变形六轮腿式机器人越障性能分析与结构优化设计

为了提高移动机器人的越障能力,提出了一种变形六轮腿式移动机器人总体结构,分析了其越障原理及机器人越障时前腿机构的运动特性要求。利用多体动力学仿真软件Adams,建立了前腿机构的参数化模型,分析了前腿特征点在越障过程中的运动轨迹变化。提出了前腿机构越障过程的两个约束条件,以前腿机构越障高度最大为优化目标,对影响机器人越障性能的关键参数进行了优化设计。优化结果表明:前腿机构的越障性能得到了大幅提高,并且满足越障时的运动特性要求,为移动机器人的总体设计与研究奠定了基础。     

实时专家系统在AGV移动机器人避障中的应用

在AGV移动机器人避障系统中引入实时专家系统理论,介绍避障系统总体结构和专家系统在AGV移动机器人避障中的结构,阐述避障系统中实时专家系统的知识表示方法及推理机的设计原理,机器人实验避障结果表明专家系统在AGV移动机器人避障系统中能够对障碍进行实时判断并得出最优避障方案,避障效果与专家意见相符。     

带伸缩腿球形移动机器人的设计与研究

文章针对传统球形移动机器人越障能力较弱的问题,设计了一种带伸缩腿并能原地转向的球形移动机器人,该球形移动机器人采用重心偏移和角动量守恒原理来实现直线运动和转向运动。通过对球形移动机器人的机械结构方案进行分析,计算出球形机器人在两种模式下的越障高度,并推导出越过一定高度障碍物所需的驱动力矩。将设计的球形机器人与传统球形机器人进行越障性能对比分析,分析结果表明：所设计的球形机器人具有更好的越障性能。     

一种新型小型地面移动机器人的结构设计和越障性能分析

传统的以轮式底盘运行的小型地面移动机器人运行效率高、速度快,但是越障能力差。利用平行四边形连杆机构和行星轮传动机构的特点,并将这两种机构应用于被动越障地面移动机器人的结构设计,能有效提升轮式小型地面移动机器人的越障能力。一定程度上,这将避免由于连杆机构出现死点而导致失效的情况发生。详述了该地面移动机器人的结构,将其越障过程动作分为不同状态,求解了其结构尺寸需要满足的约束条件,并给出了一组可行的结构尺寸。最后利用ADAMS软件针对设计尺寸建立新型小型地面移动机器人的虚拟样机模型,通过仿真实验验证该地面移动机器人的可行性及其卓越的越障能力。     

基于模糊逻辑的移动机器人避障研究

为了提高移动机器人在未知障碍物环境下的避障性能,使用超声波感器,结合模糊逻辑对移动机器人避障进行了研究。针对传统模糊逻辑避障规则较多,运算量大以及在较大的转弯处不能成功避障的缺点,给不同距离的障碍物赋予不同的权值,添加有效障碍物范围搜索框,使得移动机器人避障效率得到提升,在通过较大的转弯处能够成功避障。通过Lab VIEW仿真实验证明,该方法能够使移动机器人成功避障。与传统的模糊逻辑避障算法相比,改进后的避障算法避障成功率提升45%~70%。     

关节式移动机器人的越障运动

以关节式移动机器人的越障运动学分析为基础，采用自底向上的控制策略，在控制底层实现了自主越障的反射控制。实验证明，在移动机器人越障控制中反射控制方式是可行和有效的。     

基于行星轮系的移动机器人及其特性分析

提出了一种新的移动机器人——基于行星轮系的移动机器人,并主要研究了其越障性能、跨沟性能和静态稳定性,证明这种机器人具有很好的环境适应能力,越障能力强。     

基于立体视觉的移动机器人动态避障方法

提出了一种新颖、有效地基于立体视觉的移动机器人动态避障方法。首先提取出可疑障碍物区域,然后引入最大包围盒得到障碍物投影到水平路面的二维尺寸,接着利用几何知识获取障碍物相对机器人的运动速度和可能发生碰撞的方位。最后使用基于速度改变最小原则和速度改变最佳原则来完成机器人的动态避障。仿真结果表明该方法能够使移动机器人在具有静态和动态障碍物的复杂环境中安全避障。     

虾形六轮移动机器人尾部越障性能分析

越障能力对移动机器人的应用至关重要.提出的一种虾形六轮移动机器人为研究对象,研究如何提高其尾部的垂直越障能力.分析了机器人的尾部垂直越障过程,通过建立尾部垂直越障力学分析模型,得到了机器人尾部垂直越障各影响因素(特别是结构尺寸)的关系,并讨论了各影响因素的参数应如何选取,为设计机器人结构提供了理论依据;最后用物理样机进行了验证,实验结果表明分析得到的结论是正确的.     

基于小波神经网络模糊滑模控制的轮式移动机器人避障研究

轮式移动机器人避障响应速度慢,在急转弯过程中容易发生侧翻现象,对此,本文设计了小波神经网络模糊滑模控制器,对移动机器人避障效果进行仿真验证。创建了轮式移动机器人平面简图,推导出机器人运动轨迹跟踪方程式。引用滑模控制器,根据小波神经网络理论和模糊规则,设计了小波神经网络模糊滑模控制器,采用李雅普诺夫函数对小波神经网络模糊滑模控制器运动稳定性进行证明。在不同移动速度下,采用Matlab软件对移动机器人避障效果进行仿真,并与滑模控制器避障效果进行对比。结果显示:在低速移动过程中,采用滑模控制器和小波神经网络模糊滑模控制器,轮式移动机器人避障响应速度相差不大;在中速和高速移动过程中,采用滑模控制器,轮式移动机器人反应速度慢,而采用小波神经网络模糊滑模控制器,轮式移动机器人反应速度快。采用小波神经网络模糊滑模控制器,可以提前预测障碍物,迅速做出调整路径规划,从而避免轮式移动机器人急转弯而发生侧翻现象。     

具有越障功能的小型地面移动机器人

针对在危险环境下对移动机器人的运动要求,研究了机器人系统的总体设计,提出了一种具有越障功能的小型地面轮履复合式移动机器人,阐述了其机构设计度其实现。分析了谊机器人通过台阶、斜面、楼梯等障碍时的越障特性。研制完成的第一台样机具有结构简单、体积小、质量轻的特点,通过实验验证了该机器人运动灵活,具有很好的环境适应性和越障能力。     

海底采矿移动机器人的避障研究

移动机器人是深海采矿系统中最为关键的子系统之一，由于海底固有地形特点的影响，以及海底采矿移动机器人自身结构和运动等因素的制约，因此研究海下移动机器人的避障问题有着重要意义。基于海底复杂地形的特点，在充分考虑了障碍物宽度以及移动机器人自身宽度和传感器偏差等因素的影响下，本文提出了基于预定路径的单障碍避障算法，使移动机器人可以顺利避障，并通过仿真实验验证了该算法的可靠性，为集矿车的控制算法研究提供了一定的参考。     

Sonar-based obstacle avoidance using region partition scheme

This paper addresses an obstacle avoidance problem for a mobile robot in indoor environment. The collision avoidance algorithm utilizes a region partition scheme to analyze the three forward sensory regions of the robot, then to calculate the minimum distances from the center of mass of the robot to the obstacles, respectively, and ultimately to find a navigable region. The supervisor inside the controller receives a series of obstacle avoidance behaviors and makes a decision that allows the robot to successfully navigate in a cluttered environment. In addition, experimental results to illustrate the proposed obstacle avoidance algorithm for the mobile robot in navigation are also presented.     

轮腿式爬楼梯移动机器人的设计及运动特性分析

针对非结构化复杂环境对移动机器人的运动要求,结合轮式和腿式移动机构的优点,设计了一种高效、稳定的轮腿式爬楼梯移动机器人。设计了机器人的主要结构,分析了机器人的稳定性及转向性能。平地行走、转向、越障、上下楼梯等实验结果表明:设计的轮腿式爬楼梯移动机器人结构简单,运动灵活,控制方便,控制精度高,不需对运行步态进行预先规划,它不仅可以在崎岖不平的环境中实现快速行驶,而且实现了快速稳定的爬楼梯功能,具有很强的越障能力和环境适应能力。     

基于ADAMS的一种六足移动机器人的设计与研究

针对复杂环境对机器人的移动要求,提出了一种新型六足移动机器人的设计思想.设计了机器人的主要结构,对该机器人的设计进行阐述,并分析了其越障构态的变化特点.用静力学方法对机器人进行了越障理论分析,建立了六足机器人参数化模型,经ADAMS对机器人进行机构运动仿真,获得了机器人运动学特性曲线,为机器人总体系统设计与数值计算提供了参考依据.     

具有避障功能的小型地面移动机器人

针对在危险环境下对移动机器人的运动要求,设计了一种简易的具有避障功能的小型地面移动机器人,阐述了其机构设计及其控制实现。     

基于BP神经网络机器人实时避障算法

针对二维静态环境下智能机器人避障及路径规划问题,提出了基于BP神经网络的机器人实时避障算法。首先,用多个扇区表示机器人周围的环境,利用激光雷达探测每个扇区内障碍物的距离信息,以每个扇区内障碍物的距离信息为输入,利用BP神经网络计算该扇区被选择为避障方向的得分;然后,利用各扇区中点坐标与当前时刻距障碍物最近扇区中点坐标之间的欧氏距离,计算机器人在当前位姿条件下各扇区被选中作为避障方向的条件概率;最后,将使得得分与条件概率之积最大的扇区作为机器人的避障方向。实验结果表明:所提算法的收敛时间比栅格方法降低了50%以上,机器人的避障轨迹与人工势场方法相比更短,能较好地应用于复杂多障碍物场景。     

四连杆变形履带式机器人的越障性能分析

提出了一种基于四连杆机构的微小型履带式机器人结构,通过履带变形实现了机器人重心的偏移,有利于机器人的越障。采用数值计算方法着重分析了其翻越垂直路障的性能,并使用RecurDyn进行了虚拟样机运动学仿真。仿真结果和物理样机试验表明,机器人具有良好的垂直障碍通过能力。     

Internet-based Real-time obstacle avoidance of a mobile robot

In this research, a remote control system has been developed and implemented, which combines autonomous obstacle avoidance in real-time with force-reflective tele-operation. A teleoperated mobile robot is controlled by a local two-degrees-of-freedom force-reflective joystick that a human operator holds while he is monitoring the screen. In the system, the force-reflective joystick transforms the relation between a mobile robot and the environment to the operator as a virtual force which is generated in the form of a new collision vector and reflected to the operator. This reflected force makes the tele-operation of a mobile robot safe from collision in an uncertain and obstacle-cluttered remote environment. A mobile robot controlled by a local operator usually takes pictures of remote environments and sends the images back to the operator over the Internet. Because of limitations of communication bandwidth and the narrow viewangles of the camera, the operator cannot observe shadow regions and curved spaces frequently. To overcome this problem, a new form of virtual force is generated along the collision vector according to both distance and approaching velocity between an obstacle and the mobile robot, which is obtained from ultrasonic sensors. This virtual force is transferred back to the two-degrees-of-freedom master joystick over the Internet to enable a human operator to feel the geometrical relation between the mobile robot and the obstacle. It is demonstrated by experiments that this haptic reflection improves the performance of a tele-operated mobile robot significantly.