自适应可变形轮腿式移动机构

提出一种可自适应切换移动模式的轮腿式移动机构,通过欠驱动切换设计以提高移动机构在复杂地形的移动能力。该移动机构无需驱动单元即可在类轮模式和轮腿模式之间进行模式切换,减小了变形驱动模块的复杂度以及机构的整体质量。该机构在平坦路面上机构以类轮模式行走,遇到障碍时旋转车身可切换成轮腿模式通过。对该机构在两种运动模式下直行、转弯、越障等过程进行理论分析并建立动力学仿真模型,得到并验证机构转弯半径函数及最大越障高度等。制作一台理论样机验证其可行性。理论分析与实验结果表明,该机构具有传统轮式机构行驶稳定性以及腿式机构高越障性,且自适应切换可显著提高其地面通过能力。     

新型多功能越障机器人设计与功能仿真

设计了一种具有平面内3自由度全方位移动,并且能够被动自适应越过轮子直径1.5倍垂直高度障碍的机器人。该机器人采用六个独立驱动轮控制。车身上采用四个Mecanum驱动轮矩形布置,使越障机器人具有平面内的全方位移动功能。前、后轮采用全向轮,使其能够在原地转弯和横向移动时候与地面保持滚动状态,减少轮子滑动摩擦。运用MATLAB软件对其前轮子中心坐标编程,找出其运动轨迹,并优化越障四连杆设计尺寸大小。最后对整个机器人系统在平面内的直行、横行、原地转弯、爬楼梯以及起伏路面运动等功能进行了虚拟样机系统仿真验证。仿真结果表明:该越障机器人机构设计合理,具有全方位移动和越障功能强的特点。     

6-URU支链四面体移动机构的越障步态规划

针对多面体机器人的高地面适应性需求,提出一种适用于四面体移动机构的高质心攀爬越障方法,能够通过三自由度同步变形提升质心高度有效提升攀爬能力。首先,基于四面体移动机构的支撑区域对其移动轨迹进行三角形网格划分,在台阶障碍进行投影畸变,由此规划出该机构针对台阶障碍的分步越障阶段,通过构造凹多面体包附障碍提升攀爬高度。针对高质心攀爬步态的各个阶段分别建立临界状态运动学模型,通过齐次变换矩阵得到机构质心坐标关于障碍高度和障碍距离的表达式,根据数值算法得到最大越障高度随驱动角和障碍距离的变化曲线,执行至不同障碍阶段以实现不同高度障碍的越障攀爬。建立仿真模型,验证越障分析过程合理性。制作一台样机,对高质心攀爬越障步态进行可行性验证。     

一种可变径轮腿式越障机器人的设计与研究

针对地面移动机器人在非结构化地形中越障存在的局限性，提出一种基于平面齿轮连杆杆组的可变径轮腿式越障机器人的设计方案。首先对越障机器人的变径机构在轮式和轮腿式两种模式之间的变换原理进行了介绍。当遇到障碍物时，变径机构可依据障碍物的高度来变换模式从而进行越障运动。在此基础上通过计算其变形比以及运动学分析仿真，验证了该变径机构设计的合理性、较强的越障能力和模式变换时的可靠性和稳定性。其次通过构建力学模型来分析两种模式下机器人的越障能力，得出其在不同模式下的极限越障高度。最后，基于ADAMS软件对机器人在单台阶、连续台阶以及复杂路面时的越障能力进行运动仿真。结果表明该越障机器人在面对不同工况时都具有较好的越障能力，验证了设计方案的可行性。     

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。     

适应于楼宇环境下运行的新型机器人的设计

设计了一种具有平面内3自由度全方位移动,并且能够被动自适应越过轮子半径近2.5倍垂直障碍的新型机器人。该机器人采用6个驱动轮控制。车身上采用4个Mecanum驱动轮矩形布置,使其具有平面内的全向移动功能。前、后轮采用全向轮,使其能够在原地转弯和横向移动时候与地面保持滚动状态。6个驱动轮分别安装在机体的攀登机构、爬升机构、稳定机构的高架连杆机构上,使其具有很好的爬楼梯和越障功能。给出了一般结构形式全方位移动系统的运动学模型,并得到其实现全方位运动的必要条件是逆雅可比矩阵满秩。优选出了全方位运动系统的最佳结构布局形式。对整个机器人系统在平面内的直行、横行、原地转弯以及爬楼梯等功能进行了虚拟样机系统仿真验证。     

轮腿交互变换式行走机器人运动学分析

基于轮式机器人在路况较好时行走快速及腿式机器人越障能力较强的特点,提出了一种轮腿交互变换式行走机器人。运用Solid Works三维建模软件对其结构进行建模,并用水平传感器对其肢体进行平衡调控;通过对舵机及轮毂电机转动速度与角度的控制,实现对机器人轮式行走时速度及方向的调控;通过设计并执行步态控制模块的指令,使机器人腿式行走时腿部各关节之间协调移动,顺利进行各种不同形式地形的越障,实现机器人平稳向前移动。从而解决了轮式机器越障能力低、腿式机器行走速度慢且不够平稳的问题,同时大大提高了机器人的越障性能和步态行走时的稳定性。     

一种轮腿式越障机器人的研究

针对移动机器人在复杂多变地形环境下实现高机动性、强越障等需求,提出了一种被动变形式的轮腿式越障机器人设计方案。该机器人的变形轮转换过程是由外力操作得到的,因此,不需要任何驱动器,减少了机构的复杂性。在完成机器人整体三维建模的基础上,对变形轮的结构、原理及受力情况进行了分析;以变形过程中的触发转矩和展开前后半径之比为指标进行结构优化;分析机器人变形阶段受力情况,并对机器人平台的相关参数进行调整以实现稳定越障;使用Adams软件对机器人变形、越障过程进行运动学仿真,并制作物理样机对整机结构设计的合理性进行了实验验证。     

轮腿混合式四足机器人设计及运动学分析

针对轮式机器人地形适应能力差与腿式机器人移动速度受限的问题,设计了一个既能爬行又能滚动行驶的轮腿混合式的四足机器人,采用钢丝绳驱动方式来实现机器人脚轮的工作状态转换。在对机器人进行整体设计和腿部机构详细设计的基础上,运用D-H法建立站立腿的运动学方程,并通过几何法验证了运动学方程的正确性。借助MATLAB软件,编程程序绘制了摆动腿的运动空间,并分析了机器人的越障能力。     

多模式空间6R地面移动机构

提出一种新型空间单闭链F1C1（约束力F和约束力偶C）约束型6R（转动副）机构,并应用其研制一种地面移动机器人。基于单环运动链构型综合方法,构造出空间单闭链单自由度F1C1约束型6R机构,应用螺旋理论进行自由度和奇异位置分析,结合地面移动需求构造地面移动机器人,进行了杆件形状的设计,规划驱动电动机布局方案,完成运动学和移动机理分析,规划类蠕动、平面4R转向和内翻三种移动模式,分析越障性能,揭示其突出的折展特性。制作样机,验证了多模式空间6R地面移动机构方案和运动规划的可行性。     

单自由度概率翻转移动连杆机构

基于一种过约束伸缩机构,设计一种单自由度的概率翻转移动连杆机构。通过分析机构的移动原理得出该机构具有两种运动步态,即定向步态和概率步态。定向步态的机构移动有确定的方向;概率步态的机构移动有两个可能方向,此随机过程在理想条件下符合伯努利概率分布。针对机构的移动特性和移动路径,提出使其在平面内任意运动的控制方法。建立移动机构的动力学模型并进行运动仿真。仿真结果表明,通过两种步态的组合控制,可以使机构实现从指定的出发点到达任意的预期目标点的平面移动。制作一台样机,验证了该单自由度机构的移动和转向功能。     

基于CANopen协议的双轮移动倒立摆控制系统

研究了实验室双轮移动倒立摆机构,引入并分析了CANopen协议的通讯协议在控制系统中的应用.提出了一种改进型的控制系统方案,并详细分析了CANopen协议的设置方法,解决了控制系统中快速性和稳定性的问题.并通过测试实验验证了信息传递的可靠性,以及伺服系统对电机控制的准确性和实时性.实验结果表明,系统达到了倒立摆长期稳定控制的效果和载人功能.     

星载柔性可展桁架结构的模态试验与分析

对于基频小于2Hz的小卫星柔性可展结构,因为普通的锤击测试法只能激发出柔性结构的局部模态,很难激发出整体模态。针对文中描述的小卫星柔性可展桁架结构,提出一种新颖的模态测试方法:采用绳索-柔性弹簧的重力卸载系统消除重力对模态的影响。利用绳索在19个花盘处同时进行重力卸载,并在吊索中部安装柔性弹簧避免对花盘产生附加刚度;将柔性可展结构分别置于水平、竖直两个方向进行模态试验,采用超低频激振系统进行激励,并利用激光位移传感器采集试验数据,提高了试验结果的准确性。试验结果表明:竖直悬吊方式更为准确,并将试验数据与有限元分析结果对比分析,结果显示两者较为接近,从而验证了试验方法的准确性。     

Wheel-Walking Propulsion Unit of a Planetary Rover with Active Suspension

The scheme of the propulsion unit with walking mechanism for a wheeled planetary rover is considered. The walking mechanism permits to convert the chassis in a transport position, displacement of rover’s center of mass so as to optimize the load on motor wheels. In wheeled motion the walking mechanism realize function of the active suspension for adaptation of the locomotion system to the surface features. On friable soils where wheeled locomotion is difficult or impossible, wheel-walking mode improves trafficability.     

两轮小型移动机器人的底层运动控制器设计

描述了一种简单有效的、适用于两轮小型移动机器人的底层运动控制器的具体实现方法．并将底层运动分为4种基本的运动形式进行分段控制,方便高层系统的调用,准确实现了任意要求的运动轨迹和运动姿态,提供了机器人完成复杂任务的基础条件。     

基于FIS理论的Myard环形组网机构运动学分析

为揭示折展机构连续与瞬时运动的本质与代数关联,将有限瞬时旋量理论(FIS理论)应用于一类过约束折展机构的分析中,提出包括折展单元及其组网机构的运动学分析方法。首先介绍了FIS理论的基本原理、Myard机构和Myard环形组网机构的组成原理。其次对于Myard机构,通过选定合适的初始位形,以构建有限旋量闭环方程的方式解决了折展单元的关节运动参数映射,基于旋量三角积与螺旋运动的定义提出了基于有限旋量的轨迹求解方法,随后由有限与瞬时旋量的微分映射关系得到Myard机构的速度模型。在此基础上,结合参数化的等效广义副将3-Myard环形组网机构简化为单闭环机构,以求解机构的参数映射关系,随后借助与Myard机构相同的分析流程便得到组网机构的位移与速度模型。提出折展单元及其环形组网机构的关节参数映射、运动轨迹和速度模型的分析方法,丰富了折展机构的运动学分析理论,为解决折展单元及其组网机构的运动学分析问题提供了新选择。     

某车载固面可展开天线反射体结构建模与分析

某车载6.3 m口径固面可展开天线反射体由瓜瓣面板、背架、展开机构、底座和固定面支撑梁组成。根据不同结构与可展开机构部件的特点,建立了天线反射体有限元模型,开展了模态分析、自重载荷力学分析和风力载荷分析。仿真结果有效揭示了天线反射体模态与型面精度的变化情况,指出了可展开特性带来的反射体周向刚度较弱的问题,可为后续的结构设计与机构集成提供指导。     

Multiple-motion mode switching robot platform

Developing an intelligent robot platform that has multiple motion modes and can actively adjust the motion mode according to an operation situation is necessary in resolving the inability of single-mode robots to adapt completely to complex environments. In this study, we designed a robot that has multiple motion modes and can switch freely in these existing modes. The robot has the following modes: Four-legged walking, two-legged walking, pulse scrolling, and crawler movement. In the robot’s design, these modes are not just simple mechanisms involving superposition and motion switching. These modes involve a degree of freedom in reuse, thereby reducing the number of drives and obtaining a compact structure while achieving a coherent transition of each action mode. For higher load ratios, motion continuity are increased. The robot platform can balance itself during movement by adjusting its own mechanism or providing additional force and change its shape and posture over some obstacles by adjusting its own mechanism.

     

空间大口径光学望远镜可展开主镜动力学建模研究

采用混合坐标法建立了某空间光学望远镜可展开主镜的动力学模型。在建模过程中采用固定界面子结构模态综合法,用主镜中各分瓣子镜的弹性正则模态和静力校正模态组成的模态集来表示结构变形,仿真分析了镜片柔性对系统动力学特性的影响。仿真结果表明,实际工程应用中镜片柔性对系统的影响不可忽略。