四连杆变形履带式机器人的越障性能分析

提出了一种基于四连杆机构的微小型履带式机器人结构,通过履带变形实现了机器人重心的偏移,有利于机器人的越障。采用数值计算方法着重分析了其翻越垂直路障的性能,并使用RecurDyn进行了虚拟样机运动学仿真。仿真结果和物理样机试验表明,机器人具有良好的垂直障碍通过能力。     

具有越障功能的小型地面移动机器人

针对在危险环境下对移动机器人的运动要求,研究了机器人系统的总体设计,提出了一种具有越障功能的小型地面轮履复合式移动机器人,阐述了其机构设计度其实现。分析了谊机器人通过台阶、斜面、楼梯等障碍时的越障特性。研制完成的第一台样机具有结构简单、体积小、质量轻的特点,通过实验验证了该机器人运动灵活,具有很好的环境适应性和越障能力。     

基于ADAMS的一种六足移动机器人的设计与研究

针对复杂环境对机器人的移动要求,提出了一种新型六足移动机器人的设计思想.设计了机器人的主要结构,对该机器人的设计进行阐述,并分析了其越障构态的变化特点.用静力学方法对机器人进行了越障理论分析,建立了六足机器人参数化模型,经ADAMS对机器人进行机构运动仿真,获得了机器人运动学特性曲线,为机器人总体系统设计与数值计算提供了参考依据.     

具有越障和避障功能的小型移动机器人设计

针对在复杂环境下对移动机器人的运动要求,采用行星轮传动机构设计一种具有越障和避障功能的移动机器人,对越障和避障过程进行性能分析,确定机器人的最大越障高度和最大转向半径。     

具有避障功能的小型地面移动机器人

针对在危险环境下对移动机器人的运动要求,设计了一种简易的具有避障功能的小型地面移动机器人,阐述了其机构设计及其控制实现。     

一种自主越障巡检机器人行走夹持机构

在机器人越障过程中，由于重力的影响使得机器人车体水平姿态发生变化，从而机器人自主越障变得十分困难。分析了超高压输电线路障碍物的类型，提出了一种新的双臂自主越障巡检机器人构型，该构型能够跨越输电线路上的障碍物。针对这种新构型，阐述了机器人行走夹持机构的工作原理和实现形式，着重分析研究了偏心夹持机构对保持车体水平姿态的机理。最后，通过越障实验验证了行走夹持机构的可行性。     

输电线巡检机器人行走动力特性与位姿分析

根据跨越超高压输电线路障碍物的类型,提出一种新的双臂自主越障巡检机器人机构。该机器人采用复合轮爪机构在架空地线上连续行走并跨越障碍。由于架空地线呈悬链线状,机器人在连续行走过程中会出现上坡和下坡,对行走动力特性的影响非常明显。在上坡时行走电动机提供驱动力矩,在下坡时行走电动机提供制动力矩,以保持匀速巡线。详细分析了机器人在架空地线上行走时所处的加速、匀速、减速和停止的各个状态,驱动机器人所需的驱动力矩以及它们与机构参数之间的关系,并应用优化方法给出各个状态电动机驱动力矩最小时,机器人机构参数对应的最优解,为巡检机器人的设计和控制系统方案的确定提供了理论依据。     

Design and Analysis of a Multi-Legged Robot with Pitch Adjustive Units

The paper proposes a novel multi-legged robot with pitch adjustive units aiming at obstacle surmounting.With only 6 degrees of freedom,the robot with 16 mechanical legs walks steadily and surmounts the obstacles on the complex terrain.The leg unit with adjustive pitch provides a large workspace and empowers the legs to climb up obstacles in large sizes,which enhances the obstacle surmounting capability.The pitch adjustment in leg unit requires as few independent adjusting actuators as possible.Based on the kinematic analysis of the mechanical leg,the biped and quadruped leg units with adjustive pitch are analyzed and compared.The configuration of the robot is designed to obtain a compact structure and pragmatic performance.The uncertainty of the obstacle size and position in the surmounting process is taken into consideration and the parameters of the adjustments and the feasible strategies for obstacle surmounting are presented.Then the 3D virtual model and the robot prototype are built and the multi-body dynamic simulations and prototype experiments are carried out.The results from the simulations and the experi-ments show that the robot possesses good obstacle surmounting capabilities.     

轮履组合式环保机器人构形设计及越障分析

针对室外环境的复杂性,结合轮式行走机构与履带式行走机构的优点,设计了一种轮履变换机构,将该机构用在环保机器人上,并设计了两种不同的末端执行器.运用大型三维软件UGNX建立了机器人的模型.分析了机器人的越障性能.为后续的机器人运动学以及动力学分析做出了保证.     

轮腿式爬楼梯移动机器人的设计及运动特性分析

针对非结构化复杂环境对移动机器人的运动要求,结合轮式和腿式移动机构的优点,设计了一种高效、稳定的轮腿式爬楼梯移动机器人。设计了机器人的主要结构,分析了机器人的稳定性及转向性能。平地行走、转向、越障、上下楼梯等实验结果表明:设计的轮腿式爬楼梯移动机器人结构简单,运动灵活,控制方便,控制精度高,不需对运行步态进行预先规划,它不仅可以在崎岖不平的环境中实现快速行驶,而且实现了快速稳定的爬楼梯功能,具有很强的越障能力和环境适应能力。     

可抛掷多运动态球形机器人移动机构

结合球形机器人防护性好,两轮机器人能自平衡易控制,弹跳机器人越障能力强的优点,构建了一个具有球形、两轮和跳跃3种基本运动形态的可投掷机器人.球态时机器人两个半球闭合,便于母车抛掷和携带,在平地可全方位运动;遇到沙地、坡地等复杂地形环境,展开为两轮机器人,弹跳机构展开作为第3支点,增强越障爬坡能力;当遇到障碍或陷于困境时可跳跃行进.文中对其结构和原理进行了介绍,并进行机械结构设计和样机研制.场地试验表明,该机器人具有投放方便和运动灵活的特点,验证了设计方案的可行性.     

恒定轮距的多连杆式独立悬挂系统设计

为解决全方位轮式移动机器人搭载传统悬挂装置越障行驶时,轮距变化和轮毂中心面侧倾导致机器人运动控制难度大等问题,设计了一款由平行四边形机构、偏置曲柄滑块机构和摆动摇杆机构组成的多连杆式悬挂装置。通过ADAMS软件进行了不同地形环境的动力学仿真分析与优化设计,确定了最佳连杆结构参数。实物样机试验表明,机器人越障行驶过程中的操控性能以及轮子着地性与运动精度得到提高。     

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.     

排爆机器人越障机理及对爆炸物的动态响应分析

排爆机器人发现爆炸物后,需要将爆炸物运到排爆罐里进行引爆.这个过程机器人要夹着爆炸物跨越各种复杂的路面环境,比如跨台阶,壕沟,甚至上下楼梯等障碍,因而容易造成对机器人本体较大的冲击和振动,尤其是对爆炸物产生冲击和振动,严重时使爆炸物从手爪中脱落,掉到地上.对华南理工大学自主研制的履带式排爆机器人越障过程的机理进行分析,研究机器人越障时产生的冲击载荷及其爆炸物的动力学响应,以及其对手爪夹持力影响分析.这对于研究排爆机器人在复杂路面运动时其爆炸物的动力学特性具有重要指导意义.     

基于ADAMS的救援机器人越障过程分析及仿真

基于复杂环境下对救援机器人运动性能的研究需要,提出了一种具有越障功能的六履带式机器人,阐述了其机构设计及其实现,为检验设计方案的有效性,对机器人攀越台阶的过程进行分析,并运用ADAMS软件进行仿真。通过动画模拟机器人越障的实际过程,验证其越障性能。     

Energetic walking gaits studied by a simple actuated inverted pendulum model

The mechanical structure and the joint torques configuration are the important parts in the biped robot design. Meanwhile, different walking speed and step length should be chosen to achieve efficient gait according to different need of walking environment. Therefore, this paper investigates the energetic walking gaits using a simple actuated inverted pendulum model. Joint torques and push-off impulse are both added in the model. The walking gaits with different joint torques configuration and with different combination of walking speeds and step lengths are analyzed. The results show that hip velocity direction is changed by the push-off impulse just before the heelstrike, which reduces the energy consumption of each step. The walking gait with minimal energy consumption is the walking pattern only with push-off, the energy cost of which is 1/4 of the walking pattern only with joint torque during the swing phase. The cost of transport (COT) and the push-off impulse of the walking gait is increasing with the increase of walking speed and step length. Using same value of push-off impulse, the walking with long step length and slow speed is more efficient. The paper can provide suggestions for designing advanced legged robot systems with high energy efficiency and various gaits. For example, the consideration of push-off mechanism can be used in the biped robots design.

     

一种新型的关节履带式移动机构及其特性研究

针对现有的关节式移动机器人在越障以及姿态调整上存在的不足,在东华大学变位四履带足行走机构专利的基础上,自行设计研制了一种新型的关节履带式机器人行走机构,通过确立该机器人的越障高度与车体参数之间的关系,并与传统的机器人行走机构进行比较,证明了该行走机构具有很强的越障和姿态调整能力,目前该机构已成功获得专利。     

Support and Positioning Mechanism of a Detection Robot inside a Spherical Tank

Large pressure equipment needs to be tested regularly to ensure safe operation;wall-climbing robots can carry the necessary tools to inspect spherical tanks,such as cameras and non-destructive testing equipment.However,a wall-climbing robot inside a spherical tank cannot be accurately positioned owing to the particularity of the spheri-cal tank structure.This paper proposes a passive support and positioning mechanism fixed in a spherical tank to improve the adsorption capacity and positioning accuracy of the inspection robot.The main body of the mechanism was designed as a truss composed of carbon fiber telescopic rods and can work in spherical tanks with diameters of 4.6-15.7 m.The structural strength,stiffness,and stability of the mechanism are analyzed via force and deformation simulations.By constructing a mathematical model of the support and positioning mechanism,the influence of struc-tural deformation on the supporting capacity is analyzed and calculated.The robot positioning method based on the support and positioning mechanism can effectively locate the robot inside a spherical tank.Experiments verified the support performance and robot positioning accuracy of the mechanism.This research proposes an auxiliary support and positioning mechanism for a detection robot inside a spherical tank,which can effectively improve the position-ing accuracy of the robot and meet the robotic inspection requirements.     

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.     

软体机器人研究现状综述

软体机器人由柔韧性材料制成,可在大范围内任意改变自身形状、尺寸在侦察、探测、救援及医疗等领域都有广阔的应用前景。综述软体机器人结构类型、驱动方式、物理建模技术和加工制造方法等问题。其结构模仿生物的静水骨骼结构和肌肉性静水骨骼结构,采用形状记忆合金、气动、电活性聚合物等物理驱动方式或将化学能转化为机械能的化学驱动方式。软体机器人建模困难,主要采用试验分析或使用超冗余度机器人建模方法近似研究。制造中的问题包括柔性本体制造、柔性致动器制造以及可伸展电路的制造,采用形状沉积、激光压印、智能微结构等新型制造工艺。软体机器人是一种全新的机器人,对它的研究刚刚起步,涉及材料科学、化学、微机电、液压、控制等多学科,从材料、设计、加工、传感到控制、使用均存在着一系列问题需要继续研究。