轮足式风电机爬壁机器人的设计与分析

为解决人工维护风电机施工难度高、效率低、劳动强度大等问题，基于爬壁机器人研究现状，提出了轮足式4吸盘风电机爬壁机器人的机械本体结构方案。采用Creo软件对机器人的前后吸盘、三腔星轮式吸盘及前后叉架等进行机械结构设计，借助CAD软件对机器人翻越内直角时各种运动姿态进行分析；建立数学模型，通过MATLAB软件对计算结果进行仿真分析，得出防止机器人滑落的最小安全吸附力；运用ADAMS软件对爬壁机器人虚拟模型进行运动学分析，同时应用爬壁机器人样机进行运动试验予以验证。结果表明：爬壁机器人能够在最小安全吸附力条件下，完成机器人单一曲面越障及翻越内直角时越障的运动要求，从而得出轮足式4吸盘风电机爬壁机器人设计方案可行，为后续研究提供有益参考借鉴。     

飞机舷窗清洁机器人的设计与实现

目前飞机舷窗清洁仍然采用劳动强度大、工作效率低的手工作业的方式,针对传统的爬壁机器人不能在曲面上吸附移动的缺点,设计了一个可以在曲面上移动并能够清洁飞机舷窗的四足爬行机器人。根据飞机非对称变曲率的特点,对机器人进行静力分析得到机器人结构参数并验证其安全性,采用D-H表示法对每条关节腿进行运动学建模并得到关节空间到末端吸盘位置空间的变换矩阵。最后设计了机器人的控制系统,并研制了机器人样机,验证了设计方案的合理性和可行性。     

基于主动试探的微小型爬壁机器人步态控制

针对欠平滑壁面上微小型爬壁机器人吸盘足吸附失败后的自主行为控制问题,根据机器人的结构设计及运动步态特点,提出基于主动试探的机器人吸盘足着地点自主选择步态控制方法。分析机器人的三种运动模式,以及直线运动和转向运动的基本步态。定义机器人的状态矢量,建立机器人吸盘足的有限状态机模型和状态转移图,并按“就近”原则设定状态转移函数的优先级。以上述研究为基础,提出在缺少壁面环境信息条件下的机器人步态控制主动试探方法。对步态控制方法进行仿真分析,并在实验室模拟环境和实际的飞机外表面环境进行试验验证,结果表明,所提出方法对于改善机器人的控制性能和提高机器人的自主能力是可行和有效的。     

玻璃幕墙清洗机器人攀爬部分结构研究

在对玻璃幕墙清洗机器人攀爬部分结构进行研究的基础上,首先根据机器人工作的现场实际,对机器人的构型及设计原理进行了研究;其次结合真空吸附式墙面清洗机器人的具体性能要求,采用多吸盘真空吸附、气体吸盘组结构,极大地降低了系统的负载能力,提高了速度;再次通过计算确定吸盘的直径和数量,并合理安排吸盘布局,根据系统的负载和用气量选择合适的空气压缩机和气缸;最后完成了真空吸附式墙面清洗机器人样机的试制,并在不同环境中进行了自攀爬和清洗作业实验,机器人在壁面上行走稳定,清洗效果良好。     

爬壁机器人真空吸附及运动方式探讨

本文从单吸盘吸附、多吸盘吸附、真空的形成和消除方式、实现运动的机构四个方面，就爬壁机器人真空吸附及其运动方式的研究现状作了一定的分析，并对其发展趋势进行了概括。     

基于ADAMS六足高层建筑清洁机器人的建模与仿真

针对高层建筑清洁的实际需要,采用SolidWorks和ADAMS软件相结合的方法,利用Solid Works构建了一种六足高层建筑清洁机器人的模型,通过ADAMS内部的仿真分析功能对模型进行仿真分析,获得该机器人的运动学特性与数据,验证机构设计的合理性。同时,在对机器人机构进行分析、推导、计算时,采用ADAMS对机构进行分析解算,实现了机器人运动的可视化,可直观的了解了机器人清洁的工作过程,为其样机的研制提供参考依据。     

一种新型球形机器人机构设计及运动仿真

提出一种新型全方位运动球形机器人结构方案,运用非完整系统力学理论对球形机器人运动学进行分析,利用ADAMS软件进行虚拟样机建模和运动仿真,通过物理样机实验验证运动分析的正确性。     

一种爬壁机器人真空吸附性能分析与运动切换策略

为了分析爬壁机器人的吸附性能及优化运动切换策略,建立了一种双框架结构爬壁机器人的吸附结构,采用真空技术分析了有效抽速、流导、泄漏等影响机体吸附能力的主要因素。通过理论分析和实验对吸盘漏率和吸附系统切换策略进行了研究,得到了3种情况下的吸盘漏率参数值与吸盘的响应和释放曲线以及吸盘组切换时的压力动态过程曲线。提出了一种有效的吸盘动态吸附性能分析方法,研究了吸盘动态切换的过程。为真空系统吸附性能的分析和运动切换策略优化提供了直观而有效途径。     

真空吸盘式爬壁清洗机器人的研究与开发

研制了一种能够爬行在幕墙玻璃上并完成清洗工作的爬壁机器人。机器人采用双侧多吸盘履带式行走机构,在任意时刻至少有6只吸盘处于吸附工作状态。控制系统打破了传统爬壁机器人对大量使用传感器的依赖,巧妙改装并使用带传动控制吸盘的吸排气;一台直流电动机通过蜗轮蜗杆减速机和双侧离合器,带动两侧链轮转动。驱动机器人爬行。真空泵作为吸附动力源;电磁阀与电磁离合器的联动使内侧吸附吸盘个数变化,并提供速度差,实现了转弯功能。文中对防止机器人在壁面发生滑脱和倾翻两种状态进行了力学分析。且其清洗机构依靠滚刷滚动摩擦擦洗玻璃。样机具有控制系统简单、运行可靠、成本低廉的特点。     

一种新型的多足仿生机器人的机构设计与研究

提出一种新型的多足仿生机器人的运动机构,该机构具有运动灵活,自由度少的特点.利用D-H矩阵对该机构基本运动单元的运动学进行了理论分析,给出了运动学方程.基于虚拟样机技术对该运动学方程进行了仿真验证,结果表明运动学方程是正确的.建立了这种新型的多足仿生机器人的虚拟样机,并对其进行了虚拟样机的仿真研究.制作出了简易的一对足的实物试验机构.     

爬壁机器人新型滑动式负压吸盘空气流场的数值模拟

爬壁机器人滑动式负压吸盘的吸附特性对整个机器人系统的可靠工作至关重要,空气泄漏是影响吸附特性的关键因素。目前研究的爬壁机器人吸盘结构都有摩擦力大,运动不灵活的缺点。为了提高机器人运动的灵活性,改进吸盘结构,通过模拟计算,得到不同缝隙高度下爬壁机器人滑动吸盘内空气泄漏量、压力场和速度场的分布,并对不同结构尺寸下的结果进行了比较,为吸盘结构的改进提供了依据。     

基于吸盘负压吸附的六足爬墙机器人关节转矩优化分配

针对采用吸盘负压吸附的六足爬墙机器人在多种运动模式下的关节转矩分配问题,提出基于总能耗目标优化的转矩分配方法.在确定吸盘翻转力矩约束、实现关节转矩与足底接触力转换的基础上,推导机器人动力学模型,进而用Moor-Penrose逆矩阵法和简体爬山算法求解总能耗最优目标下的机器人总功率与机器人各运动模式下各位姿(表现为各关节转角)之间的关系.该方法能有效适应爬墙机器人的多种运动模式,提高了机器人的环境适应能力.实验样机仿真结果表明,所提出的算法简单有效、实现方便,并且能有效确定站立模式最小总能耗位姿,以及在设定的侧立安全指标范围内的侧立最安全位姿.     

光伏组件智能清洁机器人设计及其路径规划研究

在光伏发电系统中，光伏组件表面积聚灰尘、异物，会很大程度上影响光电转换效率。为此，设计了一种光伏组件智能清洁机器人，包括对其硬件系统和清洁方案的设计，能够实现对光伏组件的自动清扫。同时，针对智能清洁机器人的路径规划进行研究，基于最小能量消耗原则对清洁机器人的清洁路径进行规划，在耗能最小的基础上实现光伏组件全遍历清扫。     

光伏组件自动换行清洁机器人设计

针对光伏组件上灰尘降低光伏发电效率、影响光伏组件性能等现状,设计了一种光伏组件自动换行清洁机器人。该机器人包括清扫小车、换行小车、行走及换行轨道、锁紧装置及远程无线控制系统,清扫小车采用皮带刷上下清扫方式,换行小车负责运输清扫小车实现自动换行清扫。控制系统以ARM芯片MKW01Z128为主控芯片,清扫小车与换行小车之间可进行RF无线通信。样机现场试验表明：该清洁机器人清扫效率高、清扫效果良好,可以实现自动换行清扫、远程控制等功能,适用于大规模地面光伏电站。     

风电叶片检测机器人设计与运动仿真研究

为了降低风电叶片检测维修的成本,综合设计制作了一种可以在叶片表面攀爬检测的六足机器人。根据叶片参数确定了机器人整体尺寸,采用SolidWorks软件建立了机器人整体模型,设计了腿部吸附结构。通过静力分析,建立了机器人吸盘吸附的数学模型,以保障机器人行走的安全稳定性。分析了机器人整体行走步态,设计了攀爬行走迈步过程并设计了其关节控制曲线,通过ADAMS软件仿真模拟了机器人在叶片表面的攀爬行走。最后,设计了机器人整体控制系统,并制作样机进行了机器人攀爬实验。仿真与实验结果表明,所设计的机器人结构可以稳定实现攀爬运动,吸盘吸附系统安全可靠,实验结果与仿真的行走步态一致,验证了以攀爬步态行走的可行性。     

冗余驱动全R副四面体移动机器人

提出一种由全转动副(R副)构成的冗余驱动四面体移动机器人。该机器人主体由六条RRR支链以及四个顶点构件构成,安装有六台舵机,为一种整体呈现正四面体外形的四自由度冗余驱动机器人。应用螺旋理论对四面体机器人进行自由度分析。根据自由度分析规划了机器人的翻滚步态,以该步态机器人可以实现连续运动且正三角形运动轨迹可以覆盖任意目标点。建立机器人的运动模型进行运动学分析,得到了实现翻滚步态的临界条件。建立仿真模型对翻滚步态及其临界条件进行了验证。制作一台样机,验证了该四面体机器人方案设计以及运动规划的可行性,实现了预期的运动效果。结果表明,全转动副设计可提高四面体机器人实用性,且少自由度冗余驱动设计可增加机器人系统可靠性。     

螺旋渐进式水上清洁机器人设计方案研究

针对中小型浅水域垃圾分布特点确定了水上清洁机器人螺旋渐进式运动方案,在采用柔性舵的基础上分别对水上清洁机器人的驱动系统、打捞系统和控制系统进行了设计和论证,通过样机试制演示了其使用方法,并在此基础上给出了改进设想。     

双目主动视觉监测平台设计

为解决并联机器人的盲工作状态,提高并联机器人的运动精度,提出了一种双目主动视觉监测平台。基于虚拟样机设计方法构建了视觉监测平台的装配体模型,并应用COSMOSMotion进行了运动仿真。基于网格划分方法,对视觉监测平台中的关键运动部件进行了有限元分析,保证了样机设计的可靠性。最后,研制了双目主动视觉监测平台样机,并对该样机进行了标定,确定了样机的结构参数和性能参数。     

八轮式爬楼越障机器人设计与仿真分析

以移动机器人为研究对象,提出了一种以多组四杆机构为基础的八轮式爬楼越障机器人,机器人整个悬架结构呈对称式分布且载荷平台为整体式,控制和结构简单、具备承载能力且越障性能高。对机器人进行了整体方案设计、稳定角分析和越障仿真,对越障机构进行运动学分析以及优化得到了优化的轨迹图形,验证了机器人结构的合理性和稳定性,并通过样机实验验证了机器人承载和越障的稳定性,得到了机器人负载、越障高度和爬坡角度等基本性能参数。     

六足机器人多机可达空间协同越障仿真分析

对于小型六足机器人,群体合作是克服单体性能局限的有效措施。为提高六足机器人的越障能力,提出了六足机器人多机协同越障的解决方案。并采用了机器人学D-H参数法,结合足端轨迹规划,对六足机器人多机协同越障情况进行运算,找出六足机器人多机协同时的足端运动范围。再参考求得的运动范围,设定典型障碍,进行虚拟样机仿真。对比三次虚拟样机的仿真结果,展示了多机协同越障的有效性,为提高六足机器人越障能力提供一种新的研究思路。