基于智能视频技术的陆空两栖消防侦察系统设计

针对火场智能化侦察需求，提出了一种基于智能视频技术的陆空两栖侦察系统设计方案。该方案设计了陆空两栖消防侦察机器人，具备空中飞行和陆地行走的两栖运动。同时，提出了基于深度学习的智能视频火场探测技术，实时探测火场火源信息。该系统可应对复杂火场环境，开展火场实时智能侦察，具有良好的消防实战应用前景。     

双臂搬运机器人结构设计与动态仿真分析

针对棒料搬运和无人机翼下弹药挂装,设计了一种基于双六自由度结构的双臂搬运机器人.对机器人总体构型和各驱动回转及末端执行器等重要部分结构加以阐述.双臂机器人由10个驱动转动环节组成,其中腰部和肩部回转为2个共用关节,双臂各有4个回转关节,组成双六自由度机械臂.机器人通过两臂间的协作可以准确地调整搬运对象的位姿,完成复杂的...     

一种桨身融合蛇形两栖子母机器人的机构设计和运动学仿真

为实现机器人拓展仿生、多模式运动、多子体协作等要求,完成了一种新型两栖机器人的机构设计.将蛇形机器人和类水母的游动方式相结合,区别于传统的轮桨鳍腿足等设计理念,参照翼身融合、船桨划水以及壁虎断尾的原理,分别采用了桨身融合、桨叶可开合和子母分体等新概念.为验证设计,研制了包括子体、关节部和分体部在内的机器人各部分.最后通过各运动机构的数学模型结合UG运动机构仿真、MATLAB数值分析和实物试验验证了机器人各部分设计的合理性和可行性.     

基于Pro/E二自由度并联机器人的结构设计

为了提高研发效率,需要将机器人的设计过程和分析过程集成起来;针对这一集成要求,提出了基于Pro/E二自由度的机器人仿真平台,并建立两自由度平移运动并联机器人运动仿真模型;验证了机构的实际工作空间和运动情况,指出了该机构的在实际中的应用;最后通过仿真了机器人的位置轨迹、速度轨迹以及加速度轨迹来验证,文章所设计的二自由度机器人性能良好、工作灵活,很好地满足了设计指标要求,具有一定的实用性。     

MSTRbot:一种小型侦察机器人

设计了一种用于野外侦察和监控的小型两轮机器人——MSTRbot,MSTRbot本体上搭载一个可折叠、2个自由度的小型机械手臂,通过机械手臂的“抓”、“撑”动作来辅助机器人攀越障碍物.MSTRbot奉体为圆柱形,直径55mm,长240 mm,可翻越比自身尺寸大的障碍物.MSTRbot上搭载有微型音视频传感器,通过无线方式...     

一种五自由度机器人的动力学分析

本文根据一种五自由度工业机器人的动力学参数的符号表达式,获得了非直接驱动的机器人动力学模型.并根据特定工况,分析了参数变换情况,在此基础上得出了简化模型,论证了简化控制的合理性和可能性.     

一种小型仿人机器人的设计、制作与舞蹈功能的实现

小型仿人双足机器人是一种机电一体化装置,完成其结构设计、样机制作以及动作编排需要进行系统探索。依托机器人基础知识和专业技术,对该机器人进行了详尽分析,根据仿生学目标进行了机器人自由度分配,且依据研发任务选择了机器人驱动元件,进而使用solidworks软件进行了机器人结构造型设计,并完成了实验样机的结构组装和系统调试。设计了一个机器人“舞蹈”程序,该程序采用分层软件架构方法,设计了驱动层、应用层和执行层,使机器人软件系统的各个部分分工明确,且使机器人在跳舞过程中能够保持各部位的协同运动,同时保证机器人重心稳定,不会摔倒,实现了机器人的“舞蹈”动作。该项工作表明,小型仿人双足机器人的设计方案具有一定的合理性与可行性,对促进青少年掌握机器人技术极有帮助。     

一种蛇形管道机器人结构设计及运动分析

为了更好地解决管道堵塞、裂纹等问题,本文基于设计了一种用于管道疏通及管道检测的蛇形管道机器人。在狭小管道中,蛇形管道机器人主要通过蠕动的运动方式前进,本文首先对蛇形管道机器人蠕动的运动方式进行了运动学规划,然后建立出蛇形管道机器人的化简模型,通过Adams软件对其运动和力进行仿真分析,并得出蛇形管道机器人蠕动一个循环前进0.145m,蠕动时关节最大力矩为2.03N·m,验证了结构与电机选型的合理性,还设计了一套基于STM32单片机的控制系统,通过配备的App软件控制其运动以及头部的各个传感器,从而实现机器人的运动、检测、疏通等功能。     

仿人机器人的机械结构设计与控制系统构建

文章研发了一款适用于机器人教育教学的多功能、多用途、普适性的19自由度的小型仿人机器人,主要完成了该机器人的机械结构设计与控制系统构建工作[1]。所设计的机器人机械结构可靠性高、工艺性好、结构紧凑、样式新颖；所构建的机器人控制系统鲁棒性高、稳定性好、控制准确、反应迅速,圆满地实现了预期的设计任务。通过对优缺点的综合对比,得出组合式构型方案在功能性、实用性和稳定性等方面具有明显优势,有望通过后续软件系统的开发提高其运动效能,真正在青少年机器人教育中发挥重要作用[2]。     

Design and motion analysis of vibration-driven small robot Rizeh

Vibration mechanism is good candidates to be used as actuation system in small robots. However, mini fabrication of small electrical and mechanical drives is a challenging issue. Moreover, no analytical model for motion analysis of vibration driven robots is devised. In this paper, a small robot is developed. To setup a low-cost robot, cell phone vibrators are employed as actuation mechanism. Motion principle of the robot is analytically obtained and appropriate mechanical and electronic derives are designed. Some technical tips are employed to reduce the size of the robot. The obtained model was evaluated by simulations in MSC.ADAMS as well as some standard experiments on a real robot named Rizeh. Moreover, the robot is tested in a line following task, as a typical task for mobile robots.     

6-DOF并联机器人控制算法结构化分析与设计

为了实现对六自由度并联机器人位置速度算法的控制,针时控制算法采用了软件工程的原理和方法进行了分析,并对机器人运动特性进行了研究.根据运动特性对位置与速度的控制算法进行了解析,提出位置反解的控制策略,给出了功能分析的DFD模型和软件结构化设计模型SC图.描述了算法的详细设计及实现,采用结构化语言表达工具,并对实现中重要的部分细节进行了细致的研究,其结果达到了位置速度控制的目的及机器人控制算法的软件结构化设计.     

Conceptual design and analysis of the 2T1R mechanism for a cooking robot

This paper deals with the design and analysis of a two-translation and one-rotation (2T1R) mechanism for a novel cooking robot. Firstly the motions involved in stir-fry, the most representative operation in the cooking processes used in Chinese cuisine, are analyzed in details. Then the featured motions are decomposed into four main movements that are used as a design base for a wok motion mechanism. Several three-degrees-of-freedom (DOF) parallel manipulators are considered. From these, a 2T1R mechanism is selected as an ideal candidate. A 4-DOF (2T1R+1T) cooking robot is constructed by combining the 2T1R parallel manipulator with a 1-DOF linear feed mechanism. It is shown that the combined 4-DOF robot can perform the required cooking operations, particularly the stir-fry. The analysis conducted on the proposed 2T1R parallel manipulator includes inverse kinematics, forward kinematics, the velocity analysis, the constant orientation workspace, and the total orientation workspace. A prototype of the cooking robot is developed. The experiments verify that the proposed cooking robot is suitable for performing the required operations.     

Dynamic modeling and step-climbing analysis of a two-wheeled stair-climbing inverted pendulum robot

ABSTRACT

In this study, the control of a two-wheeled stair-climbing inverted pendulum robot and its climbing motion are analyzed and discussed. The robot adopts a state-feedback controller with a feed-forward constant to stabilize the body and achieve step-climbing motion. The control parameter is considered based on the dynamic model motion on a flat surface and the static model of motion on the step. For climbing stairs with a narrow step tread, a constant torque is applied to reduce the space required for recovering the body stability after climbing. The stability of the robot is numerically analyzed by analyzing the orbital stability of its limit cycle. The stability analysis shows that the control method can achieve a stable stair-climbing motion. The effectiveness of the control method is demonstrated through an experiment. The result indicates that the robot can climb the stairs, and the required time for climbing a single step is approximately 1.8?s.     

三自由度苹果采摘机器人本体设计

目前绝大部分应用在水果采摘上的关节型机器人控制复杂,成本高,而且采摘效率低,设计结构简单的采摘机器人是研究的重点。针对苹果种植的园艺特点和关节型采摘机械臂的不足,设计了一套基于圆柱坐标的三自由度苹果采摘机器人本体结构。控制系统采用基于PC&MP2100的分布式控制方案,阐明了机器人作业流程,编写了采摘控制程序,控制中引入模糊PID和偏差耦合同步控制方法,并基于C#,开发了人机交互界面。在实验室对机械臂进行了单轴调试、多轴同步调试、运动耗时和定位精度试验,结果表明采摘机械臂单次运动时间平均为6.619 s,平均运动误差值只有4.929 mm,相比关节型机械臂减少了耗时,降低了成本并且提高了定位精度和采摘效率。     

Biologically inspired design of a parallel actuated humanoid robot

This paper presents the comparison for the role of bi-articular and mono-articular actuators in human and bipedal robot legs, in particular the hip and knee joint, for driving the design of a humanoid robot with inspirations from the biological system. The various constraints driving the design of both systems are also compared. Additional factors particular to robotic system are identified and incorporated in the design process. To do this, a dynamic simulation is used to determine loading conditions and the forces and power produced by each actuator under various arrangements. It is shown that while the design principles of humans and humanoids are similar, other constraints ensure that robots are still merely inspired by humans, and not direct copies. A simple design methodology that captures the complexity and constraints of such a system in this paper is proposed. Finally, a full-size humanoid robot that demonstrates the newfound principle is highlighted.     

Design of a cat-inspired robotic leg for fast running

This paper introduces a novel design for a robotic leg to achieve a fast running mechanism that is inspired by domestic cats. The skeletomuscular system and parallel leg movement of a cat are analyzed and applied to determine the link parameters and the linkage structure of the proposed mechanism. The linkage design of the leg mechanism is explained, and a kinematic analysis based on vector loop equations is performed. The effectiveness of the proposed mechanism is verified experimentally. A single leg clamped to a vertically moving slider exhibits a step frequency of 4.45 Hz while supporting a 0.5 kg body weight. The biped robot runs at an average speed of 0.75 m/s at a step frequency of 2.8 Hz for a trot gait on flat ground. This leg mechanism can facilitate the development of fast running robot systems.     

基于线驱转向的仿蝴蝶扑翼飞行机器人系统设计与控制

作为一种新型飞行机器人, 仿蝴蝶扑翼飞行机器人模仿自然界蝴蝶的生物结构和飞行方式, 能够有效地融 入并适应复杂环境, 在军民融合领域具有广阔的应用前景. 目前针对仿蝴蝶扑翼飞行机器人的研究大多停留在对生 物蝴蝶飞行机理的研究, 鲜有能够实现自由可控飞行的机器人系统. 本文设计了一款基于线驱转向的仿蝴蝶扑翼飞 行机器人, 名为USTButterfly-S, 其翼展50 cm, 重50 g, 可实现长达5分钟的自由可控飞行. 首先结合生物蝴蝶翅膀的 扑动特征, 设计了双曲柄双摇杆对称扑翼驱动机构. 然后模仿凤蝶的翅翼形状, 设计了仿蝴蝶翼型. 对翅膀的几何学 分析表明, USTButterfly-S的翅膀与凤蝶具有较好的形态相似性. 接着针对仿蝴蝶扑翼飞行机器人的转向控制问题, 首次采用线驱动机构拉动翅膀调节翅翼面积, 进而实现了USTButterfly-S的无尾航向控制. 最后集成自主设计的飞 控系统, USTButterfly-S能够实现室内盘旋飞行并进行实时航拍. 在实际飞行实验中, USTButterfly-S展现出类似生 物蝴蝶的飞行特征.     

连续电驱动四足机器人腿部机构设计与分析

提出了一种四足机器人腿部的连续电驱动（即电机整周转动驱动腿部实现摆转跨步动作）方案,设计了一种具有由切比雪夫机构、五杆机构组成的2自由度双曲柄复合连杆机构的机器人腿部结构．分析了动物的足端轨迹特性,采用轨迹圆滑、无突变、导数连续的椭圆曲线规划了机器人足端运动轨迹．以规划的足端轨迹再现为优化目标,采用遗传算法与fmincon函数内点法计算得到了腿部机构杆长的最佳尺寸．在此基础上,建立了机器人仿真模型,通过Adams仿真分析了机器人腿部机构的足端运动特性,并研制了腿部结构性能测试平台．完成了单腿足端运动轨迹跟踪实验,验证了腿部结构设计方案的可行性．     

基于滑模变结构的轮式机器人运动误差控制器设计

面对当前使用的基于黎卡提微分方程、综合位姿误差控制优化仿真方法受到不确定性因素干扰,导致控制误差较大的问题,提出了基于滑模变结构的轮式机器人运动误差控制器设计。使用双框架陀螺仪,为控制器提供电力。采用FB900C/E 角位变送器,将交流信号转换为角位移输出。使用TMS320F2812的DSP控制器,负责控制整个控制器的数据传输以及电平转换。充分考虑相变量输入的n阶线形数据,设计滑模变结构控制律,计算滑模变结构控制滑动面。在滑模变结构模态控制阶段,构建滑模变结构模态控制阶段的运动方程矩阵。对滑模切换面强制状态点运动,通过控制目标实现稳定控制。对DSP程序控制流程进行设计,将基于滑模变结构的误差控制结果传递到电位器上,并将运行数据发送到主机,由此完成轮式机器人运动误差控制。由实验结果可知,该控制器通过自适应调整参数后,滑模抖振得到明显消除,且最大控制误差为0.01rad,具有精准控制效果。