多足爬壁机器人步态规划和运动仿真

在多足机器人地面行走步态规划理论的基础上，就多足机器人爬壁运动的两个重要方面进行了较为系统深入的探讨，并取得一些重要的研究进展。     

采用多媒体技术的爬壁机器人视觉导引控制

提出了采用多媒体技术进行爬壁机器人视觉导引控制，通过固定摄像机与移动摄像机相结合的视觉反馈方式、提高爬壁机器人视觉闭环控制系统精度的控制策略。这种控制方式可有效地改善人机接口界面，实现控制系统的小型化，使爬壁机器人具有一定的自主控制功能。     

爬壁机器人发展现状与关键技术研究综述

目的 随着爬壁机器人技术的发展,为解决其产品应用化问题,对爬壁机器人的研究进展进行梳理、分析和归纳,讨论未来的发展方向,为设计应用于高危环境和特殊场景的爬壁机器人提供思路和参考。方法 将爬壁机器人按移动方式分为履带式、轮式、足式及混合式,通过文献研究法对不同移动方式的爬壁机器人进行综述;将真空吸附、磁吸附、推力吸附等不同吸附方式的爬壁机器人进行对比,介绍了爬壁机器人自适应技术的研究现状及存在问题;总结并分析了爬壁机器人在工业、军事等领域的发展趋势。结论 总结了不同移动方式的爬壁机器人的国内外研究现状,分析了爬壁机器人不同吸附方式的优缺点,归纳预测了爬壁机器人的发展方向。     

基于爬壁机器人的EH36船用高强钢立焊工艺研究

目的 研究在爬壁机器人平台上进行EH36船用高强钢立焊的可行性及工艺参数。方法 通过在实验室搭建焊接实验平台来模拟EH36船用高强钢的实际焊接场景;在轮式爬壁机器人WRobot-50平台上进行船用EH36高强钢的立焊实验;对不同参数下的试样进行宏观形貌、微观组织及相关力学性能分析。结果 在电流为160 A、电压为24.5 V、焊接速度为0.6 m/min下,可以得到外观成形及微观组织都没有缺陷的立焊焊缝,其中焊缝的硬度较母材提高了约30%,屈服强度较母材约提高了4.3%,抗拉强度较母材约提高了9.0%。结论 爬壁机器人完全适用于船用EH36高强钢的立焊工艺,并且可以应用到船舶、石化等大型钢结构件的焊接工作中。     

具有全方位移动功能的爬壁机构研究

最新研制的负压吸附单吸盘爬壁机构可携带１５Ｋｇ的负载，在曲率不大于１／３的弧形壁面上以０一２ｍ／ｍｉｎ的速度进行全方位移动，并能越过３一４ｍｍ高的凸起焊缝。它运动灵活，应用前景广泛。     

喷砂、喷漆、测量用磁吸附爬壁机器人

介绍了一种新研制开发的限带式磁吸附爬壁机器人,主要用于石化企业中对各类金属储罐作防腐维护使用,阐述了该机器人的结构,磁块的设计以及控制系统的组成,并简要介绍了该机器人的一些应用,开发了适于高层检测的涂层厚度自动检测系统。     

具有全方位移动功能的爬壁机构研究：1994年7月23日收到

最新研制的负压吸附单吸盘爬壁机的可推带１５ｋｇ的负荷在曲率不大于１／３的弧形壁面上以０－２ｍ／ｍｉｎ的速度进行全方位移动，并能越过３－４ｍｍ高的凸起焊缝。它运动灵活，应用前景广阔。     

爬壁机器人在大型立式储罐径向偏差测量中的研究与应用

设计了一种基于爬壁机器人原理的立式金属罐径向偏差自动测量系统。爬壁机器人采用永磁性履带吸附罐壁进行垂直运动,设计了机器人的机械系统、电气系统以及软件控制系统,并以一座1000m³的拱顶立式金属罐作为研究对象,根据JJG 168-2005和JJG 988-2004的技术要求对其进行现场试验。试验结果与参照值之差最大为1mm,验证了该方法的有效性;同时在保证原有检定精度的基础上,该测量系统提高了计量检定效率及安全性。     

壁面爬行遥控检查机器人计算机控制系统研究

介绍了壁面爬行遥控检查机器人计算机控制系统，该系统采用两级计算机结构、主、从计算机之间的通讯通过光缆来实现，而且通过光缆实现了数据信号，视频信号，音频信号的混合传输。所设计的主计算机与从计算机之间的通讯协议，能够实现数据通讯的自动同步和自动纠错。     

储罐检测爬壁机器人全遍历路径规划

针对爬壁机器人难以在储罐外壁实现全遍历检测的问题,提出了一种基于滚动窗口的优先级启发式路径规划算法。在滚动的可视窗口内基于栅格地图进行环境建模,利用优先级启发式算法在滚动的规划窗口内实现对遍历路径的搜索;针对环境中存在U型障碍物的情况,进行了U型障碍物识别和U型障碍物区域直接填充;当机器人陷入死区时,采用死区逃离算法使机器人顺利逃离死区。仿真结果表明,该路径规划方法能指导爬壁机器人在未知储罐外壁环境的情况下实现高效全遍历。研究结果对提高爬壁机器人在储罐外壁的遍历效率具有一定的理论和工程意义。     

轮式机器人环境建图计量评价方法研究

针对移动机器人环境建图计量评价指标缺失和评价技术不完善的问题,本文以轮式机器人和FastSlam建图算法为研究对象,通过构造实物场景和标准数字地图,提取准确、有效、可靠的环境地图评价指标,全方位对激光雷达和其建图结果进行计量评价。本方法提出全局特征参数和局部特征参数等多种评价指标,为移动机器人环境建图质量和环境建图算法优越性的合理评价提供支撑。     

工业机器人轮式抛光技术研究

本文结合机器人控制和轮式抛光技术的优点,开展了轮式技术研究。运用数值仿真模拟其抛光加工,论证了轮式抛光工具在精密元件抛光过程中的可行性;设计了可在机器人末端安装的轮式抛光工具,分析机器人轮式抛光控制逻辑和控制框架,建立基于轨迹和驻留时间的机器人抛光控制模型;开展机器人轮式抛光单点去除特性和环带去除特性性能测试实验,确定机器人轮式抛光工艺参数,实现样件表面整体自动研抛加工,面形误差由初始值PV：2.357λ,RMS：0.565λ,收敛到PV：1.431λ,RMS：0.242λ,初步达到预期的去除效果。研究表明,工业机器人轮式抛光方法是一种有效的表面抛光方法,在中高精度飞非球面元件的抛光中具有很大的潜力。     

基于扩展卡尔曼滤波的轮式移动机器人定位技术

针对单一传感器或现有多传感系统在信息传递提取上的不足,应用一种信息融合方法,对机器人进行相对定位与绝对定位的融合分析,得出机器人的最优位置信息,最终实现了移动机器人的精确定位。首先,采用码盘、陀螺仪进行机器人相对定位,采用激光雷达进行机器人绝对定位;其次,建立环境地图、传感器及机器人运动模型;最后,以扩展卡尔曼滤波作为多传感器融合技术,建立多传感器信息融合模型,实现精确定位。     

Principle and experiment of vibrating suction method for wall-climbing robot

This paper presents a new suction method used for wall-climbing robots. The basic idea of this method is that the vacuum can be generated inside a suction cup attaching on a surface, if the suction cup is directly driven by a periodically vibrating force. In this paper, two types of vibrating forces are proposed, one in sinusoidal mode, and the another in square wave mode. Based on Bernoulli’s equation, it is found that the vacuum degree in the suction cup is mainly determined by two parameters of the vibrating forces, namely the amplitude and frequency. To verify the validity of the analyses, an experimental platform was developed, and a series of vibrating experiments were performed. The results indicate that the vibrating suction method can definitely produce continuous vacuum, and also verify the basic relationship between the vacuum degree and the two vibrating force parameters. The minimum average air pressure of the two vibrating modes were also compared. Finally, the feasibility of the vibrating suction method was basically testified on a caterpillar wall-climbing robot.     

轮履组合式环保机器人轮式行走分析

1.School of Mechanical Engineering, Yancheng Institute of Technology, Yancheng 224003, China;
2.School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China;
3.School of Computer Science and Communication, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China     

轮腿式爬壁机器人的永磁吸附装置设计与优化

目前,我国石油化工储罐的除锈、喷漆和检测等维护作业通常采用人工方式完成,工作效率低且具有危险性。爬壁机器人能够代替人工完成上述维护工作,但其常采用的接触式永磁吸附方式会影响其越障作业。为此,针对具有越障能力的轮腿式爬壁机器人,提出一种提高其永磁吸附装置吸附能力的设计与优化方法。首先,基于轮腿式爬壁机器人的越障原理以及永磁吸附原理,提出了4种非接触式永磁吸附装置设计方案,并利用Ansoft Maxwell软件对永磁吸附装置进行了二维静态磁场仿真分析,获得了其最优结构。然后,通过受力分析确定了影响永磁吸附装置磁吸附力的结构参数。最后,基于控制变量法原理,通过仿真分析了永磁吸附装置和钢制壁面的结构参数对磁吸附力的影响,并确定了各结构参数的最优值。结果表明:当钢制壁面半径为5~7 m时,相邻永磁吸附单元间隙及永磁吸附单元数量对磁吸附力的影响较大;当相邻永磁吸附单元间隙为2~4 mm及永磁吸附单元数量为3~5个时,磁吸附力利用率较高。一定条件下的实验验证了优化结果的准确性,优化后永磁吸附装置磁吸附力的实测值比仿真值平均约高16.45%,其可有效保证轮腿式爬壁机器人在石油化工储罐等的钢制壁面上稳定运动。研究结果可为磁吸附装置的结构设计与优化提供参考。     

六轮移动机器人运动学建模与仿真

针对石化行业的需求,设计了一款具有较强运动灵活性的适合在狭小空间、复杂环境中工作的六轮移动机器人。采用4个全向轮与两个普通橡胶车轮混搭的车轮配置方案,建立机器人的运动学模型,并分析了车轮的运动参数与机器人本体位姿之间的关系;运用ADAMS仿真软件构建了机器人的仿真模型,通过对直线行驶、原地转向性能进行运动学仿真,得到了机器人的运动学曲线,验证了运动学理论模型的正确性和机器人机构设计的合理性。原地转向误差实验表明,机器人具有较强的原地转向能力,原地转向最小误差可达到2.299mm,较好地满足了该机器人的高灵活性需求。     

轮式移动机器人自主导航计量评价现状

自主导航是评价轮式移动机器人智能化程度的核心指标,但是目前轮式移动机器人自主导航性能的计量评价仍处于起步阶段,计量评价指标体系和评价方法严重缺失.本文介绍了现有轮式移动机器人自主导航的架构及路径规划算法,分析了轮式移动机器人自主导航的性能指标,归纳国内外轮式移动机器人自主导航计量评价领域的研究现状.在此基础上,总结轮式...     

激光雷达性能参数对轮式机器人建图质量影响研究

针对轮式机器人系统环境建图精度低的问题,基于轮式机器人运动学模型、传感器模型和融合算法等理论及分析,建立轮式机器人系统模型,通过仿真实验综合分析激光雷达性能参数（视场角、角分辨率）对环境建图过程中轮式机器人位姿及建图质量的影响规律。研究发现,随着时间变化,x坐标轴和y坐标轴方向的位置不确定性曲线呈现周期下降趋势,角度误差呈现出围绕一个值上下振荡的趋势;随着激光雷达视场角的增大,曲线震荡减少,且更趋于平滑,同时建图结果的白色边界更加清晰且完整;随着激光雷达的角分辨率增大,曲线震荡增多,且振幅更大,同时建图结果的白色边界更加模糊,精度更低。因此,可通过增大激光雷达视场角、减小角分辨率提高机器人系统环境建图精度。     

全向移动机器人驱动轮同步转向机构设计

针对现有轮式全向移动机器人在工程实际应用中存在的驱动轮同步转向能力差的问题,设计了驱动轮同步转向机构。首先,基于虚拟样机技术分析了该同步转向机构的工作原理,并将它应用于轮式全向移动机器人。然后,利用运动学原理对加入同步转向机构机器人进行运动学分析,得到了电机输入转速与驱动轮转向速度之间的关系。最后,根据系统结构参数研制了一款主要应用于工厂物料搬运工作的产品样机并进行实验验证。机器人横向移动实验结果表明,该机器人可以通过不同方式进行全向移动,验证了该机器人的全向移动功能。研究表明同步转向机构的应用降低了轮式全向移动机器人控制难度,实现了机器人高速、高精度、高稳定性全向移动。