可折叠双三角锥滚动机构

提出一种新概念的滚动机构,可通过折叠机构的变形,在展开状态下的双三角锥和折叠状态下的椭球体两种外部形态之间进行转换,并相应具有两种滚动模式。在双三角锥形态下,机构通过外形的变化实现滚动,并以偏心质量块驱动方式进行转向的控制;在椭球体形态下,机构运用偏心质量块驱动方式进行直线方向上的滚动。在机构设计上,折叠机构通过1个自由度实现了移动功能的同时减少了存放时所需的空间。通过自由度分析,机构需要三个驱动电动机来实现其所具有的功能。以运动学计算为基础分析双三角锥形态下的翻滚条件并规划滚动步态。建立仿真模型,验证该机构能够完成折叠/展开的动作,并能够按照步态规划进行滚动。制作一台样机,对其进行折叠/展开方式与滚动功能的可行性验证,实现了预期的结果。     

冗余驱动全R副四面体移动机器人

提出一种由全转动副(R副)构成的冗余驱动四面体移动机器人。该机器人主体由六条RRR支链以及四个顶点构件构成,安装有六台舵机,为一种整体呈现正四面体外形的四自由度冗余驱动机器人。应用螺旋理论对四面体机器人进行自由度分析。根据自由度分析规划了机器人的翻滚步态,以该步态机器人可以实现连续运动且正三角形运动轨迹可以覆盖任意目标点。建立机器人的运动模型进行运动学分析,得到了实现翻滚步态的临界条件。建立仿真模型对翻滚步态及其临界条件进行了验证。制作一台样机,验证了该四面体机器人方案设计以及运动规划的可行性,实现了预期的运动效果。结果表明,全转动副设计可提高四面体机器人实用性,且少自由度冗余驱动设计可增加机器人系统可靠性。     

单自由度八面体概率滚动机器人

提出一种由10个连杆,12个转动副构成具有八面体几何形态的单自由度概率滚动机器人,利用单自由度缩放变形实现定向前进步态和概率转向步态交替进行的翻滚运动。运用螺旋理论计算自由度,进行运动学分析和运动可行性分析,讨论了稳定性和翻滚条件,建立动力学模型进行仿真。在进行定向前进步态时机器人的移动方向是确定的;在进行概率转向步态时机器人有三个可能的移动方向,这个随机过程在理想条件下符合概率为1/3的拉普拉斯试验。机器人的移动路径为正交网格结点连线,可以实现遍历运动,提出了运动控制算法并进行运动仿真。制作一台原理样机进行运动试验,验证了前进和转向功能。     

新型轮腿机器人步态规划策略

设计了一种新型步态可切换轮腿机器人。该机器人步态切换机理易于实现且不存在冗余机构,驱动系统置于封闭空间内,可在两栖环境下应用。基于模型控制步态的策略,规划了轮腿机器人的足端轨迹;利用运动学模型分析求解出各关节变量,对步态控制策略进行研究,并利用实验样机验证了基于足端轨迹规划的机器人步态控制策略的可行性。     

基于虚拟样机技术的4足机器人机构设计

为了研制适应各种路况、并能负荷更大负重的足式机器人,设计了一种以液压驱动的四足机器人机构,确定了机构设计和液压系统的关键参数,其中腿机构设计是关键部分。通过建立数学公式分析了机器人各关节运动所输出的力及力矩,并采用虚拟样机技术对液压驱动4足机器人进行建模和行走仿真,通过测量仿真机器人各关节力及力矩等数据,验证了机构设计参数选取的合理性及所选择的液压系统满足设计要求。     

多模式两轮移动机器人的设计与运动分析

提出一种具有可变形车身的多模式两轮移动机器人。以平面6R单环闭链连杆机构为车身,通过控制其变形运动,使机器人具有折展模式和三种移动模式。在折展模式下,折叠状态时用于储运和携带,展开状态时启动工作模式。在两轮移动模式下,车身变形形成车尾支撑实现稳定移动,通过调整轮距和车尾长度以增强其地面适应性。在攀爬越障模式下,通过车身变形至类爪状以增强对障碍物的攀附作用,实现台阶越障。在类履滚动模式下,通过杆件在地面交替铺展支撑以增加与地面接触面,实现在不平整或松软路面上的滚动。对所设计构型进行自由度分析和驱动配置。建立运动学模型,分析机器人运动参数并对其进行步态规划。建立动力学仿真模型,验证预设步态合理性。研制一台样机,对其折展模式和三种移动模式进行可行性验证。     

空间八面体翻滚机器人运动学分析及仿真研究

设计了一种空间八面体翻滚机器人,由6个顶点模块、12个伸缩单元模块以及1个载荷体模块构成;通过控制各伸缩杆之间的伸缩量来改变机器人重心,实现向目标方向翻滚。对空间八面体翻滚机器人的运动学正解和反解过程进行了分析计算,运用ADAMS软件对空间八面体翻滚机器人进行了步态规划及越障能力的动态仿真,验证了运动学分析的正确性,并得到了顶点及质心的运动规律曲线。该运动学分析方法与仿真结果为空间多面体翻滚机器人的优化设计提供了重要依据。     

直立工作面柔索驱动检测机器人的设计研究

为解决电厂锅炉内壁、船体、玻璃幕墙外墙面等大型构件直立面检测维护的工程难题,研制了一种新型的过约束柔索驱动检测机器人。研究了不同的柔索驱动定位机构及构型的差异,并根据工程应用需要,总结了柔索驱动检测机器人所需具备的基本功能,据此选择了功能更易实现的过约束定位机构,然后进行了系统的构型设计和运动机构结构的设计。通过一定的合理简化,建立了系统运动分析模型和运动机构受力模型,根据力矢量及几何闭合条件,得出了柔索运动方程和静力平衡方程,求解出了柔索的运动参数和受力解析解。试制了样机并搭载CCD相机进行了相关的验证试验,实现了柔索驱动检测机器人的基本功能。     

一种可重构多模式步滚移动机器人

为适应多重复杂地形环境的需求,提出了一种新型的具有行走、变形和滚动能力的可重构多模式移动机器人,该机器人可以根据地形改变不同的运动模式,提高了对非结构化地形的运动适应性。利用螺旋理论找出机构在各运动模式下的奇异位,并对机构在各运动模式下移动可行性进行分析。运用ADAMS软件对多重特征地形进行了仿真试验,结果表明,该机构在步态、稳定性、多环境适应能力等方面有明显的优势,最后样机试验也验证了各运动模式的可行性。     

基于ADAMS的四足仿生机器人单腿结构设计

利用ADAMS软件虚拟样机技术,设计了液压驱动的四足仿生机器人单腿机械结构。通过分析四足哺乳类动物身体结构及运动特性,设计了仿生机器人的机械机构,确定了机器人腿部自由度配置,建立了仿真模型。根据动物的实际运动步态,规划并设计了静步态及对角小跑两种步态,进行了逆动力学仿真,得到关节等关键部位输出数据。在仿真实验的基础上,设计了液压作动器的关键参数及四足仿生机器人单腿机械结构。     

液压四足机器人机身扰动抑制及实验研究

针对液压四足机器人在运动过程中的机身扰动较大的问题,提出基于运动学和虚拟模型的液压四足机器人机身扰动抑制策略。分析机器人机身扰动产生的机理及其影响,建立四足机器人整机运动学方程,根据机器人实时姿态反馈抑制机身扰动。同时在机器人机身横滚和俯仰自由度上引入弹簧阻尼虚拟元件,通过调整虚拟力的大小控制机身姿态。面向机器人对角小跑步态,对机器人摆动相和支撑相进行足端轨迹规划。通过液压四足机器人平台进行实验验证,实验结果表明,该扰动抑制策略能够根据机器人的机身姿态调整关节角度,机器人机身起伏小,机器人实际运动轨迹与理论运动轨迹接近,验证了所提方法的有效性。     

实现滚法中医推拿并串混联机器人的研究

从分析中医推拿主流手法滚法与按揉法的自由度着手,提出一种4SPS-1RCRR型的5自由度并联机器人机构。针对滚法手法滚动频率较高的特点,增加了滚法推拿头机构,进一步提出一种改进型并联与串联机构混联的推拿机器人。在滚法手法中三维移动由并联机构完成,一维转动由推拿头完成。分析了该类机构的拓扑结构、并联机构的运动学反解,并对滚法推拿头进行运动学设计与分析。通过对改进前后模型运用ADMAS软拌进行仿真分析比较,表明该新机型既能避免P副的高频往复运动,又能较好地满足中医推拿中滚法推拿的要求。     

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...     

Ultrasound-guided prostate percutaneous intervention robot system and calibration by informative particle swarm optimization

Applying a robot system in ultrasound-guided percutaneous intervention is an effective approach for prostate cancer diagnosis and treatment. The limited space for robot manipulation restricts structure volume and motion. In this paper, an 8-degree-of-freedom robot system is proposed for ultrasound probe manipulation, needle positioning, and needle insertion. A novel parallel structure is employed in the robot system for space saving, structural rigidity, and collision avoidance. The particle swarm optimization method based on informative value is proposed for kinematic parameter identification to calibrate the parallel structure accurately. The method identifies parameters in the modified kinematic model stepwise according to parameter discernibility. Verification experiments prove that the robot system can realize motions needed in targeting. By applying the calibration method, a reasonable, reliable forward kinematic model is built, and the average errors can be limited to 0.963 and 1.846 mm for insertion point and target point, respectively.     

并联机器人结构及驱动方式合理性的探讨

介绍了工业串联机器人结构中存在的不足,阐述了并联机器人的特点、应用范围、发展历程及其基本组成。对并联机器人按照变杆长驱动型、摆杆驱动型、柔索驱动型以及其他驱动型等4种典型传动结构进行探讨;分析了应用在并联机器人中的液压驱动、伺服电机驱动等不同驱动方式的优缺点,进而明确的指出交流伺服电机驱动方式在并联机器人领域具备明显的优势。     

Biped walking robot based on a 2-UPU+2-UU parallel mechanism

Existing biped robots mainly fall into two categories： robots with left and right feet and robots with upper and lower feet. The load carrying capability of a biped robot is quite limited since the two feet of a walking robot supports the robot alternatively during walking. To improve the load carrying capability, a novel biped walking robot is proposed based on a 2-UPU＋2-UU parallel mechanism. The biped walking robot is composed of two identical platforms（feet） and four limbs, including two UPU（universal-prismatic-universal serial chain） limbs and two UU limbs. To enhance its terrain adaptability like articulated vehicles, the two feet of the biped walking robot are designed as two vehicles in detail. The conditions that the geometric parameters of the feet must satisfy are discussed. The degrees-of-freedom of the mechanism is analyzed by using screw theory. Gait analysis, kinematic analysis and stability analysis of the mechanism are carried out to verify the structural design parameters. The simulation results validate the feasibility of walking on rugged terrain. Experiments with a physical prototype show that the novel biped walking robot can walk stably on smooth terrain. Due to its unique feet design and high stiffness, the biped walking robot may adapt to rugged terrain and is suitable for load-carrying.     

直线电机驱动的全向滚动球形机器人的设计与分析

提出了一种内置稳定平台的新型全向滚动球形机器人装置，由外球壳、内球壳、位于内球壳中的稳定平台、位于内外球壳之间的驱动机构组成。驱动机构为四台直线电机分别在四个空间对称的轮辐上径向移动，改变系统重心位置，驱动球形机器人在平面上全向滚动。内置平台在机器人全向滚动过程中始终保持稳定的姿态，可作为仪器、设备的搭载平台。基于非完整约束和动量矩定理，考虑摩擦力的影响，利用广义欧拉角给出了其二阶控制微分方程组，建立了该球形机器人的运动学和动力学模型，最后结合实例进行了分析和仿真。     

新型RR-RURU踝关节康复机器人机构的设计与分析

基于无耦合RR-RURU转动并联机构设计出一种新型踝关节康复机器人。利用螺旋理论对机构进行了运动输出特性分析和自由度计算;推导出机构动平台的姿态方程和角速度方程,讨论了机构满足运动学完全各向同性的结构条件;根据机构分支运动链的运动螺旋系的线性相关性,分析了机构的运动学奇异性并给出其奇异位形;研究了机构的工作空间,得到其可达工作空间的三维图形。绘制出新型踝关节康复机器人的CAD模型,利用临床医学步态分析数据（CGA）得到其输出角位移曲线,并对其动力学进行了虚拟样机仿真。研究结果为该新型踝关节康复机器人的样机试制提供了理论基础。     

PQF连轧钢管温度场数值模拟


为优化连轧钢管生产工艺、提高荒管产品质量、降低轧制设备能耗,对PQF连轧过程传热机理进行分析,采用有限差分法建立传热数学模型,求解连轧钢管温度场分布情况。该模型能处理轧制过程中复杂的变形场以及各种热力学边界条件,反映钢管在连轧过程中的温度变化规律。仿真结果与现场实测数据吻合良好。     

高速平面并联机器人动态分析与实验

基于弹性动力学和实验对高速轻型平面并联机器人的动态响应进行研究。首先,根据机构的几何和惯性非线性建立机构运动微分方程组,对机构的两个典型位形的动态响应进行分析;其次,建立了由3-RRR轻型并联机构和控制系统组成的实验装置,对理论分析进行了验证。结果表明,在位形2,理论分析和实验一致,即机构的残余振动很快衰减;在位形1,理论分析与实验两者不同,实验测量的动态响应为自激振动,而数值仿真得到衰减的残余振动。同时,结果也表明机构在不同位形有不同的动态响应。