细介绍其分节式结构和优点的基础上，详细分析了滚轮的受力情况。然后，介绍了其超声波发射、接收电路和单片机控制系统。     

微管道流体的流动特性

讨论微流体特性及其测量方法，并进行了微直圆管道内微流体运动特性的初步试验研究。开发一种适于微流体测量的施加和保持压力的方法。以去离子水和直径为１０－５０μｍ直圆管为对象进行一系列试验，并与用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程式描述的微圆管道流体流动规律进行了比较。     

流体传动与控制技术的历史进展与展望

回顾了流体传动与控制技术的历史进程,20世纪的主要成就,并展望了未来的发展前景。流体传动与控制的发展仍将是无止境的     

流体传动及控制技术的评述

在回顾流体传动及控制技术发展历史的基础上,对20世纪90年代后期以来液压技术的发展作了综合评述,它集众多学科于一体,具有显著的机电液一体化特征,尤其是与计算机技术相结合,使得液压技术在系统设计、控制、故障诊断、虚拟现实等方面有了长足的进步。最后对流体传动及控制技术的发展前景进行了预测,指出关注环保性能;元件与系统的集成化、模块化、智能化、网络化;新材料的使用将是未来的发展方向。     

小型轮履腿复合式机器人设计及运动特性分析

针对在室内外环境下对小型移动机器人的运动要求,综合轮式、履带式和腿式运动机构的优点,研制开发了一种多运动模式的小型轮履腿复合式移动机器人。该机器人可以进行轮式高速运动、履带或腿式越障等多种模式的运动。对其运动特性、越障性能、自动复位功能进行了详细的分析。采用的嵌入式控制系统保证了机器人功耗低、可靠性好、实时性高的控制要求。试验表明,这种移动机器人运动灵活,具有很好的环境适应性和较高的越障能力。     

扑翼式微型飞行器的升力测量与分析

昆虫通过高频扇翅可以产生很大的升力,相关的非定常空气动力学机理及理论逐渐被人们所认识。基于昆虫的仿生学设计了单个翅膀的扑翼机构,并利用自行设计的测力平台实现了对升力的测量。通过分析测力系统的动态特性及受激励后的响应,得到扑翼产生的周期升力。通过将试验数据与经验公式计算的结果进行比较,得到了升力与扑翼参数的关系,为进一步设计扑翼式微型飞行器提供了依据。     

MECHANISM DESIGN AND MOTION ANALYSIS OF A SPHERICAL MOBILE ROBOT

A new spherical mobile robot BHQ-1 is designed. The spherical robot is driven by two internally mounted motors that induce the ball to move straight and turn around on a flat surface. A dynamic model of the robot is developed with Lagrange method and factors affecting the driving torque of two motors are analyzed. The relationship between the turning radius of the robot and the length of two links is discussed in order to optimize its mechanism design. Simulation and experimental results demonstrate the good controllability and motion performance of BHQ-1.     

6自由度水下机器人动力学分析与运动控制

对6自由度水下机器人的动力学与运动控制进行研究。首先考虑重力、浮力、推力以及水动力的影响,建立水下机器人的动力学模型,对机器人的复杂水下动力学行为进行描述。在此基础上,根据解出加速度法设计非线性控制器,包括内外两个控制回路。其中外控制回路根据机器人实际轨迹与期望轨迹之间的偏差进行负反馈控制,内控制回路根据机器人动力学特性引入非线性补偿,把机器人转化为一个更易于控制的线性系统,从而准确实现对理论轨迹的跟踪。最后对水下机器人跟踪目标进行运动控制仿真。从仿真结果可以看出,利用该方法可以使水下机器人具有良好的轨迹跟踪能力。     

蛇形机器人行波运动的研究

对蛇形机器人的行波运动机理进行了研究,基于Serpenoid曲线建立了蛇形机器人行波运动的形状控制模型、运动学模型、机构动力学模型及环境动力学模型,给出了求解过程。仿真结果表明：在行波运动中,各关节输入力矩大小呈周期变化,且随其与蛇体重心距离的增加而减小。蛇体中心关节的最大输入力矩为蛇形机器人所需最大输入力矩。对称关节输入力矩幅值变化规律相同,但相差不同;运动初始弯角保持不变,关节输入力矩随着环境摩擦因数的增加而增加。环境摩擦因数保持不变,关节输入力矩随着初始弯角的增加而减小。     

DEVELOPMENT AND MOTION ANALYSIS OF MINIATURE WHEEL-TRACK-LEGGED MOBILE ROBOT

A miniature wheel-track-legged mobile robot to carry out military and civilian missions in both indoor and outdoor environments is presented. Firstly, the mechanical design is discussed, which consists of four wheeled and four independently controlled tracked arms, embedded control system and teleoperation. Then the locomotion modes of the mobile robot and motion analysis are analyzed. The mobile robot can move using wheeled, tracked and legged modes, and it has the characteristics of posture-recovering, high mobility, small size and light weight. Finally, the effectiveness of the deve-loped mobile robot is confirmed by experiments such as posture recovering when tipped over, climb-ing stairs and traversing the high step.     

FORCE FEEDBACK MODEL OF ELECTRO-HYDRAULIC SERVO TELE-OPERATION ROBOT BASED ON VELOCITY CONTROL

The tele-operation robotic system which consists of an excavator as the construction robot, and two joysticks for operating the robot from a safe place are useful for performing restoration in damaged areas. In order to accomplish a precise task, the operator needs to feel a realistic sense of task force brought about from a feedback force between the fork glove of slave robot and unfamiliar environment. A novel force feedback model is proposed based on velocity control of cylinder to determine environment force acting on fork glove. Namely, the feedback force is formed by the error of displacement of joystick with velocity and driving force of piston, and the gain is calculated by the driving force and threshold of driving force of hydraulic cylinder. Moreover, the variable gain improved algorithm is developed to overcome the defect for grasping soft object. Experimental results for fork glove freedom of robotic system are provided to demonstrate the developed algorithm is available for grasping soft object.     

ANALYSIS OF TIPOVER STABILITY FOR NOVEL SHAPE SHIFTING MODULAR ROBOT

A novel three-module robot has been introduced. It can change its configuration to adapt to the uneven terrain and to improve its tipover stability. This three-module tracked robot has three kinds of symmetry configuration. They are line type, triangle type, and row type. After the factors and the countermeasures of mobile robot's tipover problem are analyzed, stability pyramid and tipover stability index are proposed to globally determinate the mobile robot's static stability and dynamic stability. The shape shifting robot is tested by this technique under the combined disturbance of pitch, roll and yaw in simulation. The simulation result shows that this technique is effective for the analysis of mobile robot's tipover stability, especially for the reconfigurable or shape shifting modular robot. Experiments on three symmetry configurations are made under unstructured environments. The environment experiment shows the same result as that of the simulation that the triangle type configuration has the best stability. Both simulation and experiment provide a valid reference for the reconfigurable robot's potential application.