双节式履带机器人系统组成及运动性能分析

以双节式履带机器人为研究对象,详细介绍了机器人系统组成及攀爬楼梯越障动作规划,稳定性分析及越障性能计算。机器人系统以DSP芯片TMS320LF2407为运动控制核心,由两个MAXON电动机控制左右履带实现差动转向,通过语音及图像采集等系统实现机器人对用户指令和现场环境的实时反应。以机器人前摆臂仰角对质心变化的影响,基于质心运动学及最优化理论,得出机器人最大越障高度及满足机器人稳定性临界条件下前摆臂仰角与坡度角和台阶高度之间的关系。攀爬楼梯实验结果表明了理论分析的正确性,同时对这一类型的履带机器人设计提供一定理论依据。     

关节式履带机器人爬楼梯动态稳定性分析

针对关节式履带机器人攀爬楼梯的动态稳定性问题,提出一种关节式履带机器人与楼梯台阶一点、两点或多点接触的动态稳定性准则判别方法。通过对机器人攀爬楼梯障碍过程的分析,考虑机器人的动作规划、质心惯性力、驱动轮和摆臂轮的惯性力矩、履带棱对楼梯接触作用的影响,建立越障关键姿态的动力学方程。基于机器人爬楼梯的不滑移充分必要条件,结合机器人坐标系中等效牵引力与等效支撑力的比值和履带与楼梯静摩擦因数之间的关系,得到在攀爬楼梯过程中机器人与楼梯台阶一点、两点、三点接触作用的动态稳定性判别准则,结果表明在爬楼梯过程中机器人与楼梯台阶两点、三点接触时易处于不稳定状态,数值仿真结果验证了该方法的有效性,为关节式履带机器人的动态稳定性判断提供理论依据。     

核电站巡检应急履带机器人越障分析

针对机器人在核电站复杂环境中的地形通过要求,设计了一种具有双摆臂的履带式机器人,通过建立摆臂履带机器人越障性能分析的参数理论模型进行虚拟仿真和理论分析,以低阶梯、高阶梯、楼梯和沟壑等多种障碍物作为分析障碍物,分析了双摆臂履带机器人的系统参数与越障性能的关系.仿真结果表明,设计的双摆臂履带机器人具有较好的越障能力.同时,...     

核电站巡检履带机器人力学分析与运动规划

履带机器人具有强越障的结构特点,能够在核电站中代替人进行高频次巡检等任务,而履带机器人的输出特性和越障过程的姿态是决定机器人越障能力的两个关键因素。针对核电站复杂环境的越障需求,设计了一种双摆臂履带机器人,以阶梯和斜坡等障碍物作为分析障碍物,建立了双摆臂履带机器人的输出力矩计算模型,以楼梯作为核电站的关键障碍物,进行了双摆臂履带机器人的越障姿态规划,并在双摆臂履带机器人平台上进行了实验测试,验证了履带机器人的越障能力。     

摆臂前置救援机器人运动特性分析

介绍了国内外对履带式救援机器人方面的研究,分析当前摆臂式履带机器人机械结构复杂、制造成本高、参与救援较少的国内现状,同时介绍了前置摆臂式履带救援机器人的机械机构和相关的现实意义。分析了之前基于D-H质心模型研究仅考虑质心纵坐标与越障高度关系的局限,在MATLAB中建立越障时质心横、纵坐标的数学模型,分析了其他非结构地形的越障机理,并借助ADAMS进行运动仿真,观察机器人的运动特点,取得相关数据指导当前正在制作的实验样机。阐述了前置摆臂履带救援机器人对当前柔性履带机器人、群体机器人、分布式救援系统、复杂操作平台的开发与实验具有积极作用。     

导轮角可变的小型固定履带机器人设计及分析

对传统的固定式履带机器人进行改进设计,使前导轮可以进行角度调整并自动张紧调整后的履带。然后对该履带机器人的越障能力进行了理论计算分析,运用Pro/E建模检测质心变化趋势,对质心进行优化,优化结果表明,通过调节前导轮的角度可以提高固定机器人的越障高度、跨沟宽度和爬坡角度;验证了该改进机器人的可行性。与传统的固定式履带机器人相比,其越障能力有一定改善和提高;与四摆臂履带机器人相比,其拥有传统固定式履带机器人的优点。     

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。     

双摆臂履带可变形机器人结构设计与越障性能研究

为发挥履带可变形机器人最佳越障性能,保证机器人在变形过程中履带长度不变且持续张紧,将椭圆定理和椭圆规原理应用于机器人构型设计,研制了一种新式履带可变形机器人。通过引入后摆臂,丰富了机器人构型变化,机器人重心在前后摆臂转动过程中有较大程度的调节,提高机器人的越障性能。建立坡道、台阶和沟壑等典型障碍的数学模型,对机器人翻越障碍进行步态规划和运动机理分析;建立机器人越障的运动学和动力学模型,分析机器人越障的临界条件和最大数值,利用Adams对越障进行仿真实验,结果验证了理论计算值的准确性和机器人的越障性能。     

基于铰链六杆机构的变形式履带机器人结构设计

在简单的单节双履带移动式机器人基础上,提出一种基于铰链六杆机构具有自适应变形能力的履带式移动机器人。自适应变形机构通过改变机器人前导轮的角度和高度来提高机器人的越障能力以及对地面的适应能力,尾部摆臂模块使用差动齿轮装置与机器人主履带相连接,可起到调整质心位置、辅助支撑、越障的作用。这种移动变形机构不仅提高了驱动电机的使用效率,也简化了机器人的控制系统,使机器人能够以最优的运动姿态穿过复杂路面。     

双摆臂履带可变形机器人的稳定性研究

针对履带不可变形机器人越障性能差的问题,对双摆臂履带可变形机器人的最佳越障性能以及机器人在越障过程中的稳定状态进行了研究。选取了两种具有代表性的障碍物类型,建立了其数学模型,将机器人的质心分布与转动惯量分布作为考虑因素,研究了机器人爬越坡道的倾覆稳定性、滑移稳定性与攀爬台阶的静态稳定性、分步动态稳定性,通过数值分析验证了计算结果的有效性与准确性,得到了机器人处于稳定状态的充分必要条件,进而得到了机器人翻越障碍的临界条件与能够翻越的最大数值。研究结果表明:双摆臂履带可变形机器人具有良好的地形适应能力与越障能力,任务完成度和执行效率高,越障过程机器人状态稳定。