轮-履复合被动自适应机器人设计与参数分析

针对地形狭窄、障碍物较高的非结构环境,提出了一种可正反向越障的轮-履复合被动自适应机器人。该机器人由车体模块、尾轮模块和两个左、右对称布置的轮-履复合模块组成。简述该机器人的整体结构和模式转换原理,并详细介绍了其动力传递过程和运动过程。通过建立机器人轮-履复合模块数学模型,分析各构件的运动关系,对轮-履模块的模式转换过程及受力情况进行研究,并研究了轮-履复合模块结构变形过程中履带长度的变化情况。分析结果验证了参数设计的合理性和方案的可行性。     

轮-履双模式自适应机器人的设计与参数分析

基于被动自适应机理的研究,提出了一种具有轮-履双运动模式的移动机器人结构。该机器人能根据环境的约束产生被动变形并转换运动模式,跨越高于自身高度的障碍。通过建立移动机器人模型,对影响其变形的各机构参数进行了分析,并通过优化算法将各参数优化。最后对机器人变形过程进行仿真,验证了各机构参数的合理性。     

多适应性轮履复合载物移动系统的设计

针对复杂的非结构化工作环境,为提高载物移动能力,提出了一种具有多适应性的新型轮履复合式移动系统。该移动系统由变径步行轮和履带系统组成,既发挥了轮式结构平地行走的转弯灵活性和运动高效的特点,又结合了履带式结构爬坡时良好的稳定性和适应性。同时,为进一步提高爬坡时货物的安全性,设计了自适应载物升降平台,通过陀螺仪运用卡尔曼算法进行平台倾角的闭环控制,实现了平台的水平载物。运用RECURDYN软件进行动力学仿真,并制作了实物模型实施了验证,结果表明：该移动系统具有较好的复杂工作环境的适应性和载物的平稳性。     

多姿态轮履复合机器人移动机构设计与分析

对现有传统机器人的移动行走机构进行了研究分析,提出了一种基于变体轮技术的新型轮履复合移动机构设计方案。分别对该变体轮的工作机理和整体结构进行了介绍和设计,并对其整体模型和布局做了简要介绍。比较分析了基于变体轮技术的机器人与传统的机器人,尤其是整体式履带机器人,凸显了较大的优势。着重阐述了该机器人的几种典型运动模式,且对基于四连杆机构的液压伸展臂的运动学做了分析,为机器人的越障动作规划奠定了理论基础。     

一种轮-履复合式爬楼梯轮椅设计与分析

设计了一种新型轮-履复合式爬楼梯轮椅,其采用前、后双履带单元方式实现爬楼梯功能.建立了爬楼梯轮椅三维模型,对轮椅在爬楼梯的情况下进行了稳定性分析;通过ADAMS软件进行运动学分析,得到轮椅质心的速度和加速度曲线.仿真结果表明:新型轮椅具有良好的稳定性和平稳性.     

一种旋转式轮履复合机器人设计

轮式机器人和履带式机器人各有优缺点,为了综合运用2种机器人的行走机构,设计一种共用同一驱动装置的新型轮履复合式机器人,实现轮式行走和履带式行走的切换。在Solid Worsks对机器人进行三维建模,在Solid Works Simuation中对机器人底盘进行静应力分析,同时通过高位双目摄像头完成对机器人周围环境的采集,经过视差计算后,在Matlab 3D中进行环境建模,完成对机器人在复杂环境下的路径规划。     

新型轮-履复合电动轮椅设计与实现

针对很多下肢障碍者或老年人对平地高效移动和安全上下楼梯的需求,设计了一种新型轮—履复合电动轮椅。提出了该新型轮-履复合电动轮椅的技术方案,结合功能需求对其机械结构和控制系统进行了设计;分析了电动轮椅以履带式移动模式上下楼梯的过程并进行了图解说明;制作了电动轮椅的样机并进行了上楼梯实验。结果表明,所设计的新型轮-履复合电动轮椅能够同时实现平地高效移动和安全上下楼梯的功能。     

基于可控伸缩轮的移动机器人研究

目前移动机器人按实现爬楼梯功能的原理主要分为轮式、腿式、履带式、变形式和复合式。复合式包括轮腿式、关节履带式、轮履式等。针对移动机器人环境适应性的问题,提出一种新的楼梯攀爬结构——可控伸缩轮,可控伸缩轮结构结合了变形式和轮腿式的特点,通过内置的减速电动机驱动伸缩控制盘,伸缩控制盘通过连接件将动力传递给轮腿,使轮腿在径向一定的范围内可以交替伸缩从而实现稳定攀爬楼梯。最后对可控伸缩轮交替伸缩和基于可控伸缩轮的移动机器人的楼梯攀爬进行了仿真。仿真结果表明,可控伸缩轮可顺利交替伸缩,基于可控伸缩轮的移动机器人成功攀爬楼梯,可控伸缩轮可以提高移动机器人的越障能力,提高移动机器人的环境适应性。     

具有自适应能力管道机器人的设计与运动分析

提出并研制一种基于自适应移动机构的管内探查机器人.通过对机器人传动机构的设计,实现了在不增加驱动电动机数量的前提下,机器人具有适应不同管道直径的能力.机器人的传动机构能够在管道直径改变时,自动地改变行走部件的输出形式以克服障碍,完成越障任务.在没有应用链式多节构型的情况下,机器人配备一个驱动电动机就能够完成越障任务,改善了传统螺旋驱动式机器人越障能力不高的问题,同时也提高了对驱动电动机的使用效率.为了分析试验中发现的机器人保持架自转现象,对机器人进行运动分析,并由分析结果对相关部分进行改进.试验结果表明,该机器人能够在内径为190 mm和180 mm的管道中行进,并能够顺利通过两节管道间形成的同心台阶障碍,验证了自适应移动机构的行走能力.     

线性空程传动耦合自适应机器人手研制

传统耦合自适应手指采用并联的两套传动机构实现先耦合后自适应的复合抓取模式,存在机构复杂、内耗大和弹簧选型困难等不足。针对此问题,设计了一种新的耦合自适应欠驱动手指机构——COSA-LET手指。COSA-LET手指包括多个齿条、双拨杆、双限位凸块和双弹簧等,由一个电机和串联传动机构驱动两个关节。COSA-LET手指利用反向双齿条和带弹簧及凸块限位的齿轮实现耦合联动功能,利用关节轴弹簧将电机动力分解到两个关节轴,通过双拨杆线性空程传动的延时拨动效应解决了自适应阶段的解耦问题。手指抓取受力分析和实验结果表明,所研制的带有3个COSA-LET手指的COSA-LET机器人手实现了耦合与自适应复合抓取功能,能够根据被抓取物体的大小、形状和位置,在耦合与自适应之间自主切换抓取模式。     

球—轮复合可变形机器人的结构设计与分析

设计一种将球形机器人与轮式机器人运动特点相结合的可变形移动机器人。该移动机器人可以适应多种复杂的地形环境,自身几何形状发生变化以实现球形和轮式机器人互换。球—轮复合型移动机器人的机构系统由可变形球壳、球体推进装置和轮式驱动装置组成。通过对可变形球壳的拉伸和收缩实现球形和轮式机器人之间的角色交换。运用理论推导和参数优化等方法对球—轮复合型移动机器人中的变形球壳、车轮、和驱动重摆的结构尺寸进行分析,并通过仿真试验验证了机构尺寸参数选择的合理性,为该复合型移动机器人的机构设计提供了理论依据。最后通过实物试验验证,证实了该移动机器人实现的可行性。     

非叠加型可变形两栖机器人水下推进方法

受自然界中变形虫和生物蛇启发,将可变形和链式构型特性引入两栖机器人。通过运动特性、水环境适应性和可变形能力扩展等综合分析,设计了没有添加额外水下推进机构的非叠加型两栖机器人链式可变形构型。该机器人在陆地环境具有较高机动性外,还具有履带划水和仿生划水组合的复合推进方式。提出基于理想推进器的履带划水推进模型;针对仿生划水时运动学与流体力的耦合关系,提出基于拉格朗日方程的运动学-动力学联合运动模型,并建立了转向模型,完成仿生推进方式的水中机动性能分析。通过仿真分析了履刺高度和分布等机构参数以及幅值、频率等运动参数对水下推进性能的影响。利用基于链式可变形构型研制的机器人样机Amoeba-II进行了水环境试验,验证该构型在水下推进中的有效性,并对履带划水和仿生划水的推进效率、稳定性进行对比。     

单链传动双齿条平夹间接自适应机器人手研制

传统平夹自适应手指采用并联的两套传动机构,存在机构复杂的缺点。提出了一种具有单链式平夹间接自适应复合抓取模式的机械手(PISA手)。PISA手指包括3个齿轮、2个齿条、滑块、拨块、限位块和单个弹簧等,由单个电机驱动双关节手指转动。PISA手能用远指段平行夹持物体,用有滑块的近指段和远指段自适应包络物体。介绍了PISA手的组成和运动过程,进行抓取范围和抓取力大小的理论分析,研制带有3个PISA手指的PISA机器人手。通过仿真和抓取实验结果表明,PISA手能根据物体不同的形状在不同的位置,自主切换平夹或是间接自适应的抓取模式,实现稳定抓取。PISA手指具有传动效率高,手指结构紧凑特点。     

一种关节式轮履混合机器人的设计与运动分析

针对移动机器人在发展中存在的问题,综合轮式、履带式等不同移动机构的特点,设计了一种关节式轮履混合机器人,详细分析了其机械结构。该机器人具有多种运动模式,根据运动环境的不同,可以在纯轮式运动与纯履带式运动间切换。基于齐次坐标变换矩阵分析了机器人的质心稳定性与越障性能,建立了其质心方程与越障方程。实验证明,这种机器人能够充分发挥轮式运动与履带运动的优点,机动灵活,速度快,并且具有很强的地形适应能力和越障能力。     

轮履复合式移动机器人设计及越障功能分析

进行了一种机器人行走系统的设计和越障功能分析。该系统采用轮履复合式移动机构,具有直线行走、左右转弯、通过凸台、攀越楼梯、跨越沟槽障碍等优点。从机构本体运动出发,分析了移动机器人各种路况下的通过性,得出其可行性条件。由分析可知,所提出的机器人行走系统适用于探测和救援等复杂环境。     

直线平夹自适应机器人手抓取分析与实验

传统机器人手在平夹模式下,其手指末端的运动轨迹为圆弧,难以精确捏持薄板物体.针对传统机器人手的不足,设计一种可实现直线平夹精确捏持和自适应包络通用抓取的机器人手,分析了该机器人手的工作原理,结构组成,并且对机器人手抓取模式、平夹抓取最大抓取质量和自适应包络抓取特性进行分析,为优化机器人手设计提供依据.研制了机器人手样机...     

基于联合运动规划的可变形履带机器人在线翻越楼梯控制方法

楼梯是室内环境中最典型的障碍物之一,其对执行废墟搜救任务的机器人的机动性能提出较高要求。针对机器人翻越楼梯过程中的攀爬能力和稳定性问题,提出一种基于实时状态预测的在线翻越楼梯控制方法,该方法不仅适用于常规机器人,同样适用于异构模块化可变形履带机器人。在对机器人翻越过程中的步态进行联合运动规划基础之上,利用传感器完成楼梯参数辨识,同时对机器人翻越楼梯的基本过程进行阶段划分,并进行运动学和准静态力学分析,针对翻越楼梯过程的各阶段建立模块联合运动协调准则、防止倾翻准则和防止干涉准则,实现机器人翻越楼梯运动的实时在线预测控制。基于可变形履带机器人Amoeba-II平台的翻越楼梯试验验证基于联合运动规划的在线翻越楼梯控制方法的有效性。