爬墙机器人研究与制作

随着高层建筑的日益增多,高空作业需求越来越大,催生了对攀壁机器人的市场需求。设计制作了一种爬墙机器人,它能够到达垂直平面的任何地方,其机械结构合理、紧凑,重量轻,行动灵活,可靠性高,有良好的人机交互接口,可进行远程遥控及自动运行。分析了爬墙机器人在墙壁上灵活运动需解决的关键问题,设计了机器人的结构及吸附和运动的方式,并基于PRO/E三维软件的模拟仿真,制作了采用真空吸附系统的多自由度壁面灵活运行机器人。实现了爬墙机器人在墙壁上可靠吸附与灵活运动的功能。     

四足宠物机器狗动态步行规划与仿真

以四足宠物机器狗爱赛比为研究对象,分析机器狗步行机构组成,建立关节结构模型,根据仿生学原理对四足机器狗的对角线一致的步态运动进行了分析与规划,利用Matlab对步态规划进行了仿真并采用关节控制器验证了对角线一致的步态运动分析与规划的正确性。步态规划为四足机器人实现高速行走提供了一种可行的方法。     

面向球型障碍物的六足机器人越障步态研究

以多自由度六足机器人为研究对象,针对球型障碍物的模型特点,研究其爬越球型障碍物时的行走步态,以找到一种适合的越障步态并分析越障时的稳定性。在仿真软件中建立虚拟样机模型,动态模拟对球型障碍物的越障运动。模拟结果表明：在该行走步态下控制的六足机器人能平稳地爬越球型障碍物。     

球形机器人的爬坡与弹跳能力

首先分析了球形机器人的爬坡能力,进行了爬坡实验。然后利用相平面法对球形机器人弹跳前的运动进行了分析，得到了起跳条件；利用质点系的达朗伯原理得到了球形机器人弹跳后的动力学模型。最后制作了一套弹跳实验装置，并对该模型进行了仿真和实验。仿真和实验的结果验证了分析的正确性及球形机器人弹跳运动的可行性。     

基于VRML的机器人空间连续轨迹运动仿真

以虚拟现实建模语言VRML(Virtual Reality Modeling Language)辅以3DMAX作为建模工具, 建立了机器人的三维模型. 利用Java与虚拟现实建模语言之间外部编程方式的交互, 实现了机器人正运动学、逆运动学及连续轨迹运动仿真. 当进行连续轨迹运动仿真时, 建立工件的三维模型, 提取工件棱边信息, 机器人可以实现沿着工件轮廓的三维运动, 模拟去除工件毛刺、进行光整加工的过程. 仿真以六自由度机器人作为仿真对象, 但具有很强的适应性.     

高集成三自由度解耦球型手腕

针对空间机器人手腕集成度低和灵活性差的问题,提出一种由相对独立运动链组成的三自由度解耦球型手腕机构,采用双万向节和双半球结构来保证腕关节的紧凑性与灵活性.分析运动传动关系和工作空间区域,完成三自由度解耦球型手腕的结构设计,推导正、逆运动学方程和雅克比矩阵,分析结构解耦和运动解耦特性,建立作业空间与关节空间的运动传递关系.构建三自由度解耦球型手腕试验平台,进行侧摆、俯仰、自转试验和末端运动轨迹验证试验.研究结果表明,解耦球型手腕运动灵活、平稳,姿态角调整范围大,轨迹跟踪准确.     

可调刚度弹性机器人关节研究与设计

为了实现腿式奔跑、跳跃机器人在高速运动中的变速无源运动和提高机器人运动能效性,提出了一种可调刚度弹性被动机器人旋转式关节设计方案.关节采用平面非接触涡卷弹簧作为弹性元件,由小功率伺服电机驱动支撑杆调节平面非接触涡卷弹簧的有效工作长度,最终实现改变关节的旋转刚度.对平面非接触涡卷弹簧进行了有限元弹性大变形仿真分析,并制造出实验样机.试验表明:所设计的可调刚度弹性被动机器人关节性能良好.     

用于康复训练的分段式气动软体驱动器

针对手指康复训练中软体驱动器贴合度低、灵活性差、运动传递不准确等问题,基于仿生原理设计分段式气动软体驱动器. 通过3个具有锯齿结构半波纹管气囊实现软体驱动器的分段弯曲,嵌入柔性应变传感器实现软体驱动器本体感知. 建立半波纹管气囊弯曲变形数学模型,借助有限元分析对半波纹管气囊进行分析,研究壁厚、波纹宽度、波距和波纹数目对该气囊弯曲性能和末端输出力的影响,选取软体驱动器尺寸参数. 采用3D打印技术及失蜡铸造工艺,制作分段独立驱动的软体驱动器. 特性测试结果表明：分段式软体驱动器最大弯曲角度为302°,末端输出力为3.33 N,能够带动手指进行分关节康复训练,内嵌的柔性应变传感器可以实时监测软体驱动器弯曲状态.     

高空爬行机器人的控制系统的设计

设计了一台沿桅杆或绳索爬行的机器人,介绍了该机器人的组成及其功能,对该机器人进行控制系统的设计,该机器人可携带检测装置对桅杆或绳索进行巡检作业.     

内浮顶储油罐机器人清洗工艺的设计

针对内浮顶储油罐传统清洗方法存在的清洗效率低、清洗不彻底和安全性差等缺陷,提出一种内浮顶储油罐机器人清洗技术.机器人清洗系统包括清洗机器人、人孔引导梯、卷放器、动力装置、监控装置、污水回收装置、气体置换装置和给水装置等部分.通过理论计算分析,并充分考虑罐内复杂的工作环境,设计清洗方式为180°水射流清洗以及定点清洗,机器人按照规划的行走路径依次在每一个工作点采用180°的水射流清洗模式进行清洗,定点清洗最终完成有效清洗范围对整个待清洗区域的覆盖.与传统的机械清洗技术相比,机器人清洗技术实现了非人员进罐和自动化清洗,安全,成本低,只需4~5人进行安装操作即可,清洗用时缩短了约1/3.     

基于KUKA工业机器人的柔性加工系统研发

根据工业机器人作业范围大、柔性好、自由度高等优点,以KUKA工业机器人为平台,研究开发了由工业机器人、加工主轴系统、PC机组成的机器人柔性加工系统。针对机器人KR C4控制系统接口特点,开发了基于PROFIBUS/DP通讯的加工主轴控制系统;设计转接法兰,实现加工主轴与机器人机械本体系统的集成。在PC机上进行数控加工轨迹规划,开发了将标准APT数控代码转换为KRL机器人语言的加工离线编程软件。在机器人手持编程器编程环境下运行离线编程文件,实现了加工参数的可编程化和自动化。通过试样的刻字加工实验,验证了该机器人柔性加工系统的合理性和可行性。     

推拉式气垫运载平台的结构设计及行走机理

根据气垫车辆在松软地面上行驶的优越性 ,参照蠕动式管道机器人的蠕动机构 ,介绍了一种新型的仿生步行行走机构气垫车———推拉式气垫运载平台。给出了其结构设计方案 ,并结合其结构特点详细阐述了其直线及转向行走机理     

一种新型石油管道检测机器人的设计

针对石油输油管道受蚀后,管壁变薄,容易产生裂缝,造成漏油的问题,设计了一种被动式石油管道检测机器人,分析了其总体机械结构和检测原理及方法。机器人通过轮伸缩机构来实现自适应管道直径的变化,万向节保证了机器人能够顺利通过一定曲率半径的弯道,提高了机器人的稳定性和灵活性。介绍了超声波检测的工作原理和具体方法。该机器人可用于输油管道的无损检测,在石油管道探测方面具有广阔的应用前景。     

Robotic velocity generation using neural network

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双偏心块驱动球形机器人原地转向运动控制

为了提高球形机器人的运动性能,将原地转向运动作为一种独立的运动方式,研究了一种双偏心质量块驱动球形机器人的原地转向运动控制方法．介绍了双偏心质量块驱动球形机器入的机构特点,利用达朗伯原理对机器人进行受力分析,阐述了双偏心质量块驱动球形机器人原地转向运动原理,建立了机器人的原地转向动力学模型．将原地转向运动分为起始、粘滞...     

堆叠散乱目标的6D位姿估计和无序分拣

针对目标散乱堆叠场景下的机器人分拣问题,建立一种从目标筛选、识别到6D位姿估计的无序分拣系统。利用局部凸性连接方法将Kinect V2相机采集的堆叠散乱目标点云数据分割成单独的点云子集,定义抓取分数从中筛选出最上层未被遮挡的目标作为待抓取目标,保证机器人分拣目标时能从上至下进行抓取;针对不同种类目标的分拣需求,基于匹配相似度函数对三维目标进行识别并定位抓取点;融合截断最小二乘-半定松弛算法和最近点迭代算法,建立目标6D位姿估计模型,保证目标点云和模型点云重合率低情况下的精确配准。在自采数据上进行目标6D位姿估计实验以及机器人无序分拣实验,结果表明：提出的6D位姿估计方法相较于流行的几种方法,可以更快速、精确地获取目标的6D位姿,均方根距离误差<3.3 mm,均方根角度误差<5.6°;视觉处理时间远小于机械臂运动的时间,在实际场景中实现了机器人实时抓取的全过程。     

Novel miniature pneumatic pressure regulator for hopping robots

A novel miniature pressure regulator is fabricated and studied. The regulator can easily be integrated into portable mechatronics or miniature robotic applications because of its lightweight and compact size. An especial poppet is designed to minimize its size and to withstand high-pressure. The pressure regulator is designed for a hopping robot which is powered by a combustion system. The hopping robot has great moving capacities such as jumping over big obstacles,walls and ditches. The regulator helps the hopping robot to decrease size and weight,and to sustain high pressure of oxygen and fuel tank. It will maintain constant output pressure to obtain suitable proportion of oxygen and fuel in the combustion cylinder. Dynamic simulation of the miniature pneumatic pressure regulator is performed. Experiments on prototype of miniature pneumatic pressure regulator are also carried out to validate the performance and satisfied performance is obtained.     

水下球形机器人BYSQ-2的原理与动力学分析

提出了一种新型水下球形机器人BYSQ-2的结构构型,其内部转向机构与螺旋桨推进器配合可完成基于惯性系的水下六自由度运动。由于外形的球对称性,BYSQ-2的运动方程较为简单,且流体动力学计算没有耦合项。由于配重在运动过程中绕水下球形机器人中心旋转,因此分别研究配重和其它部件的动力学特性,便于系统的建模分析和控制研究。     

基于虚拟模型和加速度规划的腿部缓冲策略

提出一种基于虚拟模型控制和加速度规划的腿部缓冲方法。通过建立机器人腿部的虚拟模型,设定落地过程中躯干加速度从而可减小地面对机器人的冲击力,保护机器人的机械结构。该方法将机器人的落地过程分为下落、缓冲、恢复3个阶段。在下落阶段,通过在足端与期望位置之间添加虚拟“弹簧—阻尼”系统来控制足端位置。在缓冲阶段和恢复阶段,通过规划躯干质心加速度,从而减小落地过程中躯干受到的冲击。该方法可避免在激烈的足地交互过程中调节系统的刚度和阻尼,控制过程更简单精确。基于Webots的仿真试验表明,该方法在机器人落地过程中的保护是有效的。     

Programmable soft bending actuators with auxetic metamaterials

Science China Technological Sciences - Soft robotics has been receiving increasing attention due to its flexibility and adaptability offered by embodied intelligence. A soft robot may undergo...