一种适应复杂路况的变形车轮研究

基于平面机构理论,介绍了一种适应复杂路况的变形车轮,首先设计了变形车轮的相关参数并建立了力学建模,推导出变形前后车轮总转矩、正压力转矩和摩擦力的公式,然后基于MATLAB软件分析了变形车轮变形前后车轮总转矩、正压力转矩和摩擦力的变化情况,最后证明了变形车轮具有良好的越障性能,对于验证和推广变形车轮的设计提供了参考。     

变形轮式爬楼越障机器人分析与设计

针对现代机器人爬越障碍物相对困难的问题,提出一种新型变形轮式爬楼越障机器人的设计方案。根据变形轮的受力进行分析,构建机器人的爬楼越障运动模型,并利用几何关系对模型进行求解。结合常见障碍物的形状尺寸(如楼梯),分析变形轮式爬楼越障机器人的综合尺寸,使机器人的变形轮可实现圆轮式和变形轮式的移动变换。最后对样机进行实验,实验结果显示该爬楼越障机器人的变形轮具有较高的机动性和较强的越障性,且可适应不同复杂程度的路况。     

行走轮

本文介绍一种新型结构的行走轮(作者发明证书929532),即桥式吊、龙门吊和塔吊运行机构的行走轮,采用此种结构,可大大地提高其使用寿命。如图所示。图中1、2、3分别表示行走轮的轮毂、轮盘、轮缘。用螺栓把可换弹性轮缘4和非弹性轮缘5紧固在行走轮的环槽内。在非弹性轮缘的槽内装有橡胶圈,以使两个轮缘(4、5)相隔离。为了便于装配,将轮缘和橡胶圈先分装在一起。为增强柔韧性在弹性轮缘内做出一些径向槽,在吊车承载运动时,钢轨和行走轮之间可能会产生弯曲变形.此时钢轨侧面紧压弹性轮缘,使其弯曲变形,同时压紧橡胶圈。卸载后弯曲变形消失,弹性轮缘和橡胶圈恢复了原有的形状,这种结构的行走轮可提高使用周期,因为轮缘有较高的变形能力,所以可减小行走轮与钢轨之间的摩擦力。此外,     

变形轮式移动机器人的机构设计与仿真分析

针对当前变形轮式移动机器人的变形轮姿态调节、下台阶缓冲等问题,基于机械自锁原理,设计了一款新颖的变形轮式移动机器人.借助"推杆"与"平面螺旋副"间的自锁作用,设置升降式万向轮机构,有效地解决了变形轮"轮片回缩现象",优化了系统的机构控制.该机器人具备可升降的万向轮机构,可有效保证系统的越障能力,降低下台阶过程中的冲击作用.通过对轮子半径、中心距等关键结构尺寸进行设计,提高了机器人的越障稳定性.仿真分析验证了设计方案的有效性.     

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。     

基于半转机构月球车硬地面越障性能分析

针对半转机构月球车的结构特点,对月球车在任意路面的越障能力进行了分析。由于任意路面越障模型相对复杂,可以建立的独立平衡方程数目少于未知变量数,为此提出了一种新的越障能力评价指标,指出摩擦力解空间的可行域面积越大,轮腿越障能力越强;当轮腿所受摩擦力可行域不存在时,机构将不具有初始条件下的越障能力。建立了在约束条件下月球车在具有坡度地面和一定越障高度的越障力学模型,并通过寻找轮腿所受摩擦力解空间可行域的方法,对单轮腿在具有坡度地面上单独前进越障性能进行了仿真研究。仿真结果表明:在越障高度及与地面接触角相同的情况下,后轮腿的越障能力比前轮腿强。     

变形轮移动机器人性能分析与仿真

设计了一种变形轮移动机器人,通过控制舵机来实现轮式结构和三轮辐弧形腿式结构之间的相互转换。应用变形轮工作原理,对其进行了运动学建模和越障能力的分析,运用Adams软件对变形轮移动机器人进行越障能力的动态仿真,验证了运动学分析的正确性,并得到了位移、速度、加速度的运动规律曲线;运用Abaqus软件对其进行有限元仿真,得到了应力应变图及振型图。分析表明,该移动机器人强度、刚度及振动满足设计要求。研究为变形轮移动机器人的理论研究提供了重要参考。     

轮腿式可变形车轮设计及整车控制研究

针对当前复杂地形与路况对整车机动性及越障能力的需求，设计了一种轮腿式可变形车轮结构，该车轮结构可在不同地形与路况下进行轮式与腿式的状态转换。介绍了可变形车轮的设计原理并对结构参数进行了计算与优化，分析得到了轮腿式可变形车轮最大变径比。设计了一套简单有效的轮腿式可变形车轮智能变形控制系统，并据此开展整车布局设计，分析整车运动过程。制作并搭建了样车平台，通过实验测试了整车的机动性与越障能力。结果表明该变形车轮可在轮式与腿式状态下快速智能转换，使得整车系统可同时在结构化与非结构化路面稳定行驶，具有较高的机动性与越障能力。     

关于变质心在四轮月球车上应用的研究

基于变质心想法,提出了新型变质心月球车构想。为确定变质心在四轮月球车应用的可行性,通过对月球车进行越障性能的理论分析,分别建立了该月球车两前轮、两后轮、单个前轮、单个后轮四种情况下越障的数学模型,通过对其进行求解,给出了四种情况下月球车越障高度和车辆几何参数间的关系;分析了变质心对车辆越障性能的影响,最后对其进行了仿真验证,结果表明了变质心月球车越障的优越性。     

一种关节式轮履混合机器人的设计与运动分析

针对移动机器人在发展中存在的问题,综合轮式、履带式等不同移动机构的特点,设计了一种关节式轮履混合机器人,详细分析了其机械结构。该机器人具有多种运动模式,根据运动环境的不同,可以在纯轮式运动与纯履带式运动间切换。基于齐次坐标变换矩阵分析了机器人的质心稳定性与越障性能,建立了其质心方程与越障方程。实验证明,这种机器人能够充分发挥轮式运动与履带运动的优点,机动灵活,速度快,并且具有很强的地形适应能力和越障能力。     

轮履变结构反恐机器人设计及运动学分析

针对轮履复合式反恐机器人轮和履带分开设计,结构不紧凑的问题,提出一种轮履变结构反恐机器人新型机构设计。轮式移动和履带式移动可相互转变,使机器人具有机构可重构的特点,从而使机器人体积减小,结构更加紧凑,既能采用轮式方式快速移动,又能采用履带方式进行越障。通过对机器人进行运动学分析和在RecurDyn软件中进行越障仿真研究,验证了机器人的越障性能,同时为后续机器人实验研究提供了理论依据。     

小型轮履腿复合式机器人设计及运动特性分析

针对在室内外环境下对小型移动机器人的运动要求,综合轮式、履带式和腿式运动机构的优点,研制开发了一种多运动模式的小型轮履腿复合式移动机器人。该机器人可以进行轮式高速运动、履带或腿式越障等多种模式的运动。对其运动特性、越障性能、自动复位功能进行了详细的分析。采用的嵌入式控制系统保证了机器人功耗低、可靠性好、实时性高的控制要求。试验表明,这种移动机器人运动灵活,具有很好的环境适应性和较高的越障能力。     

轮履复合变体轮的结构设计与动力学仿真分析

提出了一种适用全地形、采用轮履复合技术的新型移动底盘车轮设计方案.分析了变体轮的工作机理,完成了变体轮结构设计,同时根据多体系统动力学理论,应用RecurDyn软件对变体轮底盘车辆进行了仿真分析,验证了其越障性能,并进行了样机试制.试验结果表明,该样机能够通过自变形实现轮式与履带式结构互换,达到车辆行驶过程中高机动性与高通过性相结合的目的.     

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。     

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。     

铰接式串联八轮机器人越障机理研究

针对轮式机动平台在非结构化环境的工程需求,首创了一种主被动联合越障的铰接串联八轮机器人。机器人包括两台对称车体,由液压铰接机构连接,控制液压缸行程和刚柔状态切换,可以实现机器人位姿变换,适应地面障碍。建立了机器人质心运动模型,分析了机器人在垂直墙、壕沟的越障机理,在ADAMS进行越障性能仿真,并进行了样机实验。研究表明,该八轮机器人可攀爬高度为1.5倍轮径的垂直墙,通过宽度为1.5倍轴距的壕沟,具有良好的非结构化障碍通过性能。     

一种变体式轮履复合车轮的通过性分析

针对兼具轮式和履带式优点的变体式轮履复合车轮,运用车辆通过性理论,对其在轮式状态下和三角履带状态下的通过性进行力学分析,并利用Recurdyn软件对两种状态下通过凸台进行仿真分析,然后对比仿真结果,验证了三角履带状态比轮式状态有更好的越障能力,体现了变体式轮履复合车轮的越障优越性。     

新型轮腿式地面移动机器人的结构设计与运动特性分析

依据平行四边形悬挂机构的运动特性设计的轮式移动机器人具有良好的越障性能,通过结合摆臂和行星轮机构而设计的新型轮腿式地面移动机器人克服了原有机器人不能跨沟的缺陷,对外界非结构化的路面环境具有良好的适应能力。详述了该新型轮腿式机器人的结构特点,对该机器人的运动特性进行了分析,并利用拉格朗日方程建立了该机器人越障状态下的动力学模型。采用一组可行的结构尺寸,利用ADAMS软件建立虚拟样机模型验证了该地面移动机器人的可行性。     

轮履复合式安保机器人移动系统研究

提出了一种新型轮履复合式安保机器人的移动系统设计方案,该移动系统的轮履复合结构设计是机器人底盘设计的关键。根据不同工况路面的移动要求,在轮履复合机构的作用下,机器人可实现轮式移动和履带式移动的变换以调整其运动姿态。结合典型的爬楼越障运动详细分析了机器人的越障过程,进而分析了该机器人的尺度综合。最后进行样机试验,试验结果表明该机器人的轮履复合式移动底盘具有很高的机动性和较强的越障性,且可适应多种复杂路况。     

直轮驱动式自适应管道机器人通过性能研究

提出一种具有良好越障性能的直轮驱动式自适应管道机器人。首先建立机器人越障的动力学模型,并通过分析得出影响机器人越障的主要因素,然后对机器人通过环形障碍物的状态进行仿真分析,最后搭建实验平台,进行实验验证。研究表明：该机器人能够稳定越过障碍,且满足设计要求;管道机器人的质心会一直保持在管道的中心轴线上,而相应的3个驱动部分的质心会呈120°对称分布管道中心轴线周围,机器人最大越障高度为6mm;越障时,机器人的电机转矩随越障高度的增大而增加,但实际电机转矩始终小于电机最大转矩。直轮驱动式自适应管道检测机器人能在内径（160～180）mm左右的管道中爬行,能够越过不高于6 mm的障碍,对管道检测机器人的设计与研究具有重要的参考价值。