薄煤层工作面巡检机器人越障动力学建模与分析

设计了一种适应煤矿井下薄煤层工作面环境的关节式巡检机器人。完成了巡检机器人的机械结构设计,对攀越障碍时的动作进行了规划,并对越障过程中的初始状态和临界状态进行了动力学建模和分析,得到了驱动电机扭矩与越障高度和自身倾角之间的关系,为电机选型奠定了理论基础,进一步提高了巡检机器人的环境适应能力。     

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。     

三角履带爬壁机器人越障动力学建模与仿真

针对一些工作场合对爬壁机器人有较高的越障性能要求,设计了一种包含4个三角形履带轮组构成的磁吸附爬壁机器人。首先设计了三角履带爬壁机器人的整体结构,研究了越障过程中机器人结构变化,以及爬行越障和翻转越障通过原理。建立了翻转越障过程动力学模型,该模型体现了机器人机构尺寸等因素对电机输出力矩的影响。根据此模型,能确定机器人越障过程所需最小驱动力矩。利用ADAMS软件进行仿真验证,仿真结果证明了动力学模型的正确性,表明了机器人结构简单,具有较强的越障能力。     

井下探险救援机器人的设计

对井下探险救援机器人的移动机构、传动系统和控制系统进行了设计,该设计使机器人履带变形的运动控制变得非常简单,提高了井下救援机器人越沟、爬坡、越障能力。     

双曲柄滑块机构变形履带机器人越障机构设计和分析

提出了一种采用对称布置的双曲柄滑块机构改变履带外形的越障机器人。该机构能够通过曲柄的转动对履带的外形和张紧力进行主动控制,以使履带的形状更好的与障碍物相适应,从而提高机器人的越障能力。对该机器人的结构和原理进行了阐述,并对其越障原理和越障能力进行了分析,为变形履带机器人的设计提供了新的思路。     

基于旋翼负压混合吸附的爬壁清洗机器人系统动力学性能研究

针对爬壁清洗机器人越障时,负压装置的吸附力下降导致吸附不稳定的问题,设计了一种旋翼负压混合吸附工作的多边形履带清洗机器人,并对爬行稳定性及越障性能进行了动力学分析。首先根据机器人爬壁的运动原理,建立机器人沿玻璃幕墙上的动力学模型,计算出电机理论驱动力矩;其次分析机器人在跨越障碍过程中的运动模型,结合与壁面接触的实际受力状态,对越障过程中关键阶段的本体倾翻、滑移两种失效形式进行运动学和动力学分析;然后根据玻璃幕墙实际的障碍高度,确定多边形履带的参数和理论驱动力矩的大小,并研制了实验样机进行爬行和越障试验,结果表明所设计的机器人具有良好的越障性能。     

一种新型复合式可爬梯轮椅结构设计与分析

为了解决老年人和残疾者上下楼梯困难,设计了一种新型的行星轮-履带复合式可爬梯轮椅结构。采用行星轮-履带复合机构实现爬梯越障的功能,轮椅驱动采用1个电机,星轮采用链传动实现爬梯、平地行驶。该结构结合履带装置,可有效减轻星轮式轮椅振动且提高了传统轮椅的越障能力。在对比现有爬梯轮椅机构特点的基础上,介绍一种星轮-履带结合的新型轮椅机器人的机构方案,并分析轮椅的工作原理,建立数学模型进行爬梯过程运动学与动力学分析。结果表明,轮椅可以安全爬越大部分楼梯。轮椅的结构设计合理,实现爬梯和平地移动功能的结合。     

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。     

基于ADAMS的双曲柄滑块机构变形履带机器人越障过程分析与仿真

针对复杂环境下移动机器人越障性能的要求,提出一种采用双曲柄滑块机构改变履带外形的越障机器人。利用被动自适应装置,对履带变形过程的张紧力进行主动控制。介绍了该机器人的整体结构,阐述了其越障机构的设计和实现过程,分析验证了履带变形前后长度保持不变。为检验设计方案的有效性,对机器人爬坡、攀爬台阶和转向过程进行了分析,并利用ADAMS软件进行仿真。通过动画模拟机器人越障、转向的实际过程,验证了其越障、转向性能。     

自适应锅炉管道检测机器人的越障性能研究

针对电厂锅炉管道内移动作业机器人的越障策略及其运动控制,选择环形台阶这种管道中的典型障碍,建立了跨越台阶型障碍时的机器人力学模型,分析其最大越障能力。利用SolidWorks建立机器人的三维模型,将模型导入ADAMS中建立其仿真模型;进行针对不同台阶高度的越障仿真试验,分析越障过程中履带足电机输出力矩、自适应机构的弹簧力等参数的变化规律。结果表明:机器人的主体质心在越障过程中始终与管道轴线重合,3个履带足质心时刻围绕机器人主体质心对称变化;随着台阶高度的增加,机器人电机力矩和弹簧力呈正相关上升,最大能够越过台阶高度为23mm的环形台阶障碍。     

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。     

主从履带复合式越障机器人粘土坡面行走研究

越障机器人成为当今研究的热点,为了研究主从履带复合式越障机器人的行走系统的稳定性,在开发设计的主从履带复合式越障机器人虚拟样机的基础上,对履带接地比压与沉陷深度的关系和履带板与路面间的附着力进行了详细分析,随后详细研究分析了主从履带复合式越障机器人虚拟样机在20°粘土坡面环境中的行走状态。分析得出样机在行驶过程中主履带链轮转矩和从履带链轮转矩的曲线,这些结果分析表明该样机模型设计的正确性,可靠性。     

履带式核应急机器人攀爬台阶性能分析

针对核事故环境中核应急机器人的越障能力特点,设计了倒梯型履带式核应急机器人。与普通型履带结构相比,该机器人具有强越障性同时结构更加简单紧凑。张紧装置在机器人越障过程中可时刻让履带处于张紧状态,并且可以有效减小机器人所受到的冲击力。在此基础上,以攀越台阶为例对机器人进行数学模型计算分析,分析了机器人越障的临界条件与最大理论值。并用RecurDyn动力学软件建立仿真模型,对比分析机器人越障能力的理论值和仿真试验值,分析张紧装置对机器人爬越台阶稳定性的影响。结果验证了最大理论高度的准确性,为研究核事故环境下机器人越障性能提供了参考。     

双面履带式抗翻转机器人的设计

研发了一种探知复杂地面环境的抗翻转双面履带机器人,包括机器人本体结构设计、参数优化分析和控制模块三个部分内容。机器人本体设计采用了运动稳定和越障能力很强的履带式传动,对机器人的外观作了新颖的设计;针对履带机器人履带容易脱落的问题进行了分析从而找到解决方法;采用无线网络远程控制和现场信息实时反馈的方式达到探知环境信息的目的。机器人运动灵活,对环境的适应性强。在火灾和矿井事故现场探测有广阔应用前景。     

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,...     

并联构型四履带足机器人的越障特性分析

对自行设计研制的并联机构型四履带足机器人行走机构的越障能力进行了分析,给出了该机器人可以越过的最大垂直高度与车体参数之间的关系,并与普通的四履带和双履带行走机构进行比较,证明了该行走机构具有很强的越障能力和越障平稳性。     

基于ADAMS的可变履带式井下探测机器人研究

针对煤矿产业生产过程中频发瓦斯、煤尘等爆炸事故,因救援不及时而造成较多人员伤亡的问题,设计一种可变履带式井下探测机器人,其行走机构能够实现翻越连续台阶、圆台地形、矩形凸台、梯形凸台、斜坡地形和沟道地形等,具有较强的对复杂地形的适应能力和爬坡越障能力;其转向机构能够克服履带式机器人转弯速度慢,转弯半径大,转弯效果差的缺陷,具有良好的对井下灾区现场地形的转向能力和平衡能力。再使其深入到井下灾区现场进行环境探测,将现场信息及时反馈到救援指挥中心,辅助指挥人员进行紧急决策,为制定救援方案提供依据,为救援工作提供通信平台,为煤矿井下探测工作提供参考。     

矿井环境探测机器人的越障能力分析

为了研究履带机器人在面临复杂地形时的通过性,从运动学的角度出发,分析了机器人在面对单一的台阶和沟道时的越障机理以及越障能力,并在此基础上,研究了机器人通过台阶与沟道的组合地形时的越障机理。以矿井环境探测机器人样机的参数为基础,求出了机器人的最大越障能力的理论值,并绘制了机器人在通过组合地形时,台阶高度与沟道宽度的2维关系图。得出了台阶高度与沟道宽度之间的关系。     

履带机器人越障能力优化

为提高大负载双履带式机器人越障性能,研究了一种搭载重型机械臂的双履带式底盘结构侦查机器人。拥有机械臂的双履带式底盘结构机器人为提高越障能力,可以通过利用改变机械臂姿态来优化越障性能。通过理论计算和仿真分析,得出了不同姿态履带机器人越障过程中所需转矩,及越障后地面对负重轮的冲击力,得出了履带机器人最优的越障姿态。本研究对其他双履带式底盘结构机器人提高越障性能和优化越障效果提供了重要的依据。     

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。