可重构磁耦合水下推进器的磁场分析及性能评估

在保证微小型水下机器人运动灵活的同时,降低矢量推进器机械复杂性,改善其防水密封问题,设计了一款可重构磁耦合的水下矢量推进器。 基于磁耦合非接触式动力传输,解决了驱动电机与螺旋桨之间的防水问题;与此同时,采用重构机构在两自由度内改变螺旋桨位姿,实现了可重构矢量推进水下机器人的目的。 在建立磁耦合磁场模型的基础上,通过 ANSYSMaxwell 磁场仿真与搭建的磁转矩测量装置,验证了磁场建模的正确性并分析了重构机构对磁耦合动力传输磁转矩的影响。 在此基础上,进一步搭建了螺旋桨水下测力装置,评估了转速与推力以及不同重构角下最大矢量推力的变化情况。 结果表明,推进器能够在[-15°,15°]两自由度可重构角范围内稳定地输出矢量推力。     

基于可旋转推进器的水下机器人运动控制研究

通过对水下机器人在运动过程中的受力以及力矩分析,水下机器人采用可旋转推进器,所以要实现六自由度的运动只需要4个推进器,采用推进器布局。建立了基于可旋转推进器的水下机器人六自由度运动方程,并有针对性的对六自由度运动方程进行了简化。水下机器人运动控制的分析离不开动力学模型,所以对其进行受力和力矩分析是必要的。在简化的运动方程的基础上设计了运动控制系统,并使用Matlab对其进行仿真验证。     

可重构机器人设计理论与研究

可重构机器人系统主要是由标准模块构成,模块和模块之间通过接口进行互联和通信,根据不同的实际需求,各个模块可以实现快速组合成不同的构形,故可以实现可重构,可以很好的满足工业化发展的现状,节约成本,高产高效,有效的提升企业的竞争力。本文对可重构机器人的设计理论进行了相关研究和讨论,从构形设计理论出发,以构形设计问题为主要对象,覆盖了涉及的各方面重要内容,构建了模型,对系统进行了优化设计,证明了构形设计方法的正确性和有效性。     

可重构模块化机器人构形设计

提出了一种基于遗传算法可重构机器人的设计方法，使用结构构形图表达可重构机器人的构形，设计了一套遗传操作算子。根据提出的设计方法设计了一个三自由度的机器人构形。     

模块化可重构足式仿生机器人设计

在应用仿生学原理和拓扑理论对足类生物骨骼结构进行简化和模块化分的基础上,开发了一套模块化可重构足式机器人系统,此套系统能够构造出多种不同构形的足式机器人,并且由于采用了均一化的设计,在一定程度上降低了生产成本。     

ASME/IEEE可重构机构与可重构机器人国际会议

ASME／IEEE可重构机构与可重构机器人国际会议CASME／IEEE International Conference on Reconfigurable Mechanisms and Robots,ReMAR2009）拟于2009年6月22-24日在英国伦敦大学国王学院召开。会议由ASME和英国伦敦大学国王学院主办,兼由IEEE、IFToMM、IMechE、CSME与IIT协办。     

模块化可重构外肢体机器人

针对单人无法独立完成的操作任务,需要额外辅助的需求,提出并研制了一种模块化、可重构的外肢体机器人,该机器人由多个结构、功能相同的基本模块单元串联组成。为了实现模块化外肢体机器人的模块连接配置与变形重构能力,分析了基本模块单元的结构、功能需求,根据需求设计了基于舵机驱动的模块单元。每个模块单元由两个楔形子模块共轴相互转动构成,形成一个转动自由度。设计了基于磁铁吸附的机械连接机构,可以实现两个模块间的快速连接与分离;提出了双排金属触点间隔错位连接方法,保证两个模块单元间实现可靠的电气系统连接。划分了双模块串联条件下4种不同的连接方位,得出了外肢体机器人的构型配置种类与串联模块个数关系。面向具有任意模块个数、不同连接方位的外肢体机器人,建立了基于虚拟转轴的模块化外肢体机器人通用正向运动学模型。对基本模块的转动能力、承载能力、快速连接能力以及外肢体机器人在焊接过程中,辅助操作人员夹持导线、递送电话等能力进行了试验,验证了所提出的新型模块化外肢体机器人的辅助能力。     

可重构单体机器人动力学分析与控制

给出了可重构机器人在移动过程中的动力学模型,并提出了相应两种控制方法,即构形调整法和状态调整法。通过仿真试验得到,构形调整法能够在不影响状态的情况下,同时满足机器人运动稳定性和越障性的要求,增强了机器人运动的鲁棒性。     

新型模块化可重构机器人系统

研制了一种新型模块化可重构机器人系统,机器人由许多结构和功能完全相同的模块相互联接组成,通过改变各模块之间的联接状态和相互位置关系,不需任何外界辅助,自动完成重构过程和整体协调运动:设计了模块的分离联接机构和单自由度立方体结构,模块结构兼具阵列式和串联式特点,可方便的实现重构运动和整体协调运动:上位机软件系统可通过交互方式设置各机器人模块的方位,可手工编写或自动产生可重构机器人各模块的运动序列,可对机器人可重构过程和整体构型的协调运动进行规划和仿真,并通过计算机串口对机器人进行实时控制。试验验证了机器人模块的分离／联接和模块协作基本功能和蠕虫构型、四足构型、履带构型三种构型的整体协调运动功能。试验表明:模块结构设计简单合理,控制容易,可以完成重构操作功能和整体协调运动功能。     

水陆两栖六足机器人的设计与性能评估

为提高机器人两栖环境下的运动性能,同时降低其运动机构在水陆间切换的机械复杂性与控制难度,提出了一款复合运动肢的水陆两栖六足机器人。对机器人进行陆地和水下的运动规划,解决了机器人适应不同坡度斜坡地形的稳定性问题;通过配置矢量推进器的位姿,实现了机器人多自由度的水下运动。ADAMS下机器人爬行运动的仿真结果在验证机械设计合理的前提下也表明机器人在不同坡度的斜坡爬行具有较好的稳定性。为进一步评估机器人的运动性能,搭建了机器人样机,在测试机器人斜坡爬行性能的同时,验证了机器人在水下可实现包括直行、旋转、上浮和下潜的多自由度运动。实验结果表明,机器人在陆地与水下均具有良好的运动性能。     

可重构环保机器人模块设计

设计了一个可重构机器人模块系统,该系统由行走模块、连杆模块、关节模块、末端执行模块等子系统组成。各子系统中有多种结构及尺寸的模块,能根据工作要求选择不同的模块组合构成所需的机器人,满足实际工作要求,从而达到快速设计制造机器人和降低制造成本的目的。     

一种可重构水下航行器结构设计方法

为了适应水下航行器的多种用途,同时降低水下航行器的建造成本,提出了一种基于模块化设计技术进行水下航行器结构设计的方法。通过功能模块划分实现了水下航行器的模块化结构设计,使得水下航行器结构具有可重构性,进而达到通过模块重组以适应多用途的最终目的。     

可重构星球探测机器人的机构设计

基于可重构思想设计了一种可重构星球探测机器人系统。系统由一个母体和几个子机器人组成,其中子机器人包括车轮和手臂两部分,可以作为独立作业的机器人,具有移动状态和工作状态两种模式。子机器人具有在一个驱动力作用下处于不同约束环境中时,表现为不同形式输出的特点,容易实现两种模式下的灵活运动。并深入研究了机构参数对子机器人运动的影响,用试验和仿真进行了验证,这为机器人的参数化设计及运动中的参数化调整提供了重要的理论依据。     

仿鱼形水下机器人设计与分析

对仿鱼形水下机器人进行了设计开发和研究,通过研究鱼类推进原理及现有的水下推进装置,研发出一种新型、高效、无噪音的推进装置;利用CFX对仿鱼形水下机器人外流场进行数值计算和后处理,得到了机器人壳体表面压强云图,验证了设计的可行性,为实物生产提供了可靠依据。之后进行下水试验,证实了前期设计的合理性。     

一种可重构蛇形机器人的研究

提出了一种新型的可重构蛇形机器人机构。该机构主要特点是单关节结构模块化，具有可适应地面形状变化的柔性连接环节和类似于蛇腹鳞摩擦特性的机构底部，手动可重构，当单自由度关节轴线互相平行连接时，该机构可实现多种平面运动形式，当单自由度关节轴线垂直依次连接时，形成的蛇形机器人具有两自由度的关节，可进行多种空间运动。试验结果证实，该蛇形机构重量轻，控制简单，运动灵活，能够很好地仿生蛇的多种运动形式。     

链式可重构机器人单模块结构设计与运动实验

提出了一种新型模块化链式移动机器人机构,它具有可重构、自动变形的特点。单个标准模块主要由中间通孔式连接手臂、履带驱动链传动装置、模块偏转锥齿轮传动装置、模块俯仰链传动装置、连接柄等组成。模块间由偏转关节、连接柄、连接臂和仰俯关节进行连接组合。为提高单个模块的机动性和实现运动自主功能,对标准模块进行了适当改进,单模块机器人采用了履带、轮、臂、腿组合的移动机构,具有三维空间的运动能力。最后对单模块机器人样机在垂直壁障碍、平地支腿、平地转弯、斜坡、楼梯等情况下的运动能力进行了实验,为进一步实现多模块机器人的自重构和环境应用打下了基础。     

基于图论的可重构机器人构型综合

提出了一种简单而有效的可重构机器人构型综合方法,应用的理论基础是图论。为此,首先将可重构机器人的各模块抽象为积木块,这样,可重构机器人系统可用一个图来描述,基于图论原理和模块间的连接约束条件,得到模块所有可行的组合装配构型。利用该方法对一种由齿轮传动模块、齿条传动模块、带传动模块和平面连杆机构等4个模块组成的4自由度可重构机器人进行了构型综合,得到了它全部6种可行的装配构型,从而有效地完成了可重构机器人的概念设计。     

基于螺旋理论的可重构机器人动力学分析

由于可重构机器人构型的多样性,其动力学的分析方法要求建模方便,并且具有通用性。基于此,讨论在运动螺旋和力螺旋的基础上采用拉格朗日方程建立机器人动力学方程的方法。采用运动螺旋和力螺旋表示,可以对机器人各杆件建立统一的坐标系,方程可表示成简洁的形式;可方便地实现力/力矩在不同坐标系之间的转换及末端执行器上的力/力矩与各关节力矩之间的转换,适合分析复杂的受力情况。动力学拉格朗日方程为封闭显式状态方程,便于进行构型的设计和校验、运动仿真以及控制系统的分析与综合,适应可重构机器人构型多变的特点。最后给出动力学分析的具体方法和步骤,并对一个典型的可重构机器人构型进行仿真计算。     

模块化可重构机器人分布式控制系统的设计与实现

模块化可重构机器人的研究扩大了机器人的应用范围.本课题通过选用控制功能强大的ARM芯片和高速、高可靠、低价格的新一代增强型单时钟/机器周期的STC单片机,应用简单通用的RS-232总线技术构建了性价比很高的模块化可重构机器人的分布式控制系统,有效地实现了机器人的运动控制.详细地介绍了控制系统的硬件构成,软件体系以及系统的工作原理.