三臂机器人在轨动力学仿真

根据航天机器人太空作业的需要,设计了三臂机器人简化模型,应用D-H方法建立了坐标变换矩阵,推导了该机器人的运动学方程。基于ADAMS虚拟样机技术,分别在三种重力场环境下,对机器人的爬杆过程进行仿真,得到了机械手攀爬过程受力曲线,分析了影响机械手夹持力的主要因素,从而为这类机器人的设计提供参考。     

丝杆移动型爬杆机器人的机构设计与分析

夹持式机器人已成为主要的攀爬机器人,其两端手臂对攀爬对象夹持的安全性与可靠性是机器人重要的前提条件。丝杆移动型爬杆机器人的攀爬过程分为手臂台升降、身体复位和绕杆检测三个阶段。首先对机器人前两个阶段的丝杆进行受力分析,确定整机设计参数;再通过ADAMS对机械臂与杆的夹持过程进行动力学分析,根据机械手加速度曲线优选最佳受力时间,进一步分析各杆的角加速度,确定整机的可靠性;最后将机械臂简化为梁单元,进行有限元非线性屈曲分析,验证梁的安全性,并对携带传感器的机械臂进行优化,减轻重量。     

蠕行式仿生变直径杆爬行机器人的设计

设计研发了一种利用电机驱动凸轮机构、曲柄连杆机构、摆杆机构等实现在变直径杆上攀爬的非智能的蠕行式仿生爬杆机器人。在对机器人灵巧的结构和工作原理作出说明的基础上,进行了运动学建模和仿真分析。实验表明,该机器人爬行稳定,工况好。     

电力铁塔攀爬机器人直线推杆机构设计与分析

面向输电系统检测及维护作业的自动化,提出并设计了一种可以在电力铁塔表面自由移动的五自由度双臂关节式攀爬机器人,以期代替人工完成危险的高空攀爬检测作业任务.该电力铁塔攀爬机器人机构紧凑,左右机构对称,创新采用直线推杆机构实现两臂张合功能,此机构可良好支撑机器人双臂,相比传统关节设计采用的大转矩电机直驱方式,大幅度降低了对驱动电机的转矩要求.建立了机构CAD模型.进行了静力学分析,并在动力学仿真软件Adams软件环境下进行仿真.通过和电机直驱关节方法比较,分析和仿真结果均表明采用直线推杆机构可减小驱动电机转矩.样机试验结果表明电力铁塔攀爬机器人系统的设计组成原理合理,系统方案成功可靠.     

双爪式爬杆机器人的夹持性能分析

双爪式攀爬机器人已成为一类重要的和主流的攀爬机器人,这类机器人中两端手爪对攀爬对象抓夹的安全性和可靠性是攀爬的前提条件和基本要求,也是一个关键问题。基于此,在介绍自行开发的双爪式爬杆机器人Climbot之后提出这类机器人抓夹圆杆时的夹持力封闭性问题,对封闭性进行论证。分别分析机器人进行平面攀爬和空间攀爬时对支撑端夹持器产生的负载形式,建立其力平衡模型。基于该模型,计算夹持器的各种尺寸参数对夹持性能的影响,并对计算结果进行系统的分析。通过几组攀爬夹持试验对提出的夹持模型进行验证。结果对夹持器的设计和攀爬安全性的保证具有重要的参考和指导意义。     

输电铁塔攀爬机器人夹持机构设计

针对输电铁塔危险部位的检修工作,设计了一种新型攀爬机器人;根据攀爬机器人的运动环境和夹持方式,设计了一种由磁吸附和机械夹持结合的复合结构,以保证夹持的可靠性和准确性。该夹持手爪由一个电机驱动,通过齿轮传动带动螺旋升降机上下运动,从而实现爪部对角钢的夹紧;同时,通过电磁铁吸附角钢,实现对角钢的双重夹持,可有效抵御攀爬机器人在铁塔上的坠落危险。介绍了夹持机构的设计过程,建立夹持机构的三维模型,对其进行了静力学分析和仿真;并通过实验验证了其合理性。     

一种步态爬杆机器人的运动分析

介绍了一种步态机器爬杆运动,此运动是主要由上手臂、下手臂、上手部、下手部、臂部转动电机、腕部转动电机、夹持驱动电机相互配合来实现臂部关节步态翻越,腕部关节俯仰及手指对所爬杆件的夹持完成。实现该运动方式的结构简单,运动分级协调,工作稳定性高,能够快速攀爬各种弧度的杆体且能够翻越障碍物,适合用于实施对圆柱、类圆柱塔类建筑、工程设备的安装、检修、拆卸等工作,综合效益高。     

爬圆锥杆轮式机器人的设计及动力学研究

为实现目前路灯杆的清洗及喷漆工作,在已有爬等直径杆机器人基础上,基于可在圆锥杆上爬行的轮式机器人结构,进行了理论分析计算;将得到的结果导入ADAMS中进行仿真,对上升过程中的侧倾现象进行分析,发现弹簧刚度不够是主要原因;针对弹簧力和杆直径变化关系,重新计算了弹簧刚度,得到了平稳的上升过程;针对弹簧刚度过大出现打滑的现象,最终得到了适合此类结构同样重量机器人的弹簧刚度范围。通过仿真可知,采用上升过程确定的主要参数,机器人下降过程同样稳定。     

新型电力铁塔攀爬机器人的设计及攀爬步态分析

针对现有电力铁塔攀爬机器人存在的结构复杂、稳定性差、越障能力不足等问题,这里设计了一种新型电力铁塔攀爬机器人并对其攀爬步态进行了分析.通过选取电力铁塔主材上的脚钉为夹持对象,采用机械电磁复合手爪夹持方式等创新性的方法,简化了攀爬机器人的结构,提高了夹持稳定性,解决了避障难题.然后使用Workbench对关键受力部件进行有限元分析并利用Robotics Toolbox对机器人的攀爬过程进行了建模仿真,仿真结果表明攀爬机器人机械结构及攀爬步态设计合理,验证了新型电力铁塔攀爬机器人在实际工作环境中应用的可行性.     

煤矿巷道架管机器人机械手爪设计

针对煤矿巷道架管机器人存在所需夹持力超过管道材料许用应力问题,提出了一种新型巷道机器人机械手爪,实现了管道的夹持.完成了机械手爪中主要零件的结构设计及参数设计,通过有限元分析优化了机械手爪结构,并完成了结构的优化分析,验证了结构的合理性,得到了一组理想手爪关节尺寸:远关节L1=52.8 mm、中间关节L2=66 mm、近关节L3=50.16 mm;并利用AD?AMS建立了机械手爪虚拟仿真的样机模型,仿真分析表明:上下夹爪中间关节在0～1.5 s没有受力,中间关节与管道处于将碰未碰状态,在1.5 s后中间关节与管道接触且接触力不断增大,直至夹住管道,验证了所设计的机械手爪设计合理,能够实现管道的稳定夹持,为今后巷道机器人夹持部件的设计提供了思路.