4杆张拉整体机器人单步驱动方式分析

基于4杆张拉整体结构,一种4杆张拉整体机器人被提出。此机器人是通过变形来实现整体翻滚和移动。首先分析4杆张拉整体结构的结构特点,提出了将其转化为张拉整体机器人的方法,并对其运动方式进行了初步分析。而后利用仿真分析,研究了其单步驱动方式。最后,根据三种单步驱动方式的组合,探讨了机器人向预定目标运动的方法。     

一种滚动密封爬壁机器人的安全吸附条件与运动特性分析

为完成三峡大坝流道的缺陷检测,设计开发了一种滚动密封结构的履带式爬壁机器人。该机器人以柔性履带作为密封裙实现滚动密封,具备密封结构耐磨性好、通过性和壁面适应性强等特点,而长效稳定吸附是机器人设计的关键问题。基于动力学建模方法,提出了滑移参数等指标作为滚动密封爬壁机器人的稳定吸附条件,用于考察机器人运动状态下、特别是滑移转向状态下的吸附稳定性与运动准确性。通过讨论负压力在内的相关设计参数对机器人滑移与稳定吸附的影响,建立了关键设计参数与机器人吸附稳定性的联系。仿真与实验结果表明,所提的安全吸附条件能够作为开展爬壁机器人运动性能优化设计的理论依据,同时也为建立相应的控制模型提供了参考。     

具有翻滚模式的可变形四足机器人结构设计与分析

为了适应崎岖与平坦共存的非结构环境,提出了一种具有翻滚运动模式的可变形四足机器人。对可变形四足机器人进行了结构设计,并采用几何法得到了其结构参数,进而对其进行了静平衡配重,使得圆形滚动体的质心与形心重合。滚动体的直线翻滚模型可以简化为由弓形杆件组成的平面开链连杆机构。当杆系展开为非圆形滚动体时,由杆系质心离开平衡点而产生的重力矩驱动滚动体。利用D-H法推导了非圆滚动体在一个准静态滚动周期中的质心表达式。将圆形滚动体的结构参数代入表达式从而得到其在准静态滚动过程中质心偏置的变化情况,验证了结构设计和静平衡配重的合理性。     

基于两杆三索张拉整体结构的可变径柔性步行轮设计

为发挥轮式机器人移动速度快和腿式机器人机动性能强的优势,提出一种可实现轮式和腿式切换的新型张拉变径步行轮。通过对两杆三索平面张拉整体结构中拉压构件的等效替换,提出了一种新型张拉整体结构。在此基础上,给出了张拉变径步行轮的基本单元结构、单元连接方法和最优轮毂数。为克服由于自由度多导致刚性差的缺点,给出了张拉变径步行轮自由度约束的方法和弹性构件等效集成方式,从而使得张拉变径步行轮装配简单、运动平稳以及可负载支撑。结合最小势能原理对张拉变径步行轮张拉单元进行运动学分析,得到了张拉变径步行轮的结构参数和展收比。通过实验,对张拉变径步行轮各项功能的可实现性进行了验证。     

多自由度仿生机器人的设计分析与实验

基于现有仿生四足机器人仿形度不高的问题，设计了一种外形结构和运动机理与仿生对象高度相似，且具备多自由度腿足和躯干的仿生四足机器人。通过对仿生对象的分析和研究，得到了机器人的自由度、结构模块、外形尺寸等参数，并基于这些参数进行头部、躯干、尾部、四足等模块的结构设计。对设计的机器人进行受力分析，确定机器人整体和四足结构设计的合理性。将设计的机器人加工制作并集成样机系统，开展样机的运动测试实验，验证了机器人设计的正确性。     

平行导向柔顺机构动力学建模及其频率特性分析

基于柔性体模型,结合伪刚体模型所得边界条件,建立了平行导向柔顺机构的动力学模型.以此动力学模型,讨论柔性杆截面参数、几何结构参数以及材料性能参数对系统频率的影响.所得结论对柔顺机构的结构设计及其工程应用提供理论指导.     

二自由度并联机器人的动力学建模与研究

面向汽车电子行业等对高节拍往复运动的搬运操作需求,提出了一种基于平面双滑块机构的二自由度(2-DOF)并联机器人。基于拉格朗日(Lagrange)方程建立了并联机器人的动力学模型,并给出了机器人驱动力方程。利用Matlab软件对所建动力学模型进行仿真,同时利用ADAMS软件验证了所建模型的准确性。基于所建立的动力学模型,分析了并联机器人结构参数与运动参数对驱动力的影响,为机器人结构设计提供了动力学参考。     

超小型水下机器人本体的研究

介绍了一种超小型水下机器人,其整体结构及工作原理突出了该水下机器人的特点.利用三个螺旋桨实现了上升、下潜、前进、后退和左右转弯运动.从耐压主体舱的形状、材料和性能参数方面对耐压仓结构进行了设计计算,接下来又对驱动方式的选择、水下运动阻力计算等方面进行了探讨.     

面向可变功能的机械产品变形设计研究

可变功能机械产品通过更换部分系统构件,可以获得不同的功能.对面向可变功能的机械产品变形设计进行了研究,通过结构变形即可实现不同的功能.在研究中,从机械产品概念设计的角度出发,对不同机械产品间的功能和结构相似度进行分析,基于此将结构划分为三种类型.针对不同类型结构间的变形,进行变更设计,获得能够满足可变功能要求的结构体.由此提出可变功能机械产品的结构-视图模型,对相关结构进行重组,并确定结构体之间的相互关系,最终获得基于结构变形的具有可变功能的机械产品.通过对可变功能无人机进行实例分析,验证所提出的面向可变功能的机械产品变形设计的可行性.     

碰撞安全性能驱动的车身前端结构优化设计

为了提高概念设计阶段车身结构设计对后续详细设计阶段的指导意义,通过车身零部件的隐式参数化建模方法实现CAE驱动的概念设计。以车身正碰主要吸能结构的前防撞梁、吸能盒以及前纵梁为例,建立了包含对车身结构碰撞性能具有较大影响的细部结构的参数化模型,并对模型的网格质量进行控制,可以实现参数化CAD与CAE模型间的快速响应。概念设计阶段该参数化模型可以通过形状、尺寸、材料的协同优化,提高后续工程设计的可靠性和效率,缩短开发周期。     

爬壁机器人研究现状及发展趋势

爬壁机器人是指能够依附在物体的表面进行多自由度移动并完成作业的机电系统，特别适用于执行特殊任务，因而具有良好的应用前景和广泛的市场需求。根据黏附机理的不同，爬壁机器人可分为负压吸附、静电黏附、仿壁虎干黏附、仿生湿黏附等类型。从黏附机理、应用范围以及黏附特点三个方面概述了爬壁机器人领域的国内外研究现状，为统一分析比较不同种类爬壁机器人的负载性能，提出基于比黏附能密度的机器人整体黏附性能分析方法，并为解决其大负载和小体积之间的矛盾提出新的材料和结构设计思路，分析微型爬壁机器人在航空发动机故障检测领域的应用前景，总结出其在材料智能化、驱动新型化、体积小型化和黏附机理协同化等方向的发展趋势。     

Energy efficiency analysis of quadruped robot with trot gait and combined cycloid foot trajectory

Quadruped robots consume a lot of energy, which is one of the factors restricting their application. Energy efficiency is one of the key evaluating indicators for walking robots. The relationship between energy and elastic elements of walking robots have been studied, but different walking gait patterns and contact status have important influences on locomotion energy efficiency, and the energy efficiency considering the foot-end trajectory has not been reported. Therefore, the energy consumption and energy efficiency of quadruped robot with trot gait and combined cycloid foot trajectory are studied. The forward and inverse kinematics of quadruped robot is derived. The combined cycloid function is proposed to generate horizontal and vertical foot trajectory respectively, which can ensure the acceleration curve of the foot-end smoother and more successive, and reduce the contact force between feet and environment. Because of the variable topology mechanism characteristic of quadruped robot, the leg state is divided into three different phases which are swing phase, transition phase and stance phase during one trot gait cycle. The non-continuous variable constraint between feet and environment of quadruped robot is studied. The dynamic model of quadruped robot is derived considering the variable topology mechanism characteristic, the periodic contact and elastic elements of the robot. The total energy consumption of walking robot during one gait cycle is analyzed based on the dynamic model. The specific resistance is used to evaluate energy efficiency of quadruped robot. The calculation results show the relationships between specific resistance and gait parameters, which can be used to determine the reasonable gait parameters.     

Three-dimensional Construction and Omni-directional Rolling Analysis of a Novel Frame-like Lattice Modular Robot

Lattice modular robots possess diversity actuation methods, such as electric telescopic rod, gear rack, magnet, robot arm, etc. The researches on lattice modular robots mainly focus on their hardware d...     

基于能耗指标的拟人机器人步态优化与分析

通过引入基于平均功率、平均功率偏差、平均力矩损耗三个能耗指标对拟人机器人步态进行了优化与分析.基于拉格朗日方程推导了各个关节驱动力矩的计算公式,建立了拟人机器人步态优化的数学模型.使用Matlab作为优化与仿真工具,得到了一組拟人机器人步态参数最优解,分析了拟人机器人各个步态参数与拟人机器人能量消耗之间的关系.并给出了拟人机器人步态优化与分析的数值实例.     

基于试验与仿真联合分析的喷涂机器人轨迹精度可靠性研究

采用链驱动的喷涂机器人易于实现本体的轻量化、末端高灵活度与正压防爆系统设计,从而满足家具、钢结构等一般涂装行业对喷涂机器人工作空间与腕部灵活度的要求,深入分析链驱动机器人的运动可靠性对喷涂质量和效率的提高具有重要意义。针对链驱动喷涂机器人的运动可靠性问题,采用一种基于试验与仿真联合分析的机器人末端轨迹精度可靠性分析方法。以旋量法为基础建立了喷涂机器人本体和喷枪的运动学模型,从工业机器人的操作臂性能和运动规律的角度出发,研究了喷涂机器人运动精度的影响因素。分析了链驱动喷涂机器人的优缺点和末端轨迹精度的影响状况,并结合机器人本体的运动学参数,建立了基于随机变量的喷涂机器人运动误差模型。通过试验结果的分析来确定影响喷涂机器人运动误差的随机变量的分布特征,从而对机器人末端轨迹精度的运动可靠性进行更加精确的仿真分析。最后,通过喷涂机器人工作平台对末端轨迹精度的运动误差进行试验验证并与传统的仿真分析方法进行对比,结果显示该分析方法更准确。研究成果为进一步分析喷涂机器人的机构优化、轨迹规划和漆膜质量提供试验基础和理论依据。     

软体机器人研究现状综述

软体机器人由柔韧性材料制成,可在大范围内任意改变自身形状、尺寸在侦察、探测、救援及医疗等领域都有广阔的应用前景。综述软体机器人结构类型、驱动方式、物理建模技术和加工制造方法等问题。其结构模仿生物的静水骨骼结构和肌肉性静水骨骼结构,采用形状记忆合金、气动、电活性聚合物等物理驱动方式或将化学能转化为机械能的化学驱动方式。软体机器人建模困难,主要采用试验分析或使用超冗余度机器人建模方法近似研究。制造中的问题包括柔性本体制造、柔性致动器制造以及可伸展电路的制造,采用形状沉积、激光压印、智能微结构等新型制造工艺。软体机器人是一种全新的机器人,对它的研究刚刚起步,涉及材料科学、化学、微机电、液压、控制等多学科,从材料、设计、加工、传感到控制、使用均存在着一系列问题需要继续研究。     

面向工业机器人系统的三种可靠度配置策略的研究

工业机器人的可靠性决定着它的应用前景及质量,而我国的工业机器人的可靠性并不容乐观,急需加以提高,针对这种情况,本文给出了三种有效的面向不同系统要求的工业机器人系统可靠度配置策略:"最小努力及比例"分配法适用于首次研制出来、已投入使用并准备进行产品生产,进一步提高其可靠度的工业机器人系统;"混联"分配法是一种简便易行的工业机器人系统可靠度分配方法,此方法适用于在无约束条件下进行研制新型工业机器人时,对其进行的系统可靠度分配,使得所研制的工业机器人具有较高的可靠性;"两级优化"分配是在有约束条件下的一种可靠度优化分配方法.这三种工业机器人配置策略的研究作为其可靠性设计中一个关键环节,不仅具有理论研究价值,同时具有重大的现实意义.     

Design and analysis of multistage adaptive lateral deformation tracked robot

A multistage adaptive lateral deformation tracked robot is proposed based on module design. The mechanical structures of lateral and tracked deformations are established by analyzing the constraints of space barriers and the elastic potential energy change mechanism of internal storage. The interaction of the operating environment and the mechanism is analyzed during the deformation process, and the internal potential energy change mechanism is optimized using the NSGA-II algorithm. The dynamic model is established in RecurDyn software, and the main modules and their coupling relationships are analyzed. Finally, the robot prototype is fabricated, and the obstacle surmounting performance and deformation mode are verified through experimental tests. For small robots, it has the advantages of large load, long driving distance, strong obstacle surmounting ability, and stable steering on the slope, and for robots with the same size, it can increase or decrease its width, has stronger terrain passability and environmental adaptability, so that it can operate in different scenarios within the same mission.