基于嵌入式视觉的移动式自重构微小型机器人

本文提出了一种新型移动式自重构机器人。机器人包含若干可独立执行任务的移动子机器人,单元子机器人由若干模块化组件(中央处理模块、通信模块、驱动模块、弯举模块、超声模块、视觉模块等)组成,并可通过展开结构进行简单变形以增强自身机动性能与越障能力。多个子机器人可以在微型CMOS相机及其它传感器协作下自主对接为整体机器人,并可自重构为蛇形、环形等构形完成越障;在任务完成后,各子机器人可以彼此脱离,形成分布式机器人系统。为实现机器人微小型化,在模块化设计过程中大量采用了紧凑机械结构,设计了基于微型CMOS数字相机的嵌入式图像处理模块用于视觉自重构,以及基于ARM、FPGA的嵌入式中央控制器进行低能耗高效率的全局控制。单元机器人通过了完整功能测试,并完成了两个模块间的对接实验。     

模块化蛇形避障机器人控制系统研究

为了能够让机器人适应复杂多变的环境，设计一种能够在多重复杂的障碍物中前行运动并完成侦查任务的新型可移动柔性蛇形机器人。采用用于整体控制的Atmega128单片机和局部电机控制的Atmega8单片机相通信以及重构模块化控制结构的方式，使蛇形机器人具有多步态运动能力。通过分析避障原理，设计了机器人的机械和电气部件，使其能够以高集成化的特点在复杂环境中完成特定的任务。     

基于3-RSR并联机构的蛇形机器人本体构型设计与运动性能研究

蛇形机器人作为仿生机器人的重要分支,身形柔软轻小,运动灵活多变,具备很强的环境适应能力,在军事侦察、地质勘探、灾难救援等领域拥有非常广阔的发展前景。创新性地将并联机构、折纸机构和柔性铰链相结合,设计出一种灵活度高、结构紧凑的模块化蛇形机器人单元,并从数学模型、旋量分析等角度进行合理论证。自主完成硬件电路搭建、控制算法编写,设计蛇形机器人控制系统实现多路直流减速电机协同,并进行仿蛇运动的步态规划。加工制作蛇形机器人样机并完成了特定环境下机器人性能测试。     

被动轮式蛇形机器人前进速度的实验探究

根据新型蛇形机器人的机构特点,重点分析被动轮式蛇形机器人的动力学特性,通过仿真得出影响机器人前进速度的因素,再通过实验验证证明该理论在实际场景下的正确性,为蛇形机器人的有效运动提供可靠的理论基础。     

一种可重构蛇形机器人的研究

提出了一种新型的可重构蛇形机器人机构。该机构主要特点是单关节结构模块化，具有可适应地面形状变化的柔性连接环节和类似于蛇腹鳞摩擦特性的机构底部，手动可重构，当单自由度关节轴线互相平行连接时，该机构可实现多种平面运动形式，当单自由度关节轴线垂直依次连接时，形成的蛇形机器人具有两自由度的关节，可进行多种空间运动。试验结果证实，该蛇形机构重量轻，控制简单，运动灵活，能够很好地仿生蛇的多种运动形式。     

基于神经步进激励机制的蛇形机器人环境自适应仿生控制策略

针对已有的蛇形机器人在环境适应过程中步态调整策略复杂,参数调整时间长的问题,引入神经步进激励机制,提出一种基于多模态中枢模式发生器模型的简单快速的仿生控制策略。构建能够产生蛇形机器人多种步态的多模态中枢模式发生器模型,并基于仿生学原理提出神经步进激励机制。通过对蛇形机器人三种主要步态的运动学分析,得出其运动性能与控制参数之间的关系,利用神经步进激励机制并结合蛇形机器人自身的运动特性建立蛇形机器人环境自适应仿生控制策略。通过仿真将该策略与传统蛇形机器人控制方法进行对比,并利用试验验证了该策略的有效性。     

一种可重构模块化蛇形机器人

灾害紧急救援是控制灾后损失的重要途径。为满足灾后现场恶劣施救环境的要求,针对现有蛇形机器人普遍存在的工作环境单一、动力供应不足、耐高温性能差和无法翻倒复位等不足,通过对可重构机器人模块的研究设计了一种高适应性蛇形防生机器人。该机器人系统采用单片机作为逻辑单元,控制传感器实时采集与传输现场信号,驱动电机实现复杂模块运动。并结合自身所特有的碰触感应调节组合模块与多自由度蛇形组合模块,该系统能够实现包括地震、房屋倒塌等陆上灾后复杂环境下的全方位蛇形防生救援。     

蛇形机器人的转弯和侧移运动研究

介绍了沈阳自动化研究所研制的蛇形机器人机械结构和控制结构。在分析蛇形曲线的基础上,提出幅值调整法、相位调整法和侧移调整法三种新方法,来处理蛇形机器人侧向滑动带来的方位偏转和完成蛇形机器人自主转弯控制,并给出几种方法的量化关系,建立动力学仿真模型进行了运动仿真。幅值调整法虽然使蛇形机器人转弯角度受到限制但却保证了运动的连续性和稳定性。相位调整法能够使蛇形机器人准确地完成转弯运动。侧移调整法能够实现蛇形机器人前进过程中的侧向位置调整,同时保证运动方向的准确性。将上述方法应用到蛇形机器人的控制中,用仿真和试验验证了以上方法的有效性。     

一种周期性运动蛇形机器人的运动规划及实验研究

设计完成了一种可作周期性前进运动的蛇形机器人,按照蛇形机器人运动要求,分析规划了其运动模式,对其关节角运动周期性等关键问题进行了较为深入地研究。最后,在建立蛇形机器人动力学模型的基础上,设计制作了蛇形机器人,并进行了实验研究。研究结果表明:所用规划方法为蛇形机器人的运动设计提供了一种成功的思路,其运动实现取得了良好的效果。     

蛇形机器人的机构设计及运动分析

蛇形机器人以其独特的身体结构和运动形式能够适应各种复杂环境。为了验证蛇形机器人的运动能力,设计了一种前进中可做周期性运动的蛇形机器人,重点讨论了其关节机构的设计和运动原理;通过建立蛇形机器人运动的数学模型,并结合其运动的周期性,详细分析了三连杆模型的运动步态特性。研究结果表明,三连杆运动步态提高了蛇形机器人的运动能力。     

蛇形机器人蜿蜒运动的摩擦机理及推进条件

针对带有从动轮的蛇形机器人,考虑实际结构中从动轮在蛇形机器人关节连杆上的安装位置,建立蛇形机器人蜿蜒运动的动力学模型。提出一种库伦-粘滞混合摩擦力模型,整体的库伦摩擦力特性和临界点处的粘滞摩擦力特性,避免了库伦摩擦力模型本身的非光滑性,以提高动力学模型的求解效率与计算稳定性。基于改进的动力学与摩擦力模型,利用摩擦系数比来表征法向与切向摩擦力的各向异性程度,通过对蜿蜒运动的仿真分析,讨论了摩擦系数比对前向运动速度与推进效率的影响规律,并对运动过程中蛇形机器人各个关节模块的速度和摩擦力变化进行了分析,明确了蛇形机器人蜿蜒运动的摩擦学机理,解释了蛇的蜿蜒抬起运动能够有效减少摩擦阻力而适用于高速运动的原因。最后通过带从动轮的蛇形机器人样机实验,对实现蜿蜒运动的摩擦学推进条件进行了验证。研究对于实现蛇形机器人的结构优化,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。     

自重构仿生四足机器人运动学分析及仿真

自重构模块化机器人是由多个相同的单元模块构成,可以在复杂环境中独自完成各种构型和工作姿态.在分析自重构模块化机器人单元模块机构的基础上,提出一种由10个相同单元模块构成的自重构仿生四足机器人,建立其运动学模型,运用D-H法推导出该机器人的正运动学和逆运动学方程,将设计出的机器人三维模型导入Adams/view中进行运动...     

形状记忆合金驱动的蛇形机器人建模方法研究

针对仿蛇形机器人关节多、模型复杂等特点,采用CATIA和MSC.ADAMS软件对蛇形机器人进行了从样机模型建立到运动学仿真与分析等一系列研究;并根据STEP5函数具有一阶与二阶导数连续、较高的逼近程度等特性验证了蛇形机器人前后移动和左右转弯步态可行性;找到了一种在ADAMS环境下求解机器人运动的方法,简化了理论计算,提高了设计效率。     

水质检测蛇形机器人设计及稳定性分析

为了对水产养殖定期监控和检测，保证水质安全，减小人工成本，提高工作效率，让水产养殖监测更便捷、更智能，研发出一种新型水下水质检测蛇形机器人。机器人主要由伸缩机构、移动机构、信号采集传输机构和控制机构组成，搭载水质监测传感器，可以在复杂环境下对水质、水环境信息进行实时采集。首先通过Solidworks软件对蛇形机器人主要机构三维建模，完成沉浮结构设计，其次通过Solidworks软件对机器人的重心和浮心分析并对水下蛇形机器人的稳定性进行了分析，确保伸缩单元上浮和下沉并实现俯仰和蜿蜒运动。为此，加工出样机，并进行稳定性运动试验，通过俯仰、调姿、上浮试验表明：在3km传输距离内，蛇形机器人各关节没有发生倾覆运动，上浮速度和下潜速度移动速度为0～1m/s，根据工作时的角速度、速度、俯仰角轨迹曲线,也表明该水质检测巡航蛇形机器人能实现多点可追踪稳定姿态工作。     

自重构机器人变形过程运动学分析及越障仿真

自重构机器人根据任务环境的不同可实现自主变换构型。研究了直线蛇形变换为环形的重构过程,定义了单元模块的连接面与坐标变换矩阵,基于D-H方法推导并归纳了多模块由直线蛇形变换为环形的普适公式。利用多体动力学软件RecurDyn与MATLAB对模块构型变换中末端连接面的运动轨迹、速度以及加速度进行了仿真,验证了普适公式的有效性和正确性,准确地判断了末端连接面运动轨迹的变化与重构工作空间,估计了系统的稳定性,提高了对控制算法的认知程度。最后分析了环形构型的两种滚动步态,利用仿真验证了环形构型的越障能力。     

蛇形机器人越障研究

多机器人协调与合作作为一种新的机器人应用形式日益引起国内外学术界的兴趣与关注,但多机器人协调越障一直是机器人研究领域的一个难点.在建立并分析单机器人模块的结构模型以及最大越障能力的基础上,建立了蛇形机器人的结构模型,提出了一种新的越障方法.以蛇形机器人的弯举机构中的舵机为主要动力,推进机构的驱动电机为辅进行越障,推导出蛇形机器人越障的具体过程.在理论上论证了蛇形机器人的越障能力随着机器人的个数增加而相应增强.最后通过试验验证了本方法的有效性.     

一种新型蛇形机器人的设计研究

通过对生物蛇运动的分析,研究出了一种新的蛇形机器人运动方案,设计了相应的蛇形机器人机械结构与控制系统,并进行了蛇形机器人的运动规划研究,最终制作了蛇形机器人样机。     

基于ROS的临场可重构排爆机器人系统架构研究

在面对危险爆炸环境时,排爆机器人的临场任务具有多样性,根据不同的临场任务,机器人会在自身本体硬件的基础上,在现场对模块化组件进行快速组装,即机器人硬件方面的临场可重构。利用机器人操作系统(ROS),针对不同的硬件模块组合,进行软件重构是临场可重构机器人的软件特性。提出了一种基于ROS的临场可重构排爆机器人软硬件架构模式,在面对复杂环境时,操作人员能够根据现场不同的任务要求,对模块化设计的排爆机器人进行组装,形成硬件重构;而系统软件根据硬件模块的组装情况进行软件自重构,从而使排爆机器人具备完成不同任务的能力。排爆机器人的这种软硬件架构设计模式使得机器人在实际工作中表现出高效性、鲁棒性和自适应性。     

攀爬蛇形机器人越障静态机理研究

介绍了蛇形机器人运动模式的研究现状并提出了一种进行外攀爬的蛇形机器人结构,该蛇形机器人有16个PR-T模块单元,P-R-T模块是一种在P-R模块的基础上添加一个平移运动组件的模块。这种结构使得该机器人姿态调整运动与前进运动分离开来,使机器人运动控制更加简便。基于这种结构对蛇形机器人进行了运动学建模,通过对其越障运动规划与各P-R关节位置及关节转角的分析,提出了一种攀爬蛇形机器人越障方法。通过MATLAB软件进行攀爬蛇形机器人越障仿真,验证了越障方法的正确性。     

八关节三动杆蛇形机器人的运动模拟

蛇形机器人是一种高冗余度的机器人,由于其结构可变形,能够通过松软地面以及跨越(或避开)障碍物,能代替人完成某些危险场所如核电厂等维修及城市搜救.本文提出了一种类正弦波形的八关节三动杆蛇形机器人结构,做了运动模拟并给出了结论,该蛇形机器人的研制成功为设计相关类型的机器人提供了参考.