三维蛇形机器人巡视者Ⅱ的开发

蛇形机器人具有比传统移动机器人更强的运动能力,为实现机器人的三维运动而开发的蛇形机器人巡视者Ⅱ是一个具有强驱动力和高机动性的三维蛇形机器人.它由具有3自由度的模块化单元组成,该单元具有俯仰、偏航和回转3自由度,单元的俯仰和偏航运动是通过由3个伞齿轮组成的差速机构耦合驱动.该单元的圆柱形外壳周围安装有一系列的被动轮来增加机器人运动灵活性.对蛇形机器人模块单元的自由度作了详细分析,并基于机器人的运动机动性设计三维蛇形机器人的单元结构.给出蛇形机器人的控制系统结构,并对耦合变量进行解耦.将蛇形机器人的蜿蜒运动和扭转运动两种基本步伐应用到巡视者Ⅱ上,试验结果证明了该三维蛇形机器人具有很强的机动性和运动能力.     

水陆两栖六足机器人的设计与性能评估

为提高机器人两栖环境下的运动性能,同时降低其运动机构在水陆间切换的机械复杂性与控制难度,提出了一款复合运动肢的水陆两栖六足机器人。对机器人进行陆地和水下的运动规划,解决了机器人适应不同坡度斜坡地形的稳定性问题;通过配置矢量推进器的位姿,实现了机器人多自由度的水下运动。ADAMS下机器人爬行运动的仿真结果在验证机械设计合理的前提下也表明机器人在不同坡度的斜坡爬行具有较好的稳定性。为进一步评估机器人的运动性能,搭建了机器人样机,在测试机器人斜坡爬行性能的同时,验证了机器人在水下可实现包括直行、旋转、上浮和下潜的多自由度运动。实验结果表明,机器人在陆地与水下均具有良好的运动性能。     

水下浮游爬行式机器人结构设计与研究

为了满足水下灵活运动和底板全覆盖巡检作业的需求,设计了一款兼具浮游与爬行功能的水下机器人.机器人采用履带式移动机构,实现在水底结构物底板上的覆盖运动;通过八推进器布局,可以在水下六自由度浮游运动.对机器人平地行驶、上下斜坡的稳定性进行分析,得出机器人稳定运行的浮心可行域.使用动力学仿真软件Recurdyn进行典型工况下...     

一种波纹管蛇形机器人的结构设计及运动分析

针对仿蛇机器人结构复杂,关节寿命短的问题,文中设计一款波纹管蛇形机器人结构.利用Solidworks建立蛇形机器人三维模型,然后构建了蛇形机器人的D-H坐标系及简化模型,并对模型进行了关节约束分析及动力学分析,推导了波纹管蛇形机器人的动力学模型.并且通过ANSYS和Adams对蛇形机器人进行了磨损仿真和运动仿真,仿真结果表明,波纹管避免了蛇形机器人直接与地面接触,减少了蛇形机器人的运动磨损量,提高了使用寿命,且在运动时其速度、加速度过渡平滑,速度能在1s内达到最大值100mm/s,在零点处无反向变化;力矩变化无冲击,蛇体长度变化平稳,无侧滑及停滞等不正常状态,运动效果较好.     

水陆两栖蛇形机器人的研制及其陆地和水下步态

针对沼泽、浅滩等复杂环境对蛇形机器人的环境适应需求,在广泛分析国内外水陆两栖蛇形机器人研究最新进展的基础上,研发一种新型水陆两栖蛇形机器人。该机器人由9个具有密封设计的万向运动单元组成,保证了样机在陆地和水中均能灵活运动。基于简化的蛇形曲线得到水陆两栖蛇形机器人的基本二维运动步态即蜿蜒运动。对两个垂直平面上,即水平面和竖直面上基本步态进行复合,由基于启发式思想的三维步态生成方法,得到包括侧向蜿蜒等运动的水陆两栖蛇形机器人的多种陆地步态和水下步态,其中S形翻滚运动和螺旋翻滚运动为蛇形机器人的两种新型步态。通过步态试验验证了水陆两栖蛇形机器人的陆地和水下运动能力。在试验过程中,对陆地和水下步态的性能做出分析,分析结果对水陆两栖蛇形机器人在陆地和水下运动的位置和姿态控制具有重要意义。     

小型球形水底观测机器人设计分析与实现

面向水底信息获取和环境观测需求,基于球状壳体抵抗水压能力强,转动水阻力小,便于姿态控制特点,提出球形水底观测机器人构型,由螺旋桨推进、姿态调节和复合滚动装置组成欠驱动六自由度水下移动平台,球壳作为密闭舱保护内部电子器件,结合重摆以滚动形式实现水底滚动。通过对机器人流体力学仿真计算出水动力系数并建立水下动力学方程,进一步对机器人的螺旋桨推进、飞轮转向和球壳滚动进行分析,得出球壳优化尺寸以及飞轮匹配惯量和球壳滚动特性。基于球形机器人水下移动平台和地面监控软件的水底观测系统架构,研制出球形水底观测机器人原理样机,结合机器人的构型和运动特点制定出降落、滚动和调姿三段式水底运动观测策略,水池试验表明设计的球形水底观测机器人水中推进速度可达到1.4m/s,水底移动速度可达到0.5m/s,姿态调节速度可达到30°/s,能够实现水底图像采集,辅助岸上科研人员执行水底观测任务。     

一种蛇形机器人的直线蜿蜒运动规划

针对蛇形机器人的蜿蜒运动,分析了其运动机理,在虚拟样机软件中导入了蛇形机器人结构模型,建立了动力学方程,对蛇形机器人的运动轨迹进行了规划,分析了关节角度函数中转角幅值、摆动频率、相位差、比例因子以及静摩擦系数对其运动轨迹的影响。结果表明,通过合理设置关节角度函数中的各个参数,能保证蛇形机器人的运动具有基本的稳定性,且一定范围内的参数变化能实现最佳直线蜿蜒运动。最后,给出了各个关节的驱动力矩,为驱动机构的选型和物理样机的加工提供了理论依据。     

具有万向机构的蛇形机器人运动控制

设计了一种能够使蛇形机器人运动更灵巧、奇异点更少和运动能力更强的机构．对具有三个自由度的新型蛇形机器人单元进行了改进，在单元上增加被动轮机构，使其具有万向机构的特点。该单元不仅能够用被动轮驱动机器人运动．而且增加了类似于主动轮的驱动机构．克服了被动轮驱动能力弱的缺点，增强了机器人的运动能力。在分析非完整约束的基础上，对蛇形机器人的运动学和冗余度进行分析，提出了控制该类蛇形机器人运动的分解矩阵方法和分组交替运动法。     

基于UG和ADAMS的水下爬壁机器人的设计和动力学分析

设计了一种新型的用于水下环境观察、设备检测以及维护的水下吸附式爬壁机器人,利用UG建立其吸附装置、移动机构、传动系统,机械本体、照明装置等的三维模型,并装配成水下爬壁机器人的虚拟样机模型,然后通过UG和ADAMS的接口将其导入到ADAMS软件中,利用ADAMS对其进行动力学分析,通过取不同的吸附力,然后分析机器人的移动速度,最后得出使机器人既不滑落又节能的合适的吸附力。     

水下油气管道外检测机器人设计及其动力学分析

油气管道由于腐蚀、外力等原因会造成管壁变薄,发生穿孔、泄漏和开裂等事故。管道投入运行时间和管道长度不断增加,以及工作环境日趋恶劣,加大了水下油气管道的检测难度。基于SolidWorks软件设计了一款用于检测水下油气管道腐蚀缺陷的机器人,包括管道直行机构和旋转小车,并对关键零部件及控制系统进行了分析设计;通过ANSYSFLUENT软件模拟不同水流速度、不同移动速度下机器人壁面受力情况,分析水流速度、移动速度对机器人前端壁面受力的影响规律,发现：随着水流速度与移动速度不断增大,机器人前端壁面受力不断增大,但当移动速度增大到0.4m/s时,变化不再明显;计算得到最大阻力为170.77N,所选用推进器最大推力为110.74N,因此采用双推进器驱动能够支撑机器人前移,满足设计要求。     

蛇形机器人伸缩运动仿生研究

对生物蛇在不同环境中的运动步态进行了观察与试验,试验发现蛇具备垂直平面内的伸缩运动功能。详尽分析了水平面内和垂直面内伸缩运动的运动机理、运动特点和它们所能适应的特殊环境。分别建立了两种伸缩运动的数学模型,并对数学模型进行了运动学分析。根据蛇的伸缩运动机理,设计了蛇形机器人的仿生机械结构。最后根据数学模型,对蛇形机器人进行了伸缩运动试验,验证了这两种运动步态的可实现性。     

负重爬树机器人设计及有限元分析

针对农林业领域复杂的树木检测环境,设计一种仿蠕虫爬行负重爬树机器人。通过提升机构的伸缩运动改变自身形态,以实现对树干的竖直攀爬运动;通过夹紧机构中推杆的伸缩,控制各夹紧机构对树干的夹持力;同时,对机器人在不同直径或倾斜度的树木攀爬时进行静力学分析,使机器人可根据得到的夹紧力范围自适应调节,提高机器人攀爬的稳定性和运动的灵活性。最后,通过ANSYS软件对机器人的机械结构进行有限元分析验证。结果表明,所设计的负重机器人携带检测设备爬树时,机器人总变形量最大值为5.24mm,符合结构安全性要求,且承载最大应力为100Mpa,符合机器人所选材料安全性要求,进而验证了机构设计的合理性。     

基于STM32的水质监控系统的设计与实现

利用STM32采集板设计实现了水产养殖中的水质监测系统,并成功运用到了天津水产养殖的实践当中,获得了预期的效果。该系统运用氨氮、p H、溶解氧传感器收集水产养殖池塘的水质信息,经过滤波处理得到稳定的数据,经过搭建好的互联网数据传输单元将采集的数据上传给专用的网络服务器,经控制端软件分析处理之后得到控制信息从而反馈至采集板的控制单元,实现增氧机开启、及时报警等控制决策,保障水产养殖的水质,确保水产养殖的安全。该系统经过现场的实际应用,具有较好的适应性和可靠性。     

复合驱动式水下机器人结构及水动力系数计算

针对水下观测和海底移动检测作业需求,提出一种复合驱动水下机器人.为实现水中游动与海底爬行,采用螺旋桨与履带移动底盘的复合驱动形式.通过对水下机器人进行数学建模,基于ICEM和Fluent水动力分析软件,模拟复合驱动式水下机器人水平直航、水平斜航、垂直斜航、加速直航运动实验,并采用最小二乘法对仿真数据进行拟合处理,获得相...     

基于LabVIEW的蛇形机器人PID控制

蛇形机器人是一种多关节高冗余自由度的模块化柔性机器人,有广阔的应用前景,其多自由度的协调控制以及运动稳定性,一直是整个蛇形机器人的关键所在。根据自主设计的多关节,高冗余自由度,正交模块化的蛇形机器人展开控制研究,采用美国NI仪器的控制器及其相关模块,德国福尔哈贝微型无刷直流电机,再结合Lab VIEW软件强大的图形化编程语言实现了整个蛇形机器人可视化监控的PID控制,具有很好的控制精度和运动稳定性,为后续此类蛇形机器人的进一步研究做了铺垫。     

水下船体清刷机器人磁吸附机构的设计与研究

为了实现水下船体表面清刷机器人在水下船体表面上的可靠吸附和灵活移动功能,对机器人磁吸附机构进行了设计研究。根据该机器人作业的特点和工作环境,分析了磁路材料和磁路类型,研究了衔铁、轭铁、铜块和海水等因素对磁吸附力的影响,设计了机器人的磁吸附机构。实际应用表明,该机器人在船体表面上吸附可靠,并且运动灵活,符合实际的需要。     

基于无线传感器网络的水质监测系统研究

针对传统水质监测系统存在的布线麻烦、造价高与系统精度低等问题,通过对水质监测系统的数据通信模式、传感器节点硬件、传感器节点软件、水质信息感知元件等方面进行了研究。设计了一种基于无线传感器网络的水产养殖水质参数监测系统,该系统由多参数信息融合功能水质无线监测节点、无线路由节点、上位机监控中心组成。研究了水质信息传输过程,信息采集由传感器节点完成,系统采集到的数据由无线传感器网络发送给汇聚节点,汇聚节点再将水质数据通过RS232串口传送给本地监测中心。传感器节点采用了STM32高性能单片机,传感器部分采用了工业p H电极和YDC100溶解氧电极作为感知元件。研究了对水质进行实时监测、对超过限定数据进行报警,并且对水质状况进行预测预警等功能。对系统的性能进行了研究。研究结果表明,p H、溶解氧和温度的平均相对误差为4.06%、3.10%和0.85%,可满足水产养殖水质监测的应用要求。     

基于PC机的并联机器人硬件控制系统

采用PC机作为控制器，用并联机器人数宇伺服控制电路进行姿态控制，并通过其对机构伸缩杆状态、伸缩杆电机状态进行实时检测和控制，来实现并联机器人预定轨迹的运动。     

高速机床防护罩伸缩机构虚拟现实建模研究

采用虚拟现实对快速伸缩机构进行运动仿真和虚拟装配研究能够提高针对快速伸缩机构结构优化和装配工艺方面的研究效率,降低研发成本。利用Solidworks建立数控机床高速防护罩快速伸缩机构基本模型,运用3DMAX和Multigen creator软件进行模型转换,结合机构学和软件优化原理对模型进行了面片精简和优化;采用相交线和双dof节点嵌套的方法完成了机构运动自由度的建模;实现了虚拟现实运动仿真系统对快速伸缩机构模型的要求。采用虚拟现实技术应用此模型对其机构结构和装配工艺进行研究,有效地提高研发效率。     

形状记忆合金驱动的蛇形机器人建模方法研究

针对仿蛇形机器人关节多、模型复杂等特点,采用CATIA和MSC.ADAMS软件对蛇形机器人进行了从样机模型建立到运动学仿真与分析等一系列研究;并根据STEP5函数具有一阶与二阶导数连续、较高的逼近程度等特性验证了蛇形机器人前后移动和左右转弯步态可行性;找到了一种在ADAMS环境下求解机器人运动的方法,简化了理论计算,提高了设计效率。