蛇形机器人抬头运动分析

蛇形机器人需要抬头运动来获得环境信息。本文将蛇形曲线的蜿蜒运动步伐函数作适当改进后应用到蛇形机器人的抬头运动中,实现了蛇形机器人的动态抬头规划,并建立了动力学方程,对抬头运动的动力学作了分析。对抬头过程中ZMP的分析证明了运动规划的有效性。最后用仿真和实验验证了所提出的理论。     

蛇形机器人伸缩运动性能研究

为研究蛇形机器人常用的典型步态——伸缩运动的性能与不同摩擦系数环境的关系,分别用单向被动轮和双向被动轮设计正交串联蛇形机器人地面接触机构。通过蛇形曲线公式控制蛇形机器人垂直关节节律实现伸缩运动。通过实验得出了摩擦系数对单向被动轮和双向被动轮接触面型蛇形机器人伸缩运动步态的影响及对应的蛇形曲线参数的调节策略。     

水下蛇形机器人机构设计及蜿蜒游动研究

仿效自然界蛇在水中的蜿蜒游动,设计了适于水中蜿蜒游动的蛇形机器人样机,并运用蛇形曲线对其蜿蜒游动进行实验研究。首先对蛇形机器人在水中的受力情形进行了分析;其次通过蛇形曲线控制蛇形机器人实现蜿蜒运动,并用依据样机搭建的动力学模型对蛇形机器人蜿蜒游动性能进行了仿真研究;最终对比分析了蛇形机器人在水中蜿蜒游动性能实验与动力学仿真中蜿蜒游动性能试验,验证了建模的必要性,为蛇形机器人的实用化提供了理论技术依据。     

基于Canfield型关节的蛇形机器人运动仿真研究

应用虚拟机器人实验平台(V-REP)构建了一种基于Canfield关节型的运动机构,通过动力学仿真添加关节角度约束对其运动空间轨迹进行了观察与分析。利用该Canfield型机构作为关节模块组建成了蛇形机器人,并对该类蛇形机器人关节运动生成的蜿蜒、转弯和伸缩步态进行了实验研究和分析,为该类蛇形机器人设计提供了可行性。     

水下蛇形机器人的滑翔运动性能研究

结合水下滑翔机在海洋中的较强续航能力,以及蛇形机器人在水中的良好机动性能,研制了一种具有两者特性的新型水下滑翔蛇形机器人,它具有水下滑翔机续航时间长、航行距离远,以及水下蛇形机器人机动性强、运动灵活的运动特性。对该水下滑翔蛇形机器人的滑翔运动性能进行了试验研究。首先对水下滑翔蛇形机器人的运动原理及关节结构进行了设计分析,其次对机器人的硬件及控制系统进行了结构分析,而且根据动量定理和动量矩定理,对机器人的滑翔运动方程进行了推导,并化简到垂直平面。最后对平衡状态进行了仿真分析,对机器人的运动能力进行了试验验证。试验结果验证了水下滑翔蛇形机器人机构的有效性。     

蛇形机器人的翻滚运动及其越障研究

提出了一种新型蛇形机器人机构。该机构既可以实现平面运动又可以实现空间运动。建立了其空间运动学模型并实现了空间翻滚运动。实验结果表明：翻滚运动不需依靠模块与地面之间动摩擦力方向差来实现驱动，而是通过模块与地面之间静摩擦力和互相垂直的两个运动平面内异相波的相互作用产生驱动力。翻滚的方向和姿态由两个波形曲线的相差和传播方向决定。利用翻滚运动．实现了少模块数蛇形机器人的越障运动．     

基于幅值调整法的蛇形机器人避障研究

设计了蛇形机器人及其双向被动轮地面接触机构,给出了相应模块单元工程实现的技术路线,测试了该机器人系统在具体环境中应用蛇形曲线公式参数α完成蜿蜒运动的性能及结合幅值调整法实现转弯的功能.应用红外传感器来感知障碍物的几何特性.针对不同尺寸障碍物采用绕障蜿蜒运动行进策略或顺障蜿蜒运动行进策略实现避障功能.该工作为蛇形机器人实用化提供技术储备.     

蛇形机器人平面运动控制方法的研究

介绍了蛇形机器人实现转弯运动的一种新方法——幅值调整法,并用实验验证了该方法。选取位移传感器安装到蛇形机器人的一个单元上,来测量侧向滑动距离和偏转角度。综合幅值调整法和传感器信息,提出了蛇形机器人自主运动控制规律。最后给出计算机仿真结果。     

蛇形机器人水中上浮下潜运动仿真研究

根据水下环境特征,研究蛇形机器人在水中三维空间的运动步态.基于虚拟机器人实验平台(V-REP)动力学仿真软件搭建了具有垂直和水平关节的蛇形机器人模型,在蛇形曲线生成蜿蜒运动的基础上,采用逐节升降法实现了水中的上浮下潜运动步态.分析了蛇形机器人在水中运动过程中的位态、受力、关节力矩及运动效率的状况,为蛇形机器人水中运动的实用化提供数据参考,同时验证了逐节升降法实现蜿蜒下潜上浮的有效性.     

多关节蛇形机器人的结构设计和运动实现

针对蛇形机器人整体研制的关键问题,包括材料选取、结构设计和运动实现等,研制了一种新型的多关节蛇形机器人。该蛇形机器人由11个二自由度正交关节构成,可在保证灵活性的同时实现三维高仿生运动。采用蛇形曲线设计了蛇形机器人的蜿蜒、蠕动和翻滚等基本步态,并进一步提出了改进的越障步态。同时,在V-REP软件中对蛇形机器人的步态进行运动仿真,比较了不同步态的运动轨迹和运动效率。最后,通过蛇形机器人样机步态实验,对步态模型中各个控制参数对蛇形机器人运动波形和运动速度的影响进行了分析,验证了蛇形机器人本体结构与控制系统的可靠性。研究结果对实现蛇形机器人的步态规划与运动控制具有重要的理论意义与实际指导价值。     

电力隧道自动巡检机器人设计与运动仿真

针对现有电力隧道巡检机器人自动化程度不足、视野和观测角度有限的问题,设计了一款子母式自动巡检机器人。其中：具有移动功能的巡检机器人母机能够完成主要的日常巡检工作,并具备越障、避障能力;具有攀爬功能的子机能够完成复杂环境、极限角度条件下的勘测任务。子、母机共同协作可完成整个电力隧道的自动化巡检。首先,基于总体功能需求,提出了巡检机器人各模块的具体形式,并完成了其自动巡检的逻辑系统分层设计。然后,基于虚拟样机技术,在ADAMS (automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)软件中建立电力隧道运行环境,并结合运动学仿真分析结果优化巡检机器人母机的结构,以提升机器人在隧道内作业的平稳性并确保其所搭载的传感器均能正常工作。结果表明,母机结构优化后,巡检机器人能够平稳运行,传感器平台的抖动幅度在5 mm内,且搭载的各传感器均能正常工作,验证了该机器人方案设计的合理性。相关理论研究结果可为电力隧道自动巡检机器人物理样机的研制提供可靠的技术支撑。     

焊接机器人翻转工作台的设计与分析

针对焊接精度要求不高的焊接机器人应用场合,设计出一种成本较低、位置控制精度较好的翻转式焊接工作台,以满足中低端产品的焊接工艺要求。在该翻转式焊接工作台中,采用气动马达作动力输出,蜗轮蜗杆大传动比传动系统作高精度分度装置,光电编码器作位置信息获取装置,并通过闭环控制实现高精度翻转运动。仿真结果表明,该焊接工作台最高转速达到14r/min,能够满足大多数产品的焊接需求。设计的焊接机器人翻转工作台为中低端焊接产品提供了一种经济、有效的焊接机器人应用方案,对降低焊接机器人的应用成本、提高焊接生产效率具有重要意义。     

全向移动机器人驱动万向轮的设计与实现

全向移动机器人使用无解耦机构的驱动万向轮在转向时会派生出额外的滚轮滚动输出,这会导致运动的不稳定以及增加控制算法复杂性.为了解决驱动万向轮转向运动与驱动运动之间的耦合问题,通过在驱动万向轮内加入差速行星齿轮机构,合理地设置该行星齿轮组的输出传动比,可以将转向时的派生滚动输出从转向运动中解耦,实现了对机器人运动的精确控制,提高了机器人运动平稳性.最后通过对机器人进行运动学分析,得到了输入转速与机器人运动速度之间的关系,验证了机器人的全向移动功能,并为机器人运动控制提供了依据.