杆状物攀爬机器人关键技术研究

人工高空作业具有一定危险性,且工作效率低、工作难度大,采用攀爬机器人代替人工作业在安全性、稳定性及精确性等方面具有明显优势。杆状物攀爬机器人作为一个新兴的研究领域,国内外虽有较多研究,但仍处于试验阶段,未达到大规模推广使用的条件。因此,有必要总结现有成果,更好地完善攀爬机器人系统的研发与应用。本文通过分析国内外杆状物攀爬机器人技术和应用现状,从运动机构设计、自主行为控制与导航、远程通信、监测与遥操作4个方面,详细阐述了现存爬树爬杆类机器人的关键性技术问题,旨为杆状物攀爬机器人下一阶段的研究提供新的想法和方向。     

自主攀爬式曲面作业机器人设计研究

以国家大剧院椭球壳体的清洗为应用背景,针对曲面高空作业的特点,设计了首台复杂曲面自主攀爬式机器人样机.机器人由攀爬机构!移动机构、清洗机构、俯仰调节机构组成;在对机器人总体结构和结构原理详细介绍后,对机器人运动功能实现进行了讨论.控制系统采用基于CAN总线的网络结构,以P80C592单片机为核心构成分布节点控制器,并着重对检测系统进行了研究.机器人在国家大剧院的真实环境下进行了作业实验,结果表明样机系统的设计组成原理合理,机械结构和控制系统方案成功可靠.     

双手爪式仿生攀爬机器人的摇杆控制

探讨一种新型双手爪式5自由度仿生攀爬机器人(Climbot)的摇杆控制方法.首先,对机器人的运动学和可夹持空间问题进行了分析.然后,针对其双手爪交替夹持攀爬的特点,提出了直观的摇杆操作模式,包括对不同的攀爬步态设计了不同的操作坐标系,并利用建立变换矩阵的方法将交替夹持端前后的机器人描述在同一坐标系中.最后,通过尺蠖、扭转和翻转3种步态的路灯杆攀爬和应用示范实验结果证明了该摇杆控制方法的有效性.     

基于改进天牛须算法的电力攀爬机器人运动学逆解算法

为了提高电力系统的自动化水平,减轻电力工人在检修高压输电系统时的劳动强度,同时保障电力工人人身安全,提出并设计一种可以攀爬电力铁塔的六自由度关节式机器人,针对该构型进行运动学分析和求解.为解决传统的解析法用于机械臂逆运动学求解过程中存在操作繁琐和奇异点无法逆运算等问题,提出一种基于改进天牛须算法的电力攀爬机器人运动学逆解算法.首先,对电力攀爬机器人进行DH建模,得到正运动学方程;然后,使用正运动学方程和目标位姿建立代价函数,采用改进天牛须算法对代价函数优化;最后,使用Matlab实现此算法进行仿真验证.实验结果表明,与传统的天牛须算法、改进遗传算法以及改进粒子群算法相比,所提出算法具有较好的收敛性,求解精度较高.     

攀爬蛇形机器人爬树的静态机理研究

为了研发一种新型的、在垂直外攀爬方面有较大优势的攀爬蛇形机器人,提出一种具有万向节功能的P-R（pitch roll）模块,该模块结构简单、便于控制.相对于采用传统的平行连接和正交连接的机器人,基于该模块的蛇形机器人能够更为轻松和灵活地附着于攀爬对象外壁.对基于P-R模块的攀爬蛇形机器人爬树的基本姿态进行静态平衡机理分析,得到相关参数的函数关系,为攀爬蛇形机器人样机的研制和攀爬对象的选择提供了理论依据.最后通过实验验证了P-R结构的有效性及相关分析的合理性.     

基于数字孪生的角钢塔攀爬机器人系统研究

电网数字化建设管理将成为电力行业的发展趋势,作为电网输变电工程建设的重要组成部分,角钢塔智能化运维变得越发重要。为监测角钢塔的健康状况,实现角铁塔巡检等高空危险作业,提高工作效率,研究和开发角钢塔攀爬机器人具有重要意义。数字孪生是面向工业物联网的智能化应用,是连接物理世界与信息世界的桥梁与纽带,在角钢塔攀爬机器人的建模开发、智能作业、人机交互等多方面提供更加实时、智能、高效的服务。因此,为了给研究和开发角钢塔攀爬机器人提供一种新的方法,提出了基于数字孪生的角钢塔攀爬机器人系统理论架构,实现了角钢塔攀爬机器人数字孪生模型与物理实体之间的虚实映射与实时交互,并构建了数字化的角钢塔攀爬机器人系统平台。     

基于控制函数的蛇形机器人攀爬运动分析

为实现对正交关节蛇形机器人多种运动形式的简单、统一控制,从研究蛇形机器人控制函数出发,提出了一种简单的并可同时实现正交关节蛇形机器人蜿蜒运动、行波运动、侧向翻滚运动和螺旋攀爬运动等多种运动形式的控制函数.对蛇形机器人实现螺旋攀爬运动的控制参数进行了分析,并用粒子群优化算法(PSO)对控制参数进行了优化拟合,给出了控制参...     

桥梁缆索检测蛇形机器人攀爬运动分析与实现

为方便实现对桥梁缆索的检测和日常维护任务,利用蛇形机器人良好的适应性,通过研究其控制规律,给出了一种简单的并可实现蛇形机器人沿缆索进行螺旋攀爬运动的控制函数.分析了螺旋攀爬运动中控制参数与螺旋参数之间的关系,利用粒子群优化算法对控制参数与螺旋半径、螺旋上升角、螺距之间的关系进行优化拟合,给出了拟合函数.通过Webots...     

机器人运动控制仿真系统研究与实现

机器人仿真是当前机器人研究领域中最新的研究方向之一,并引起了广泛的注意。本文介绍了进行仿真研究的意义,对国内外在机器人仿真的研究工作进行了综述,指出了各自的侧重点及不足之处,并详细地阐述了研究目标、系统实现原理及研究的未来前景。     

井架攀爬机器人设计与分析

目前,陆地应用较广的是K形井架。K形井架最大的受力部位为井架大腿。井架大腿容易发生局部杆件截面锈蚀,引起大腿应力发生变化,从而影响整个井架的稳定性。为探测石油井架大腿这种隐形的缺陷——内蚀,以JJ225/45-K井架为攀爬对象,设计了一种攀爬机器人结构。该结构机器人能够携带检测设备仪器对井架主立柱进行探伤。通过静力学平衡分析计算,求得机器人稳定攀爬所需最小吸附力为2 242.30 N;进一步利用D-H参数法和蒙特卡洛法,求得搭载平台的转动空间半径为480 mm、平动空间体积为400 mm×200 mm×700 mm。仿真结果表明,机器人在一足吸附、一足固定的状态下,前足活动范围大于攀爬对象尺寸,后足的立足点与前足相吻合。机器人能够实现灵活避障和空间翻转。     

利用SOLIDWORKS实现焊接机器人设计和仿真

正运用虚拟样机技术在SOLIDWORKS软件平台上设计出焊接机器人模型,按照机构的结构几何尺寸,创建零件并进行虚拟样机装配。直接在运动仿真模块SOLIDWORKS Motion中通过设定运动参数进行运动仿真,并分析其运动空间、运动状态和作用力矩等。结果表明,利用SOLIDWORKS系列软件可以对焊接机器人三维实体建模和运动特性分析,验证机构设计的合理性,为焊接机器人的实际样机的试制奠定了基础。     

基于虚拟样机技术的排球机器人手掌机构仿真

基于平面连杆机构的运动学基本原理,分析推导了排球机器人手掌机构的运动学解析表达式,得出了正向运动学分析的解析解;并利用MATLAB软件编程,计算得出了数值解,并利用该软件分别仿真绘制出了连杆和手掌的角位移曲线、角速度曲线和角角速度曲线,从理论的角度上验证了机构设计参数的合理性.在此基础上,利用软件Pro/E软件建立了样机的模型,采用其Pro/Mechanism模块对样机进行仿真试验,得出了样机手掌的角位移曲线以及手掌和连杆的角速度、角加速度曲线,从试验角度进一步验证了机构参数的合理性.     

星面探测仿生弹跳机器人设计、仿真及实验

基于袋鼠的跳跃运动机理和齿轮—五杆组合机构,设计了一种用于星面探测的小型间歇式弹跳机器 人．提出了仿袋鼠结构、运动形态及产生非线性弹跳动力的闭链机构的弹跳模型．采用D-H 法建立了机器人运动方 程,并对其跳跃运动步态、仿生运动特性和弹跳效率进行了分析,给出了该机器人设计的整体结构．运用ADAMS 软件对机器人进行动力学建模与全过程运动仿真,验证了该闭链仿生弹跳机构及其运动的有效性,较大幅度提高了 弹跳机构对能量的利用率,其效率可达70%,避免了弹跳机器人提前起跳．最后设计制作了弹跳机器人原理样机, 并进行跳跃试验．试验结果表明：样机试验与仿真结果基本是一致的;1.4 kg 的弹跳机器人跳远度为813 mm,跳高 度为471 mm,从而解决了利用微小电机驱动机器人实现弹跳运动的问题．     

一种水下机器人集成仿真系统的设计

在水下机器人的设计和开发过程中有一个严重的限制问题,就是由于水下机器人工作在较深的水中,因此很难观察到水下机器人的工作情况.针对实验室开发的新型水下机器人,该文的集成仿真系统提供了一个虚拟的海洋环境,和一些传感器的仿真,能够较为真实地模拟水下机器人的工作过程.它允许研究人员在实验室里方便地进行测试,并通过三维实时的图形场景对机器人的工作过程进行监控.最终通过仿真试验,完善了机器人控制系统的设计.     

机器人仿真赛策略设计与平台改进

本文详细介绍参加2010中国机器人大赛暨RoboCup公开赛中微软机器人仿真项目的比赛方案,总结各个项目的优势技术和存在的不足之处,同时对比和其他参赛队伍的差距,针对具体平台提出建议。     

形状记忆合金驱动的蛇形机器人运动仿真研究

基于Serpenoid 曲线建立了蛇形机器人行波运动和攀爬运动的运动学、动力学模型,根据模型提出一种具有万向节功能的pitch-roll 模块,利用形状记忆合金驱动器具有结构小和只受温度变化影响两大特点建立了蛇形机器人关节。应用MSC/ADAMS 虚拟样机软件对基于形状记忆合金驱动蛇形机器人进行行波运动和攀爬运动的动力学分析,并对仿真过程中遇到问题提供了解决办法。模型仿真效果非常理想,完全达到设计要求,为下一步研制物理样机提供了理论指导,也为其他仿生机器人的研究提供了参考。     

教育机器人仿真系统中的声音设计

现有教育机器人仿真系统在进行物理仿真时缺少对声音的支持,为弥补这一缺点,有必要设计一种声音系统,使仿真更加逼真。分析仿真过程对声音的需求状况,并结合FMOD声音引擎的特点,设计系统的实现流程,讨论其中的关键问题及解决方法。测试结果显示,该系统可以实现多种音效,能够满足教育机器人物理仿真对声音的需求,对多声源能够进行较好的管理,并且有效地节约计算机资源。     

空间机器人的建模及仿真

空间机器人在未来的太空探索中将代替宇航员从事空间作业，而空间机器人在计算机上的寞及仿真是设计及研制中的重要组成部分，此文详细讨论了空间机器人的建模方法，包括建立几何模型和运动学模型，文中第３节介绍了哈尔滨工业大学研制的空间机器人仿真系统的各组成部分及所完成的功能，并在第４节中给出了实验仿真结果，仿真结果表明该仿真系统具有可靠性，实时性。     

机械原理仿真MCAI软件的设计与实现

介绍了应用计算机多媒体与仿真技术相结合设计制作的《机械原理》仿真 MCAI软件系统的组成、实现方法及其设计特点     

新型欠秩并联机器人机构3RRC仿真

分析了并联机器人机构3RRC的输入输出特性,给出了位置分析和连杆运动干涉分析。以directX为仿真引擎,vc6为软件平台,采用面向对象方法封装了机构正反解算法,编写了仿真软件,实现了该机器人机构运动学动态仿真,为类似机构结构设计和特性研究提供了有益参考。