套索驱动细长机器人的初步设计与试验

为了解决在地震后废墟内部搜救幸存者的问题,设计了一种细长柔软机器人.机器人采用了套索传动的方式,使机器人操作部分的尺寸和重量相对于其他搜救机器人大大减小.机器人由头部可操作部分和细长柔软身体组成,可运动的操作部分采用模块化的设计,可根据实际需要改变关节的数量.实验结果表明,机器人能初步完成搜救任务.     

废墟狭缝搜救机器人自动送进系统研究

为开发一种能够在废墟狭缝中运动与探测的搜救机器人,使之成为一种面向地震等自然灾害应用的高效救援手段,研究了机器人柔性本体自动送进系统。针对柔性本体在废墟狭缝中的送进难题,提出了"前拉后推"的双驱动方式,采用了两套驱动装置,即安装在本体头部的拉进装置和安装在本体尾部的推进装置,研制了一种可实现柔性本体在狭小空间中自动送进的机械机构和控制系统。经样机试验表明,该系统可较好地实现柔性本体在废墟中的自动送进,并实现预定搜救功能。     

缝隙搜救机器人镜体的形状重建和定位方法

搜救机器人的路径形状重建和定位是在搜救过程中一项最基本的任务,但地下复杂的环境使得GPS信号完全不可用,因此必须找到一种可替代的方法解决。为建立一套完整的搜救机器人系统,提出了一种能够利用惯性导航传感技术对废墟缝隙搜救机器人镜体形状重建的方法,该方法在初始位置已知的情况下,融合移动距离和方向角进行积分,得到机器人镜体形状曲线,并将其显示在三维坐标中。利用该方法,可以有效地对搜救机器人定位,及时救援发现的被困人员。文中详细叙述了该方法的理论基础,并以此展开了仿真和实验研究。结果表明,重建的轨迹与模拟废墟送进路径达到了非常高的匹配度,在3.4m长度中定位精度达到了20 cm以内。     

三节履带式机器人越障分析

设计了一种三节履带式结构机器人,通过轴套轴结构实现了机器人的主运动和摆臂运动的同步进行,有利于机器人功能的实现。为分析机器人的越障性能,选择了阶梯、斜坡、沟道等典型障碍分析了机器人的运动机理及其越障能力,重点研究了机器人翻越阶梯时的运动机理及其越障能力。以三节履带式探测搜救机器人样机为例,分析了机器人仰角、摆臂摆角与越障高度的关系,并用MATLAB仿真得到阶梯高度函数以及相应关系曲线,求出了最大越障高度的理论值,并与实测数据进行了对比。推导出了机器人的最佳越障性能及对应的质心和摆臂的位置,为机器人越障时的控制提供理论依据。     

履带机器人机械臂姿态优化

研究一类危险环境下搭载重型检测仪器及其保护壳等工作设备的履带式底盘结构侦查机器人的机械臂支撑性能。由于负载较重,地面随机激励、越障冲击振动可能给机械臂关节造成一定的损伤甚至失效,所以,需要对此类重型机械臂进行运动姿态仿真研究。针对路面随机激励对履带机器人搭载的机械臂的影响进行了理论分析,并用Recurdy软件建立了履带机器人模型。通过理论计算、仿真和实验,推导出了机器人搭载的机械臂运动时的最佳的姿态。本研究对履带式机器人研究设计和优化提供了重要的依据。     

基于仿蟹刚柔耦合机构的搜救机器人设计

搜救机器人是重要的探测仪器平台。 针对现有搜救机器人的刚性结构环境适应性差的问题,本文提出一种基于仿蟹刚 柔耦合机构的搜救机器人设计方法。 本文首先进行了机器人的机构设计;其次根据螃蟹运动实验结果设计了机器人的横向运 动步态,并通过仿真验证了步态设计的可行性;再次设计了机器人的软硬件系统;最后对机器人在多种地形下的行走能力进行 了实验测试,并开展了暗光环境适应性、人员探测和避障能力等功能测试实验。 结果表明,该体积小巧、控制简单的机器人可以 实现基本的运动功能,横向运动中最大速度约为 3. 4 cm/ s,最小功耗约为 8. 6 W,转向运动的角度范围为±90°。 机器人具有良 好的地形和环境适应性,并可以完成环境感知和人员探测等搜救功能。     

基于RecurDyn的履带式消防机器人设计与爬梯运动学仿真

设计一款用于复杂环境的履带式消防机器人,在不同环境下,其可靠性和稳定性显得更加重要。该机器人采用履带式底盘结构,采用阻尼弹簧减振器作为减振系统,克服了传统履带结构带来的振动问题。对机器人的爬梯过程进行运动学分析,得出运动方程。在RecurDyn/Track LM模块下,对设计的履带消防机器人进行爬梯过程的仿真分析,得到机器人爬梯所需的驱动转矩;针对仿真试验得出的重心变化曲线,进行了机器人爬梯的稳定性分析。     

双履带式巡检机器人翻越圆管能力分析

对双履带式巡检机器人翻越圆管障碍过程进行了运动规划,考虑机器人越障过程中的几何约束、滑移稳定性条件和倾翻稳定性条件,对机器人翻越圆管障碍的各个阶段进行越障能力的理论分析,为双履带式巡检机器人翻越圆管能力提供理论分析依据;设计了一台双履带式巡检机器人样机,选取直径D=60mm钢制圆管为障碍,对越障模型进行数值仿真分析和实验研究,得到了各阶段的最大高度值,并确定了机器人能成功翻越圆管障碍的最大高度值。     

摆臂轮式机器人越障过程建模及仿真

为解决在城市灾难现场,很多狭窄空间搜救人员无法进入的难题,充分利用搜救过程中轮式机器人的越障能力,首先对小型可分离式机器人进行了结构设计,并进行了越障过程的理论分析,然后使用Matlab对机器人的越障过程进行了运动学和静力学仿真。仿真和实验结果验证了电机驱动力矩、机器人主体与摆臂长度的比例及障碍物高度等之间的关系,为研究小型机器人在复杂环境中的越障能力提供理论依据。     

巡检机器人越障运动学分析及仿真

设计了一种可用于薄煤层井下巡检的六履带式移动机器人。建立了机器人三维实体模型和运动学方程,介绍了机器人主要机械结构部件,分析了机器人越垂直障碍时的位姿,对机器人三维实体模型简化后Adams运动学仿真分析,验证了六履带机器人的可行性及可靠性。仿真数据分析表明机器人具有运动灵活,环境适应能力好,越障能力强等优点。     

新型全地形机器人结构设计及越障分析

进行了一种新型全地形机器人的机械结构设计与越障功能分析。该机器人采用轮履复合式的结构设计,并可根据不同路况的要求实现轮式移动与履带式移动的快速变换以调整其运动状态。分析了该机器人通过斜坡和楼梯的越障过程。最后进行Pro/E仿真和实验,仿真及实验结果表明,该机器人可适应多种复杂路况,且具有良好的越障能力和机动性能。     

通用变位机与机器人圆弧焊接的协调控制

以焊接机器人和独立变位机的协调作业为研究对象,提出了空间圆弧焊接的一种协调方法。该方法利用改进的三次埃尔米特插值给出了单旋转自由度变位机的运动表达式,并以此为依据,结合机器人和工控机控制的变位机之间的协调运动关系,采用分段直线拟合出了机器人的空间运动轨迹,从而为机器人和变位机采用各自独立控制器的运动控制提供了一种可行的方法。经Matlab仿真和实践验证,该方法是切实可行的。     

基于滑动操作模型的履带机器人驱动力设计

履带式结构由于能够提供较大的推进力和良好的复杂环境通过能力,因此被广泛应用于很多的机器人设计当中。基于滑动操作模型详细分析了履带式机器人运动时的运动状态和受力特点,提出了一种履带式机器人力学模型,分析了机器人运动时的驱动力。根据分析结果,对履带式机器人的一些设计问题提出了新的思考。     

油压驱动的八连杆机构废墟穿越机器人

为实现在缝隙、狭小空间等灾难现场中有效地进行辅助搜救,提出了一种油压驱动的新型八连杆废墟穿越机器人。首先,设计单楔形八连杆废墟穿越机器人并阐明其行走原理;其次,分析机器人的顶升工作过程,给出了机器人顶升力和顶升高度之间的关系;然后,通过五种循环状态对其行走步态进行了较详细分析;最后,在各种模拟障碍下进行样机实验,实验结果表明了该机器人设计的有效性。     

滚动窗口与蚁群算法结合的机器人路径规划

针对地震、火灾等城市灾难的复杂环境,提出了一种窗口滚动与改进蚁群算法相结合的机器人搜救路径算法.随机设置障碍物模拟搜救场景,采用栅格法对整个环境空间进行划分和建模,在死循环、优化参数、启发因子等方面对基本蚁群算法提出改进,借鉴预测控制滚动优化原理,充分利用机器人实时测得的局部环境信息.最后通过计算机实例仿真,验证该算法的有效性和适应性.     

我国研制成功救灾救援自主飞行机器人

一种名为“旋翼飞行机器人”的空中多功能自主飞行机器人,最近在中科院沈阳自动化研究所研制成功。“5月12日,这种飞行机器人已经在北京完成地震废墟搜救实战演习,目前可以小批量投入生产。”中科院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室研究员吴镇炜说。“旋翼飞行机器人”有大小两款,外形与直升机酷似,机器人前下部装有摄像设备,顶部旋翼直径超过3米,机器人长度约有3米。     

弧焊机器人图形仿真系统的研究

在Solid Edge平台上研制了弧焊机器人图形仿真系统。对机器人本体、变位机和被焊工件进行了实体几何造型，对机器人路径优化结果进行了实体模型动画仿真，能逼真地再现机器人运动的全过程并进行实时碰撞检测，在虚拟环境下离线示教了工作任务并通过转换模块生成机器人工作程序，通过RS232口下载到机器人控制柜。该仿真系统对机器人路径优化和离线编程系统的研究是一个实用的工具。     

曲线焊缝弧焊机器人和变位机之间协调运动的研究

对曲线焊缝焊接时机器人和变位机之间的协调运动关系进行了研究。针对二自由度旋转倾斜变位机和六自由度弧焊机器人组成的工作站，通过采用船形焊缝约束以及机构运动学分析方法，解决了焊接过程中机器人和变位机系统的自由度解耦以及系统各关节的运动解析，为弧焊机器人——变位机系统的离线编程研究打下了良好的基础。     

套索驱动空心杆机器人结构设计

介绍了套索传动特性,确定了套索驱动空心杆机器人传动系统。根据不同使用场合和不同需要确定了两套结构方案,并用SolidWorks三维绘图软件分别进行结构设计建模。该机器人连续细长、结构简单轻便,可用于灾后废墟中的搜救、大型结构和设备检测检修等需要在狭小空间内作业的场合。     

基于无线多跳网络的矿井搜救系统设计与实现

针对传统矿井搜救机器人,采用有线通信方式存在机器人运动灵活性较差或采用传统无线通信存在通信距离较短的问题,设计了一种基于Zig Bee动态无线多跳网络的通信方式,使机器人既能灵活运动又具有较远的通信距离,并通过设计一种具有搜救机器人和通信机器人的矿井搜救系统对该通信方式进行实现。