仿生六足机器人机构设计及控制方法研究

机器人足部与壁面间的粘附能力及其运动控制策略是爬壁机器人能够在处于不同倾斜度的壁面上爬行的关键技术。模仿甲虫足部钩刺对抓的特征及尺蠖蠕动爬行运动特性设计了一种可灵活转向的仿生六足爬行机器人机构。该机器人采用CPG(central pattern generator)仿生控制方法实现其在粗糙壁面上的任意方向的运动,并且通过超声波传感器的反馈信号能够实现避障功能。机器人足部采用对抓设计提高了爬行稳定性,同时CPG控制方法简单、新颖。基于Matlab软件建立了CPG控制网络,并结合反馈信号实时调节网络输出。在Webots移动机器人仿真环境下完成了机器人建模,CPG控制器程序编写,通过动态仿真验证了六足机器人机构和控制方法的合理性,机器人爬行速度约2.7 cm/s。     

无轨导全位置爬行式弧焊机器人系统

介绍了一种采用新型轮履复合式爬行机构的全位置爬行式弧焊机器人系统,详细地阐述了系统的组成和工作原理。该系统由爬行机构、焊接系统、视觉跟踪系统以及控制系统组成,是一种既无需轨道也无需导向的自动焊接系统。爬行机构具有负重能力强、运动灵活等特点,满足机器人在大型工件上全位置爬行焊接要求。通过大量试验对爬行机构进行了运动分析,建立了机器人运动模型。针对系统的复杂性设计了开关控制器,实现了爬行机构及十字滑块的协调控制,达到焊缝精确跟踪的目的。进行了焊接条件下的跟踪性能试验、全位置多层多道焊接试验,取得了满意的效果,实现了大型工件焊接过程自动化。     

爬行式焊接机器人焊缝跟踪的协调控制

针对大型构件的自动焊接问题，采用由爬行小车和十字滑块组合而成的跟踪机构进行焊缝的跟踪，提出了协调控制的方法，并对爬行小车的控制进行了理论分析和大量的实验研究，焊接实验表明这种控制方案能够实现爬行机器人对焊缝的精确跟踪。     

基于圆柱凸轮机构的管外爬行机器人机构设计

对直动推杆圆柱凸轮机构在管外爬行机器人机构设计方面的应用进行了有益的探索,通过对直动推杆圆柱凸轮机构的结构、运动特征的分析,阐述了其能够实现爬行运动的可能性,并对机构的组成进行改进以实现管外爬行机器人的机构设计,运动分析表明该设计结果可行。     

管道爬行机器人结构研究

设计了管道爬行机器人，其采用伸缩式伞形结构，可适应大范围内径变化的管道要求。采用吊篮可始终保持摄像装置与水平面平行，控制机身电机实现机腿的伸缩，使其能顺利通过十字型和丁字型等较复杂的管道，是一种实用有效的管道维修和维护探测装置。     

爬行机器人腿臂融合机构的研究

本文描述了爬行机器人腿臂融合机构，分析和计算了机构的运动空间，通过对机构运动的仿真证明，本文所研究的机构在运动空间上有了突破，从而实现腿臂融合功能。     

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。     

一种多吸盘爬壁机器人原型的研制

介绍了一种仿坦克的爬壁机器人原型设计，该机器人新颖之处在于采用多个吸盘组成的吸附机构和单链条爬行及转向机构，它可以在玻璃幕墙和船壳等墙面上连续爬行，并有一定的越障能力。主要阐述了爬壁机器人关键结构的设计、安全性分析、转弯技术和越障实现的设计思想，并简要对其控制系统进行了介绍。     

一种双臂四轮输电线路巡检机器人的研制

介绍了一种双臂四轮输电线路巡检机器人系统，机器人系统由地面基站和巡检机器人本体组成，地面控制基站和巡检机器人之间采用无线通讯方式，实现数据与图像的无线传输。详细分析了机构构型及结构特点，机器人由前、后手臂及控制箱体三部分组成，每个手臂上均包括行走机构、翻转机构、俯仰机构、夹紧机构及回转机构，并对机器人跨越防震锤和单悬垂金具等障碍物的越障过程进行了详细分析，采用遥控与局部自主相结合的设计思想，设计了机器人的控制系统，并基于Windows软件平台设计了人机交互平台。试验结果表明机器人具有爬坡角度大，越障能力强，行走时保护性好等优点。     

仿生尺蠖机器人的机构设计及仿真

通过研究多种爬杆机器人的机构特点和性能,并观察分析节肢动物尺蠖行进步态的变化规律,确定了采用两套复合曲柄滑块机构和两套夹紧机构,模拟尺蠖沿杆体向上蠕动爬行的机构运动方案。利用软件CATIA建立了仿生机器人的三维机构模型,并在软件MSC Sim Designer for CATIA V5中设置了仿生机器人各机构类型和参数等。采用step函数控制两套曲柄机构和锁紧机构的顺序运动,通过分析得到了尺蠖机器人的运动规律和动画,验证了机构方案的可行性。     

Movement Simulation of a Five-Link Crawling Robot with Controlled Friction Forces

This paper considers the motion of a five-link crawling robot equipped with special friction elements for the periodic clamping of the links along a rough horizontal surface. A classification of the modes of motion depending on the presence of obstacles on the surface and ways of crossing them is presented. One of the crawling modes along the surface without obstacles or with obstacles when the end links are detached from the surface and the adjacent ones rotate by a given angle in the motion plane is analyzed. The influence of the control parameters on the average robot speed is established.     

高压输电线路自动巡检机器人的研制与开发

本文介绍了一种沿高压电力线行走并自动跨越障碍的巡检机器人，对其机械结构和越障过程做了阐述，并介绍了其控制系统的设计。该机器人结构简单可靠，能够实现自动检测和跨越障碍等功能，可部分代替人工巡线，具有较为广阔的应用前景。     

输电线路巡检机器人越障控制研究

介绍了超高压输电线路巡检机器人越障控制方法。根据巡检作业任务的要求，采用遥控与局部自主控制相结合的方法,实现了巡检机器人沿线行走及跨越障碍的功能。采用基于单目摄像头定位和视觉伺服的方法，实现了巡检机器人的自主越障控制。实验结果表明，该机器人可沿线行走并自主跨越障碍，从而验证了控制系统设计的有效性与合理性。     

一种蠕动式管内机器人的研制

这里对一种采用超越方式行走的蠕动式管内机器人进行了研究,分析了机器人的超越行走原理和自锁条件,介绍了其机构和控制系统。实验结果表明,该机器人具有良好的运行状态和应用价值。     

两栖仿海龟机器人步态规划及分析

针对清淤机器人移动困难、稳定性差等问题,参考海龟的身体结构和爬行动作,设计出了一种两栖仿海龟机器人。在介绍机器人结构的基础上,利用D-H方法对机器人进行运动学分析,建立并求解了支腿的变换矩阵和运动学方程;规划了两种仿海龟爬行步态,根据机器人结构规划了电推缸的行程空间,并对足端轨迹和爬行步态做以优化;在ADAMS中进行运动仿真,分析了机体的位移和速度变化曲线。结果表明,优化后的步态可以大大提高机器人的爬行速度和稳定性。     

基于旋翼负压混合吸附的爬壁清洗机器人系统动力学性能研究

针对爬壁清洗机器人越障时,负压装置的吸附力下降导致吸附不稳定的问题,设计了一种旋翼负压混合吸附工作的多边形履带清洗机器人,并对爬行稳定性及越障性能进行了动力学分析。首先根据机器人爬壁的运动原理,建立机器人沿玻璃幕墙上的动力学模型,计算出电机理论驱动力矩;其次分析机器人在跨越障碍过程中的运动模型,结合与壁面接触的实际受力状态,对越障过程中关键阶段的本体倾翻、滑移两种失效形式进行运动学和动力学分析;然后根据玻璃幕墙实际的障碍高度,确定多边形履带的参数和理论驱动力矩的大小,并研制了实验样机进行爬行和越障试验,结果表明所设计的机器人具有良好的越障性能。     

新型抓胎机械手结构优化及动作分析

针对目前传统抓胎机械手在取胎过程中易发生胎坯变形不对称和变形量大的问题,对抓胎机械手取胎过程中影响胎坯纵向和横向变形的主要因素进行了研究,提出了定位内撑一体的抓取方法;并结合实际工作要求,从抓胎机械手动力学参数设计角度出发,优化设计出了新型内撑抓胎机械手,利用动力学仿真分析软件ADAMS对新型机械手内撑机构工作位置的运动及动力学特性进行了仿真分析,通过有限元柔性体分析方法,对3种抓胎机械手取胎时轮胎胎坯变形量的大小及分布情况进行了对比、验证。研究结果表明:新型机械手能够实现胎坯定位、内撑取胎的功能,并且对取胎过程中胎坯存在的变形不对称和变形量大的问题均有明显改善。     

一种自主越障巡检机器人行走夹持机构

在机器人越障过程中，由于重力的影响使得机器人车体水平姿态发生变化，从而机器人自主越障变得十分困难。分析了超高压输电线路障碍物的类型，提出了一种新的双臂自主越障巡检机器人构型，该构型能够跨越输电线路上的障碍物。针对这种新构型，阐述了机器人行走夹持机构的工作原理和实现形式，着重分析研究了偏心夹持机构对保持车体水平姿态的机理。最后，通过越障实验验证了行走夹持机构的可行性。     

三臂式巡检机器人重力平衡及其转向越障方法

提出了一种由4组平行四边形机构串联组成的新型三臂式巡检机器人机构,该机构能够通过调节机器人的姿态来满足越障过程中的重力平衡要求。给出了机器人越障流程规划,并对转向越障中的关键步骤进行了分析,利用二分逼近优化算法搜寻满足重力平衡条件的越障姿态,给出了满足重力平衡约束条件的运动学逆解求取方法,实现了机器人重力平衡约束条件下的转向越障运动。分析结果表明,该新型三臂式巡检机器人具有转向跨越障碍的能力。