四周履带式蛇形机器人研制成功

四周履带式蛇形机器人是国家自然科学基金项目。国内外现有的蛇形机器人有多种形式,其移动机构或为带式,或为轮式,或为肋骨蠕动式等等,它们都有一个共同特点,就是只能靠蛇身下侧面移动。一旦在移动过程中,因路面崎岖造成“蛇身”翻转,例如“蛇身”的下侧面翻仰至上面或侧面着地或由于路面急倾斜使得下侧面与某侧面同时着地,它将无法移动。而在倒塌的建筑物内、矿山采空区内和崎岖的洞穴内,上述情况是经常发生的,现有结构的蛇形机器人均无法适应。四周履带式蛇形机器人恰恰能适应这种环境,当发生上述情况时,它均能正常移动,越障…     

多体柔性永磁吸附爬壁机器人

为实现永磁间隙吸附式爬壁机器人在复杂空间曲面上的可靠吸附与灵活运动,在分析爬壁机器人复杂空间曲面运行须解决的关键问题的基础上,基于爬壁机器人的多体动力学仿真和样机试验,设计了采用多体柔性吸附系统的间隙吸附式爬壁机器人,即爬壁机器人由轮式移动机构和吸附系统组成,吸附系统安装在轮式移动机构的底盘上,且和壁面是非接触的.吸附系统由多个相互独立的吸附装置构成,每个吸附装置通过具有2转动自由度的连接机构和轮式移动机构连接,并由被动的万向滚动轮部分或完全支撑在壁面上,各吸附装置在吸附力的作用下可自调节相对于壁面的位姿.对多体柔性吸附系统的曲面适应性进行优化.仿真及试验结果表明,多体柔性吸附爬壁机器人可自适应壁面形貌和曲率的变化,它在表面是复杂空间曲面的壁面上运行时的吸附和运动性能接近在平整壁面上运行时的相应性能,吸附可靠且运动灵活.     

复杂曲面水轮机叶片坑内修焊爬壁机器人的设计

为了实现三峡等大型电站水轮机叶片坑内修焊,设计了一种具有特殊永磁体布置方式的新型轮式爬壁机器人.该机器人采用差动驱动的轮式移动机构.机器人的永磁体围绕车轮集中、对称布置,使得机器人在叶片曲面上能保持稳定的吸附力.实验结果表明所研制的样机在叶片上吸附稳定,移动灵活,能满足水轮机叶片坑内修焊的要求.     

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。     

一种基于SMA的微小型蠕动机器人

介绍了一种SMA驱动的微型轮式蠕动机器人的结构和控制系统。它采用轮式移动结构，打破近年来微小型机器人多采用腿式结构的传统。重点分析了并联式SMA驱动器和轮式移动机构的设计。微型机器人采用并联式SMA驱动器仿生蠕动输出力和位移，刚／弹耦合机构显著增大了微型机器人的前进步距，车轮逆向锁定机构控制了运动方向，确保了车轮滚动前进，实现了较高速度的运动。     

柔性轮式移动弹跳机器人设计与运动性能研究

为了提高机器人在复杂环境中的适应性能,解决弹跳机器人姿态调整和翻转复位的问题,设计一种柔性轮系机构与集弹跳、调姿和翻转复位一体的多链弹跳机构结合的柔性轮式移动弹跳机器人。运用柔性轮系机构实现机器人平坦路面快速稳定的移动,通过柔性轮的弹性变形消除弹跳运动的部分落地冲击力,并基于铁木辛柯梁理论对柔性轮进行受力变形分析。多链弹跳机构能实现机器人的弹跳运动、起跳角度调节和落地后翻转复位,具有单机构多功能的特点。设计了一种复合螺母机构,当复合螺母机构的螺母片闭合时,储能电机驱动丝杆转动实现机器人弹跳储能;当螺母片分离时,瞬间释放弹簧的弹性势能实现机器人的弹跳运动。运用ADAMS对机器人的姿态调整、弹跳运动和翻转复位进行仿真,研制柔性轮式弹跳机器人原理样机并进行弹跳运动实验,结果表明,该柔性轮式移动弹跳机器人的设计具有可行性。     

一种轮式机器人全方位移动机构的研究

在分析轮式机器人自由度的基础上,给出了自行设计的一种轮式机器人全方位移动机构的结构设计,并对其运动学和动力学进行分析,给出了详细的运动学和动力学模型方程。     

轮式移动宜人机器人可变刚度腰部机构设计

轮式移动宜人机器人是一个仿人机器人技术研究平台,它由正交轮式移动平台、腰部、双臂、躯干及头部组成。仿人机器人腰部的构成对其运动学、动力学性能起着重要的作用。分析了目前仿人机器人腰部机构存在的问题,提出了一种具有可变刚度特征的仿人机器人腰部设计方案。设计方案使仿人机器人具有良好的柔顺性,提高了机器人与人协作时的安全性、稳定性和抗干扰能力。着重分析了腰部机构的运动学、动力学以及可变刚度特性。     

电动弹跳轮式复合机器人结构设计

弹跳机器人可以跃过数倍于自身尺寸的障碍物,与轮式移动方式结合可以大大提高机器人的活动范围和对地形的适应能力。研制了一种电动弹跳和轮式移动复合运动机器人,介绍了机器人的工作原理和机械结构,提出了一种可靠的机器人压缩和释放能量的机构,并对复合机器人进行了试验验证。     

轮腿混合机器人控制系统设计

设计了一种新型轮腿混合机器人,该机器人结合了轮式移动机构与足式移动机构的优点,阐述了机器人的总体结构。根据该轮腿混合机器人的运动要求和性能特点,设计了基于MEGA16单片机的整套机器人控制系统,该控制系统实现了用NRF2401无线控制机器人的基本运动。根据所遇路况,通过无线遥控可以控制和选择机器人的轮式运动和腿式运动两种工作模式,增加了机器人对环境的适应性。     

新型变结构球形机器人运动分析

针对已有的变结构球型机器人在连杆爬坡机构展开状态下无法进行转弯的缺点,改进了原有机构,使其成为一种在两种运动模式下都可以进行原地零半径转弯的新型球形移动机器人。由于新型机器人的后轮也能提供驱动力,因此其爬坡能力也大大增强。建立新型变结构球型机器人爬坡和转弯的力学模型,并用仿真软件分别对新旧几款球形机器人的爬坡运动进行仿真对比分析,通过仿真分析验证了力学模型的正确性和新型机构对于增强机器人爬坡能力的有效性。在此基础上,对影响新型机器人爬坡能力的参数进行分析,为进一步提高机器人越障能力提供了理论依据。最后,通过样机试验进一步验证了力学模型的正确性、机器人的转弯灵活性和新机构对于增强机器人爬坡能力的有效性。     

仿生移动机器人并联机构运动学正解的鱼群算法求解

基于改进的人工鱼群算法,提出了并联机构运动学正解的求解方法。构建了仿生移动机器人处于支撑状态的并联机构模型,应用螺旋理论计算了该并联机构的空间机构自由度,构建了仿生移动机器人并联机构的运动学正解模型,利用鱼群算法对正解模型的约束方程组进行设计。对鱼群算法所用数学模型进行了构建,对改进后的人工鱼群行为进行了算法描述。仿真结果表明,该人工鱼群算法具有良好的寻优性能,满足仿生移动机器人并联机构正解模型的求解要求。     

轮履复合式移动机器人设计及越障功能分析

进行了一种机器人行走系统的设计和越障功能分析。该系统采用轮履复合式移动机构,具有直线行走、左右转弯、通过凸台、攀越楼梯、跨越沟槽障碍等优点。从机构本体运动出发,分析了移动机器人各种路况下的通过性,得出其可行性条件。由分析可知,所提出的机器人行走系统适用于探测和救援等复杂环境。     

DEVELOPMENT OF A SHAPE-SHIFTING MOBILE ROBOT FOR URBAN SEARCH AND RESCUE

A portable shape-shifting mobile robot system named as Amoeba Ⅱ（A-Ⅱ） is developed for the urban search and rescue application. It is designed with three degrees of freedom and two tracked drive systems. This robot consists of two modular mobile units and a joint unit. The mobile unit is a tracked mechanism to enforce the propulsion of robot. And the joint unit can transform the robot shape to get high environment adaptation. A-Ⅱ robot can not only adapt to the environment but also change its body shape according to the locus space. It behaves two work states including the linear state （named as I state） and the parallel state （named as Ⅱ state）. With the linear state the robot can climb upstairs and go through narrow space such as the pipe, cave, etc. The parallel state enables the robot with high mobility on rough ground. Also, the joint unit can propel the robot to roll in sidewise direction. Two modular A-Ⅱ robots can be connected through jointing common interfaces on the joint unit to compose a stronger shape-shifting robot, which can transform the body into four wheels-driven vehicle. The experimental results validate the adaptation and mobility of A-Ⅱ robot.     

基于正弦输入的球形机器人运动控制

球形移动机器人具有结构紧凑,动作灵敏,适合在缺少人为干预的恶劣环境中应用。由于球形移动机器人属于非完整约束系统,传统的运动控制理论在这种机器人上无法应用。论文首先介绍BHQ-1球形移动机器人机构和运动原理,其次根据欧拉角描述方法建立了球形机器人的运动学模型,并对输入量进行变换得到一个可用正弦输入进行控制的双链系统。最后利用正弦输入方法得到轨迹仿真图。     

一种足式移动机器人的混合视觉伺服控制方法

针对一种配有单目相机的足式移动机器人,提出一种基于图像单应性的混合视觉伺服方法,利用单应性矩阵中的元素构造状态变量估计估计机器人相对位姿,使机器人在缺乏深度信息的情况下可准确到达目标位姿。相较于轮式移动机器人,在足式机器人移动过程中,足式机构的间歇性运动直接影响机器人视觉反馈过程和伺服控制系统的准确性和稳定性。为解决这一问题,通过分析足式机构运动学并建立足式机器人移动速度与电机转速的映射关系,使控制器可以更准确地调整机器人运动速度。考虑到足式机构运动对视觉反馈环节的影响,提出一种改进型自适应中值滤波算法提高位姿估计精度。伺服环节设计了滑模控制器,并采用李雅普诺夫方法证明了控制系统的稳定性。最后,利用CoppeliaSim软件搭建足式移动机器人虚拟模型,通过仿真验证了所提出控制方案的可行性与有效性。     

基于红外定位的微小型自重构移动机器人

为了提高微小型移动机器人的作业能力,提出了一种模块化的微小型自重构移动机器人系统。系统中每个单元机器人既可以作为动力单元,拖动其他机器人进行探测,也可以独立成为通信节点,扩大系统的通信范围。单元机器人由中央处理模块、通信模块、驱动模块、对接模块和定位模块组成。多个单元机器人可以彼此对接构成组合机器人。为了实现微小型化,设计了基于红外信号强度的定位方法。并针对现有对接技术的不足,结合电磁式重构机构与机械式重构机构的优势,提出一种新型的自动对接方法。最后进行了机器人之间的对接实验,实验结果证明了机器人设计的合理性。     

具有自适应能力管道机器人的设计与运动分析

提出并研制一种基于自适应移动机构的管内探查机器人.通过对机器人传动机构的设计,实现了在不增加驱动电动机数量的前提下,机器人具有适应不同管道直径的能力.机器人的传动机构能够在管道直径改变时,自动地改变行走部件的输出形式以克服障碍,完成越障任务.在没有应用链式多节构型的情况下,机器人配备一个驱动电动机就能够完成越障任务,改善了传统螺旋驱动式机器人越障能力不高的问题,同时也提高了对驱动电动机的使用效率.为了分析试验中发现的机器人保持架自转现象,对机器人进行运动分析,并由分析结果对相关部分进行改进.试验结果表明,该机器人能够在内径为190 mm和180 mm的管道中行进,并能够顺利通过两节管道间形成的同心台阶障碍,验证了自适应移动机构的行走能力.     

球—轮复合可变形机器人的结构设计与分析

设计一种将球形机器人与轮式机器人运动特点相结合的可变形移动机器人。该移动机器人可以适应多种复杂的地形环境,自身几何形状发生变化以实现球形和轮式机器人互换。球—轮复合型移动机器人的机构系统由可变形球壳、球体推进装置和轮式驱动装置组成。通过对可变形球壳的拉伸和收缩实现球形和轮式机器人之间的角色交换。运用理论推导和参数优化等方法对球—轮复合型移动机器人中的变形球壳、车轮、和驱动重摆的结构尺寸进行分析,并通过仿真试验验证了机构尺寸参数选择的合理性,为该复合型移动机器人的机构设计提供了理论依据。最后通过实物试验验证,证实了该移动机器人实现的可行性。