基于Klann连杆的球腿复合机器人的设计与研究

结合球形和四足机器人两者优势,创新性地提出一种能适应多重作业环境的球腿复合移动机器人．在滚动模式下,对其进行直线滚动和侧滚转向分析,验证机器人转向的可行性．在四足模式下,以复数矢量法求得机器人足端坐标,并用Matlab绘制的足端轨迹曲线与Adams仿真曲线对比,验证了理论的正确性．以抬腿高度作为目标函数,由非线性规划算法求得足端轨迹最优解．采用质心投影法分析了机器人四足行走时的稳定性．建立仿真模型对机器人的四足直行、四足转向、四足爬坡和球体侧滚等运动模式进行仿真试验．同时,制作一台样机,验证了该机器人方案设计及各运动模式的可行性．     

一种桨身融合蛇形两栖子母机器人的机构设计和运动学仿真

为实现机器人拓展仿生、多模式运动、多子体协作等要求,完成了一种新型两栖机器人的机构设计.将蛇形机器人和类水母的游动方式相结合,区别于传统的轮桨鳍腿足等设计理念,参照翼身融合、船桨划水以及壁虎断尾的原理,分别采用了桨身融合、桨叶可开合和子母分体等新概念.为验证设计,研制了包括子体、关节部和分体部在内的机器人各部分.最后通过各运动机构的数学模型结合UG运动机构仿真、MATLAB数值分析和实物试验验证了机器人各部分设计的合理性和可行性.     

一种竞赛用机器人的设计与实现

为提高机器人在准确分拣前提下快速完成搬运任务的能力,对传统自动分拣搬运机器人从策略选择、硬件组成和外观结构进行了全新的设计,提出了一种竞赛用自动分拣搬运机器人的设计与实现方法。针对竞赛要求采用全新设计的非航行推测算法;硬件模块化设计,核心控制器采用了国内少见的双核形式,并采用多种传感器来满足竞赛要求;通过避障与路径选择的仿真调试,确定了机器人的外观结构及竞赛路径。实践检验了设计的有效性和先进性,研究结果对于提高竞赛用机器人的性能具有一定的参考价值。     

一种具有爬坡能力的球形机器人运动分析

针对目前球形机器人爬坡能力不强的问题,设计了一种新型机构,在球形机器人的长轴方向上与本体固连两个可伸出和展开的手臂机构.遇陡坡时,手臂伸出后支撑在路面上,球形机器人将不再依靠重摆的驱动,而是通过电机直接驱动球壳.深入分析对比了手臂伸出前后的爬坡能力,并建立了爬坡时直线运动的动力学模型,对手臂伸出后的球形机器人进行了路径规划.最后通过仿真和试验验证了力学模型的准确性.     

掌握综合知识，提高动手能力——智能机器人创新设计竞赛指导

担任NOC活动机器人赛项的裁判工作已三届,感觉竞赛每年有变化,越来越成熟,越来越完善.今年(第七届)的机器人竞赛项目分为两大项,一是智能机器人创新设计,这已是NOC的特色项目了;二是智能机器人竞赛,分为虚拟机器人足球、虚拟机器人迷宫、机器人投篮和智能机器人竞赛(环保主题)四部分.在学习了今年的竞赛要求后我的感受颇深.     

拆线机器人的轮式爬线机构及顶升装置设计

拆线施工机器人是一种爬线机器人,挂在架空线上沿线行进,代替工人完成拆线施工中索道缆绳的铺设。为满足拆线施工机器人在具有一定垂弧度的架空线上爬线行进的需要,对拆线施工机器人的爬线行进机构进行了分析与设计,提出了一种四轮爬线行进机构。该机构利用顶升装置及张紧轮提供额外的压力,以满足拆线施工机器人爬坡时所需的摩擦力。随后,分析了机器人爬坡时的受力情况,给出了顶升装置所提供压力的条件及计算公式。基于所提机构,进行了施工机器人的顶升装置的选型计算及论证,实际应用表明本文的设计可以满足实际需要。     

基于单片机的微小型观测机器人控制系统的设计

本文主要介绍了一款微小型观测机器人的整体控制系统,完成了基于单片机技术的姿态控制系统的硬件设计,并且完成了检测信号的模拟输出和驱动控制的试验.     

足式水上行走机器人智能控制方法设计

以蛇怪蜥蜴为仿生对象,设计了一种足式水上行走机器人.鉴于水面环境的复杂性,提出利用计算机仿真的方法构建足式水上行走机器人及其外界环境整个系统的数学模型.分析了现有的ZMP(zero moment point)算法难以适用足式水上行走机器人控制的原因,提出机器人的CPG(central pattern generator)模糊控制方法.设计了足式水上行走机器人的CPG控制器和模糊控制器,进行参数分析,完成了机器人整个控制系统的搭建,并进行了仿真验证.最后进行了机器人户外水上行走实验,测定了水上行走过程中的实时偏角.实验结果表明该控制方法有效.     

"现代木牛流马"的智能控制

机器人是科学技术发展到一定历史阶段的产物。作为机器人的核心部分,机器人控制技术经历了经典控制技术、现代控制技术和智能控制技术的发展过程。本文通过对具有15个自由度的＂现代木牛流马＂四足步行机器人的研究,开发了一个由上位机和PLC组建的两级控制系统对其进行智能控制,完成了在复杂道路情况下的自适应行走,并结合实例做了具体介绍,经展品试验证明了其可行性,并获得了很好的效果。     

基于角偏移控制算法的机器人伺服寻迹系统设计

机器视觉和嵌入式系统是机器人领域研究的热点。随着计算机技术的发展,机器视觉在工农业生产和国防等领域已得到成功的应用。本文将机器视觉和嵌入式系统综合用于竞赛机器人的运动控制,构建一个嵌入式机器人视觉伺服寻迹系统的平台,完成相关的硬件和软件设计及制作。设计制作的试验平台能够动态地获取、处理和分析视频图像数据,将分析结果反馈于机器人本体驱动电机,实现机器人本体的自主动态寻迹,且其误差精度能得到很好的保证。     

基于DSP技术的爬壁机器人吸附控制系统设计

壁面吸附是爬壁机器人的基本功能之一,其吸附程度直接影响爬壁机器人的稳定性和移动速度;为此,设计了基于DSP技术的爬壁机器人吸附控制系统;选择爬壁机器人传感器装置,加设DSP数字信号处理器,设计爬壁机器人吸附控制器;在硬件结构的支持下,根据爬壁机器人的组成结构和工作原理,构建相应的数学模型;在该模型下,利用DSP技术计算爬壁机器人吸附力;通过爬壁机器人在壁面环境下的受力分析结果,确定爬壁机器人安全吸附条件;以吸附控制器作为执行机构,实现爬壁机器人的吸附控制;选择负压爬壁机器人作为测试样机,通过系统测试表明,在瓷砖、木板、玻璃三种壁面环境下,与两个对比系统相比,应用此次设计系统得出爬壁机器人吸附力的控制误差降低了2.04 N,倾覆风险系数降低了0.29,具有较好的吸附控制效果。     

基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统设计

变磁力吸附爬壁机器人是一种具有快速、灵活移动方式的爬行机器人,但其吸附力难以控制,越障稳定性较差,难以保证机器人的平稳爬行;为实现爬壁机器人在大型建筑结构外表面的自主避障,提升机器人与运动平面之间的吸附紧密性,设计基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统;按照PCB控制要求,连接外置SRAM设备与传感器模块,借助驱动I/O口电路提供的电力驱动作用,控制气动阀门的闭合情况,完成变磁力吸附爬壁机器人控制系统硬件结构设计;建立Netvlad神经网络体系,通过划分控制指令程序任务的方式,确定移植参数取值范围,实现对控制协议的移植处理,联合相关硬件应用结构,完成基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统设计;实验结果表明,在所设计系统作用下,障碍物所在位置与爬壁机器人所在位置之间的实测距离未大于30cm,能够有效实现自主避障,保证机器人与运动平面之间的紧密吸附。     

双手爪式仿生攀爬机器人的摇杆控制

探讨一种新型双手爪式5自由度仿生攀爬机器人(Climbot)的摇杆控制方法.首先,对机器人的运动学和可夹持空间问题进行了分析.然后,针对其双手爪交替夹持攀爬的特点,提出了直观的摇杆操作模式,包括对不同的攀爬步态设计了不同的操作坐标系,并利用建立变换矩阵的方法将交替夹持端前后的机器人描述在同一坐标系中.最后,通过尺蠖、扭转和翻转3种步态的路灯杆攀爬和应用示范实验结果证明了该摇杆控制方法的有效性.     

一种新型煤矿灾害信息探测机器人系统设计

针对现有救灾机器人难以适应煤矿井下灾害现场环境的问题,提出了一种新型煤矿灾害信息探测机器人系统,介绍了该系统在煤矿井下的布置、总体结构及控制系统设计,分析了机器人爬坡性能。该系统中机器人运行在煤矿井下已有的单轨吊工字钢轨道上,可在发生煤矿灾害时及时行进到灾害现场,采集现场图像信息和环境参数并发送至地面指挥中心。在煤矿巷道仿真实验室对系统进行测试,结果表明该系统运行稳定,图像传输清晰连续,机器人爬坡角度为18.5°。     

The MATS robot: service climbing robot for personal assistance

The human care and service field requires an innovative robotic solution to make the daily care of elderly and disabled people in both home and workplace environments easier. The European Union (EU) project MATS (flexible mechatronic assistive technology system) has developed a new concept of a climbing robot for this type of service application. The climbing process is performed by moving the robot between very simple docking stations (DSs) placed in the environment. The MATS climbing robot is a symmetrical, five degrees of freedom (5 DOF), self-containing manipulator that includes all the control and communication systems on board. To fulfil the climbing movements successfully, the developed robot is lightweight, about 11 kg for a 1.3 m reach. This article presents real experiments conducted with the robot during its climbing movements and assistance tasks for disabled persons.     

具有多种运动方式的小型模块化双手爪机器人MiniBibot

受尺蠖等动物攀爬动作的启发,开发了一款舵机驱动的具有多种运动方式的小型双手爪机器人MiniBibot.采用模块化方法设计和搭建了机器人系统,以攀爬杆件为控制实例介绍了用户程序开发的步骤和方法.然后根据该机器人的构型,提出了5种可实现的运动方式,并分析了各自的特点和应用.最后通过一系列实验,充分展示和验证了所提出的双手爪机器人系统及其运动方式的有效性和可行性.     

Development and experimental study of a novel pruning robot

This article presents the development of a timberjack-like pruning robot. The climbing principal is an imitation of the climbing approach of timberjacks in Japan. The robot’s main features include having its center of mass outside the tree, and an innovative climbing strategy fusing straight and spiral climbs. This novel design brings both lightweight and high climbing speed features to the pruning robot. We report our progress in developing the robot, focusing on straight climbing, behavior on uneven surfaces, and pruning.     

全方位越障移动机构研究

针对清洗壁面作业对机器人提出的特殊要求,研制了可越障轮式全方位移动机构—— -车轮组机构,该机构保证机器人在姿态保持不变的前提下,沿壁面任意方向直线移动、或 在原地旋转任意角度,同时能跨越存在于机器人运行路径中的障碍．该机构不需要传感装置 来检测障碍,不需要复杂的辅助机构来实现平面上运动和越障运动之间的转换．     

基于姿态角的轮腿机器人驱动控制系统研究

在城市楼道环境中,尤其在面对楼梯等障碍时,五星形轮腿式机器人具有越障能力强、控制简单的优势。为防止机器人在攀爬楼梯时出现较大偏航倾斜,通过仿真软件ADAMS和Simulink中建立了五星形轮腿式机器人的整车动力学模型和PID速度控制模型。结果表明,该联合仿真控制模型能有效、快速地控制机器人速度,减小偏航角度,降低了研究和开发成本。将该驱动控制系统移植到原机器人系统中,并分析了机器人在本控制系统控制下攀爬楼梯等特殊情况下的稳定性能。     

一种用于反恐侦察的爬壁机器人系统

介绍了一种用于反恐侦察的爬壁机器人系统．该系统包括3个部分：真空吸附式两足爬壁机器人、便携式遥控器和无线视频传输模块．其中,基于DSP技术开发的控制器可以使机器人在光滑的壁面上灵活地爬行、转向和跨越．文中提出了一种实现机器人在两个不同倾斜壁面之间跨越的控制算法．实验表明,该机器人体积小、噪声低、隐蔽性好;视频模块图像清晰、传输稳定;整个系统可以满足执行反恐侦察任务的基本要求．