新型消防机器人悬挂系统建模与仿真分析

为提高消防机器人的平稳性和可靠性,利用动力学软件ADAMS建立某新型消防机器人单轮悬挂系统动力学模型。基于履带式移动机器人动力学与冲击碰撞原理,在MATLAB/Simulink中建立随机路面激励模型,简化平面数学模型建立基础,并对单轮悬挂系统进行参数化分析。在D级随机仿真路面条件下进行运动学分析与动力学仿真分析,研究扭杆-液气减振器对消防机器人悬挂系统性能影响。结果表明:扭杆-液气减振器悬挂系统模型简单、平稳、可靠,具有非线性、变阻尼等特性。     

永磁吸附履带式管外爬行机器人的力学分析及运动仿真

为提高管外机器人的负载能力与越障能力，设计一种永磁吸附履带式管外爬行机器人。建立机器人在管道上的静力学和动力学模型，得到机器人在轴向和周向稳定运动时的吸附力条件。利用Ansoft Maxwell对比分析磁性履带组中永磁铁2种不同布局方式，选定合适的布局方式并计算该布局方式下磁性履带组在轴向和周向运动时能够提供的吸附力，验证了磁性履带组设计方案的合理性。最后基于ADAMS进行了运动仿真，得到越障过程中质心变化规律，验证了机器人具有良好的越障性能。     

基于改进WLSSVR的视觉球形机器人的设计与建模

为了提高球形机器人获取环境信息的可靠性与稳定性，设计并实现了一种具有球外视觉装置的球形机器人。基于所搭建球形机器人平台，使用拉格朗日方法建立其动力学模型并进行运动性能分析；针对球形机器人欠驱动、非线性等复杂特性导致难以建立其精确动力学模型问题，将泛化处理后的高斯核函数与多项式核函数进行组合，并采用PSO优化所设计组合核函数的参数，由此提出了一种基于改进加权最小二乘支持向量回归机的建模方法。所设计球形机器人具有灵活的球外视觉装置，提高了对外部环境的感知能力；并且基于球形机器人的输入输出数据建模，有效解决了难以建立球形机器人精确动力学模型的问题。仿真实验和实测实验证明了本文设计方法的可行性和有效性。     

井下巡检机器人浮动式移动底盘设计与分析

为提高巡检机器人行走稳定性及越障性能,解决煤矿井下非结构化和复杂未知环境的安全巡检问题,提出一种浮动式巡检机器人移动底盘的设计方案。阐述巡检机器人浮动式移动底盘的结构设计及工作原理,分析巡检机器人越障过程,推导巡检机器人质心位置,得到越障高度与移动底盘位姿关系。运用ADAMS建立巡检机器人虚拟样机,模拟机器人在井下各种复杂路面行走及越障过程。结果表明：所设计的浮动式移动底盘提高了巡检机器人在井下复杂路面行走的稳定性,使巡检机器人具有平稳运行及良好的越障能力,进一步验证了井下巡检机器人浮动式移动底盘设计的可行性。     

一种特殊结构履带机器人设计及爬楼梯打滑性分析

针对履带机器人在越障过程中出现的不稳定问题,设计了一种特殊结构的被动摇臂履带机器人。用UG建立了履带机器人的三维模型,对其在越障性能之一的爬楼梯过程中进行了打滑性理论分析,并通过多体动力学软件RecurDyn进行了运动学仿真,从而验证了该机构的可行性,为被动摇臂履带式机器人的发展提供了依据。     

基于扰动环境下的轮式机器人路径跟踪控制

针对轮式机器人在日常运转过程中，易受到负载、外界非线性干扰以及参数时变等不确定因素影响，提出了一种基于扰动环境下的轮式机器人路径跟踪控制算法。根据对轮式机器人工作时性能状态进行分析，建立出动力学模型；利用带扰动观测器的扩展卡尔曼滤波实现对内外部扰动实时预测和补偿，从而实现对轮式机器人的稳定控制；通过Lyapunov函数对其稳定性能进行证实。利用MATLAB软件进行算法仿真，通过对不同参数的校准调节，完成期望路径下轨迹跟踪实验验证。结果表明，经过扩展卡尔曼滤波器补偿后的轮式机器人，在跟踪精度和稳定性上要远远优于补偿前，证实了所提控制方法的有效性。     

四履带式全位置爬壁机器人运动特性分析

针对船体壁面爬行机器人在复杂环境中的操作需求,设计并验证一种四履带式全位置爬壁机器人,旨在提高其自适应能力和操作效率。通过建立三维模型并使用ADAMS软件进行仿真,对机器人在曲面变化、壁面折角以及障碍翻越这3种主要工况下的动力学行为进行了深入的仿真分析。结果显示：在曲面变化和壁面折角工况下,机器人通过调整履带倾角和速度,成功实现了稳定过渡;在障碍翻越工况下,尽管后履带出现翘起现象,但通过对履带速度的精确反馈控制,有效解决了可能的内部挤压和滑动问题。此外,样机测试结果进一步验证了机器人的性能,其最大运动速度大于5 m/min,负载极限为20 N,越障高度达到14 mm,均达到或超出设计预期。仿真与样机测试均展现了机器人在关键工况下的出色适应性,成功地实现了稳定过渡和障碍翻越。     

基于ANSYS的导盲机器人底盘有限元分析

机器人底盘作为导盲机器人的基础部件,需要保证其稳定性和可靠性。利用SolidWorks建立底盘结构三维模型,然后导入ANSYS Workbench中对底盘模型进行静力学分析、模态分析和谐响应分析。静力分析结果表明底盘受到的最大应力为37.813 MPa,计算得到安全系数为5.4,底盘结构的强度满足要求;模态分析得出底盘结构的各阶固有频率和振型,根据底盘结构的固有频率选择符合要求的电机,避免底盘在驱动电机的激振作用下发生共振;谐响应分析得到减震支架发生共振的频率、共振幅值,为机器人底盘结构的进一步优化设计提供理论依据。     

履带式液压驱动底盘行驶特性仿真研究

基于电液比例控制技术，设计一种履带式底盘液压驱动系统，实现履带式液压驱动底盘的直线和转向行驶控制。在分析电液比例转速控制原理和驱动底盘运动学的基础上，推导出底盘转向角度与两侧履带速度差以及与两侧马达的转动速度之间的关系。为改善系统动态响应性能，设计PID控制器以及模糊PID控制策略。基于AMESim与MATLAB/Simulink建立仿真模型，并进行联合仿真研究。结果表明：采用提出的控制策略，直行时两侧马达同步性控制效果良好、抗干扰能力好、超调量小；转向时，对信号的跟踪误差小、响应速度快、超调量小、鲁棒性好。     

电厂钢结构除锈爬壁机器人的设计与分析

设计了一种电磁吸附履带式除锈爬壁机器人,可实现对狭窄立柱、横梁等电厂典型钢结构的高空喷砂除锈并回收砂粒。通过建立爬壁机器人沿钢结构壁面喷砂除锈的静力学模型和动力学模型,推导出爬壁机器人向上爬行的电机启动转矩和工作转矩,为电磁铁和电机的选择提供理论依据。利用MATLAB进行计算仿真,获得机器人不沿壁面下滑时吸附力与静摩擦因数、钢结构壁面倾角的关系,讨论了机器人不发生倾覆时摆臂摆角、壁面倾角对吸附力性能的影响。分析结果表明,当钢结构壁面倾角为21.8°,且静摩擦因数为0.4时,机器人所需的磁吸附力达到最大值。当机器人单侧履带的电磁铁数量为20块时,选择吸附力大于54.37 N的电磁铁安装于履带上,机器人不会出现下滑和倾覆,可以保证机器人爬壁的安全性。