基于蚯蚓运动原理的微小机器人构件的运动特性分析

介绍了一种基于蚯蚓运动原理的微小机器人内窥镜系统，对微小机器人机体的构造及其驱动原理作了介绍，并讨论了单一构件的运动特性，从而为合理地确定驱动波形及有效地控制微小机器人奠定了基础。     

微小机器人的移动方式

微小机器人是微机电系统研究开发的重要分支,各种微小机器人的研究成果不断涌现.受自身尺寸和作业空间的限制,微小机器人难以采用常规机器人的驱动器、传动机构和执行机构.根据移动方式的不同,将微小机器人分为腿足式、轮式、蠕动式和游动式等类型.讨论了各种移动类型的例子,分析研究了它们新颖的驱动机构.认为驱动器的微型化是实现微小机器人的关键,高效合理的驱动方式可降低对微小驱动器的要求.     

压电陶瓷驱动微小机器人移动机构性能实验研究

利用压电陶瓷的电致伸缩效应可以驱动微小机器人移动机构的运动。用金属薄片和压电陶瓷构筑的振动框架式微小移动机构其外型尺寸在１０ｍｍ３以下,重量小于０．７ｇ。本文用实验方法探讨了这种微小机构在不同激励频率、不同信号波形和幅值下的移动性能,为理论建模提供了实证依据。     

螺旋驱动管内机器人自适应运动机理与机构设计

为了提高螺旋驱动式管内机器人在直管道和不同曲率半径弯管道中的环境适应能力,对自适应运动机理这一问题展开研究。考虑管道环境特点,在机器人运动学和力学建模的基础上,分别提出直行运动机理、转向运动机理和负载能力调节机理。调节螺旋轮倾角能够使螺旋驱动式管内机器人具有环境自适应性,并能够避免运动干涉和滚轮打滑的问题。基于自适应运动机理,提出一种基于自适应联动机构的螺旋驱动式管内机器人。自适应联动机构通过偏心臂反馈环境信息,并利用差动原理改变螺旋轮倾角。动力学仿真结果表明:该机器人能够机械自适应地通过直管和不同曲率半径的弯管,同时能够通过自适应联动机构调节负载能力。     

新型肠道胶囊式微型机器人的运动特性

提出一种胶囊微机器人的外旋转磁场驱动方法,原理是以径向磁化瓦状多磁极构成的圆筒形NdFeB永磁体为外驱动器,以胶囊微机器人内嵌同磁极结构NdFeB永磁体为内驱动器,通过外驱动器旋转产生旋转磁场的磁机耦合作用,形成内嵌驱动器对胶囊微机器人的驱动力矩,在胶囊表面螺旋与流体形成的动压力作用下,实现胶囊微机器人在肠道内旋进。首先介绍胶囊微机器人系统的结构,然后根据雷诺和Navier-Stokes方程建立管道环境内胶囊微机器人的运动数学模型,对其螺旋参数与速度的关系进行理论与试验研究,并发现了临界间隙现象。试验表明,该胶囊微机器人具有驱动力矩大、适合大粘度液体封闭管道内行走等特点,在人体肠道和血管内具有很好的应用前景。     

基于蚯蚓蠕动机理的仿生机器人研究进展

介绍了蚯蚓的生理构造,重点分析了其依靠自身体节有节律的伸缩运动实现前进、后退的蠕动机理,在此基础上,提出了仿蚯蚓蠕动机器人的运动原理,归纳和阐述了仿蚯蚓蠕动机器人在医疗、微型管道检测、曲线孔加工、特种作业中的国内外研究现状,并指出其在尺寸微型化、驱动方式完善化、加工检测高效化、通讯无线化、操作智能化等方面的不足之处.最后,针对上述存在的缺陷,分析了仿蚯蚓蠕动机器人今后的发展趋势.     

基于人体参数的被动步行机器人模型及其运动特性分析

为了深入揭示人类步行机理并为助步设备的研制提供新的思路,从“提高实用性”的角度出发,利用空间算子代数相关理论构建一种基于人体参数的被动步行机器人动力学模型,并对其运动特性进行分析。根据分析报告并结合实际需要,设计了一种仿人程度高的被动步行机器人机械系统模型,结合 ＡＤＡＭＳ软件进行虚拟样机仿真实验。最终结果表明,基于人体参数特性的被动步行机器人具备稳定走下斜坡的能力,将被动力学相关理论应用于助步设备的研制中具有可行性。     

六自由度伺服机器人的运动特性分析

对伺服机器人的运动特点,运动学模型,运动学正解,运动学逆解等问题进行深入分析,获得了机器人的运动学参数,为进一步研究机器人的轨迹规划、动力学分析、机器人的控制等问题打下良好的基础.     

管道缺陷超声波内检测机器人运动特性仿真

利用超声波测距进行管道内缺陷检测时,为了保证机器人的检测精度,需使其运行时始终与管道同轴。分析机器人的运动学关系,利用Pro/E、ADAMS进行机器人在不同弹簧刚度系数K和预紧力下的运动学仿真研究。通过分析机器人质心的位移、动能曲线、弹簧受力的变化情况,得出机器人在不同弹簧刚度K值和预紧力下的运动状态。仿真结果表明,在质心偏离管道轴线小于0.5 mm前提下,机器人弹簧刚度系数的取值为120 N/mm,机器人运行平稳且满足检测精度。     

仿生挖掘机器人结构设计与运动特性分析

在地下管线的铺设过程中,一些地段及建筑物的下方不允许从地表进行开挖,这时设计一种地下挖掘机器人就具有重要的实际意义。应用仿生原理,在研究了鼹鼠挖掘的功能形态学、挖掘技术及挖掘运动轨迹的基础上,提出了仿生挖掘机器人前肢挖斗、后肢铲斗和挤压板在工作时的轨迹要求及位移匹配要求。以挖洞直径设计出躯体的长和宽,以轨迹、位移匹配为目标设计了前肢、后肢五杆机构以及挤压机构的尺寸和安装点位。基于ADAMS软件研究了在一个运动周期内,前肢挖斗、后肢铲斗和挤压板的位移、速度和加速度随时间变化的规律。结果表明所设计的挖掘机器人结构合理,按照设计的运动次序工作时,挖斗、铲斗和挤压板之间不会产生运动干涉,并能使挖掘、排土和挤压运动过程紧密衔接。     

基于自适应模糊PID控制的气动微型机器人系统

根据尺蠖蠕动原理，研制了一种具有三自由度的微型蠕动机器人内窥镜诊疗系统，该机器人由空气压橡胶驱动器驱动，通过气囊钳位。设计了电一气脉宽调制伺服系统控制机器人的移动，建立了微型蠕动机器人控制系统的动态模型，以一种简化的自适应模糊PID方法控制机器人，将模糊控制器辨识的输出作为PID控制器的输入不断改变控制参数。在自适应模糊PID控制下对系统进行了仿真并进行了实验，结果证实该方法弥补了模糊控制与PID控制的不足，使系统的动静特性都达到预期效果，是一种理想的气动微型蠕动机器人控制方法。     

基于非刚体静力模型的微型机械臂姿态估计

提出了一种针对具有10个被动平面转动关节的微型化柔索驱动机械臂运动姿态的实时估计方法。通过建立该微型机械臂的非刚体静力模型,将10个平面自由度变量转化为1个位移变量和1个张力变量。用一个线型差动变压位移传感器(linear variable differential transformer,LVDT)和一个微型载荷传感器(load cell)测量该微型机械臂终端执行器的平面运动姿态。通过对测量结果的精度和误差进行分析,指出了该测量方法的优势与不足,并与其他几种可能的测量方法进行了比较和讨论。     

管内移动微型机器人研究与发展现状

管内移动微型机器人是微型机器人领域的一个重要的方向,其主要包括用于发电、化工、制冷等行业中的细小管道检测的刚性管内移动的微小型机器人,以及能进入人肠道的内窥镜的柔性管内移动的微型机器人。将微型机器人的研究方向与内容进行总结,介绍管内移动微型机器人的国内外研究发展现状,讨论管内移动微型机器人的研究内容与方向。     

基于UG的焊接机器人装配及运动仿真

本文介绍了焊接机器人的发展和应用,利用UG建立了焊接机器人的三维运动仿真模型,阐述了模型的装配方式,采用逆向代数法建立了焊接机器人运动学模型,通过设置函数参数进行动态仿真和结构优化,并实现了焊接机器人整个运动过程的运动仿真,为焊接机器人产品设计和改进提供了依据。     

可变结构体机器人滚动步态参数优化

可变结构体机器人是一种基于张拉整体结构设计的新型移动机器人,由刚度较大的压杆和弹性较大的拉索构成,利用自身形变产生滚动。然而由于缺乏必要的参数分析,目前其结构设计多基于经验,滚动控制往往采用固定驱动参数,未考虑材料参数与驱动参数对机器人易滚动性、能耗、结构可靠性等特性的影响;而张拉整体结构内力耦合度高,传统动力学分析参数影响极其复杂。因此,为获得低能耗、易滚动且结构可靠的可变结构体机器人,将重力矩、临界驱动长度和驱动力作为性能参数,描述可变结构体机器人的上述三项性能。通过有限元法分析方法,建立驱动参数、材料参数与三项性能参数的关系。在此基础上,提出参数优化方案,指导参数选择。通过试验验证结果的正确性。     

基于虚拟原型的管径激光检测机器人运动仿真

为直观分析天然气管道内径激光检测机器人在管道中的运动工况,基于CAD软件绘制了机器人三维模型,并对其进行了受力分析;运用LabVIEW编写了控制程序,并设计了简单、直观的人机交互界面;应用NI公司的运动模拟软件,建立了三维模型与控制程序的连接,通过设定运动参数和运行控制程序,实现了机器人虚拟模型模拟物理原型的运动仿真。使用虚拟原型技术,改进和优化了设计结构,缩短了研发周期,减少了加工成本,在项目前期工作中具有重要意义。     

基于强化学习的机器人手臂仿人运动规划方法

面向入-机器人交互共融环境对机械臂仿人运动规划的重大需求,本文提出了一种基于强化学习的机器人手臂仿人运动规划方法.首先,基于人体手臂的结构特征,设计了体现机械臂运动特性的肩夹角、肘夹角和腕关节运动角,并采用正态性和相关性分析方法,对VICON运动捕捉系统获取的人体手臂运动数据进行分析,以获取人臂运动特性规则.然后,根据...     

自主移动清洁机器人运动学性能研究

设计了自主移动清洁机器人的运动机构，建立了机器人的运动学模型，并对机器人的运动学性能进行了理论分析与实验研究。     

两足机器人步行运动参数对单足支撑期ZMP点影响的研究

在两足步行机器人的研究中,一般将零力矩点(ZMP点)的位置与支撑范围的关系作为判别其步行稳定性的依据.提出一种通用的方法,来分析两足机器人的步行运动参数对ZMP点位置的影响,并通过对机器人单足支撑期运动的计算机仿真,试图得到步行运动参数的变化对稳定性影响的规律,以期对机器人动态步行的稳定性设计提供实用的参考.     

Effect of Spine Motion on Mobility in Quadruped Running

Most of current running quadruped robots have similar construction： a stiff body and four compliant legs. Many researches have indicated that the stiff body without spine motion is a main factor in limitation of robots’ mobility. Therefore, investigating spine motion is very important to build robots with better mobility. A planar quadruped robot is designed based on cheetahs’ morphology. There is a spinal driving joint in the body of the robot. When the spinal driving joint acts, the robot has spine motion; otherwise, the robot has not spine motion. Six group prototype experiments with the robot are carried out to study the effect of spine motion on mobility. In each group, there are two comparative experiments： the spinal driving joint acts in one experiment but does not in the other experiment. The results of the prototype experiments indicate that the average speeds of the robot with spine motion are 8.7%–15.9% larger than those of the robot without spine motion. Furthermore, a simplified sagittal plane model of quadruped mammals is introduced. The simplified model also has a spinal driving joint. Using a similar process as the prototype experiments, six group simulation experiments with the simplified model are conducted. The results of the simulation experiments show that the maximum rear leg horizontal thrusts of the simplified mode with spine motion are 68.2%–71.3% larger than those of the simplified mode without spine motion. Hence, it is found that spine motion can increase the average running speed and the intrinsic reason of speed increase is the improvement of the maximum rear leg horizontal thrust.