基于嵌入式Web的移动机器人安全性故障监控系统设计

针对移动机器人运动过程中普遍出现的动力系统故障问题,设计了一种基于"ARMLinux"操作系统的嵌入式Web远程监控系统。通过对移动机器人动力系统的内部参数进行监控,保证系统可以及时发现故障,提高机器人的安全性和可靠性。分析了驱动电机矢量控制中几种关键参数,提出对电机运行电流、转速等参数监控。实验证明,系统可以对机器人电机驱动出现的过流、欠压、超速等故障进行监控和预警。     

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。     

圆弧形腿机构六足机器人的结构和控制系统设计

针对轮式移动机器人越障能力不足的问题,设计出了一种兼具轮式和足式移动机构特点的圆弧腿仿生六足机器人。完成了基于飞思卡尔MC568037型DSP及CAN总线的机器人控制系统的设计;对机器人的运动步态、静力学及运动学模型进行了研究,并采用ADAMS仿真软件对运动学模型进行了验证;提出了一种基于三角函数规律的电机转速曲线。最后对电机驱动系统、机器人的越障及转向性能进行了测试。实验结果表明,机器人驱动电机的控制系统具有良好的响应特性,机器人可通过30 cm高的障碍,并且具有较小的转向半径,环境适应性强。     

基于自动化交互行为的电力机房巡检机器人系统设计

目前设计的电力机房巡检机器人系统响应时间较慢,导致巡检精度较低。为解决上述问题,基于自动化交互行为设计一种新的电力机房巡检机器人系统,对系统的硬件和软件进行设计,巡检机器人系统硬件由驱动器、处理器、传感器、红外热成像测温器组成。利用驱动器实现信息驱动,驱动器的控制信号的引脚分别为GND、ALM、PG、EN,分别控制驱动器的报警、以及驱动信号的接收和输出、电机方向的确定。采用TUIS-8689处理器,TUIS-8689处理器的核心是8核智能芯片处理器的芯片为Xilinx芯片,具有超强的计算能力和处理能力,传感器采用14vdc供电模块,传感器的振动速度和位移具有关联,实现巡检机器人运动的校验。选用PI 400型红外热成像仪测温器实现温度测量。通过数据获取、特征值提取、确定巡检路线实现软件流程。实验结果表明,基于自动化交互行为的电力机房巡检机器人系统能够有效缩短响应时间,提高巡检精度。     

基于弦乐器自动演奏机器人的机械结构设计

设计的弦乐器自动演奏机器人,通过分析人类在弹奏乐器时的动作特点,根据仿生学原理设计演奏机构,完成各演奏机构的运动学和动力学分析,并根据结论选用适当驱动形式。演奏机构分为压弦机构、拨弦机构和消音机构,通过Pro/e三维仿真后,由3D打印机打印完成。根据系统设计要求,选取气动系统作为拨弦机构和压弦机构的驱动装置,选取步进电机和微型伺服电机(舵机)作为平移机构的驱动装置。通过测试,所设计的机器人能准确无误的完成演奏要求。     

基于滑膜控制的井下巡检机器人运动控制系统设计

随着煤矿生产自动化水平的提高,井下巡检机器人将逐渐替代人工巡检成为矿山生产巡检的新手段。该文研究了井下巡检机器人运动控制系统,以意法半导体STM32F429IGT6控制芯片最小系统为基础,设计了本安电源供电电路及电机驱动系统电路,保证了系统供电的安全性,实现了机器人在巡检过程中能够长期处于安全稳定运动状态下。该设计引入新型趋近律的滑膜控制算法作为运动控制系统电机控制策略,通过建立基于滑膜控制器的电机调速控制模型进行仿真验证,获得了良好的控制性能。     

一种履带式移动机器人的控制系统设计

针对一辆无刷电机驱动的履带式移动机器人BHTR-1,对其包括运动控制系统、信息检测系统、无线遥控系统等各部分在内的控制系统进行了设计。运动控制部分采用以DSP LF2407A为主控芯片、以无刷电机专用芯片MC33035和驱动桥MPM3003为电机驱动控制的方案;信息检测系统采用红外传感器来检测环境障碍信息,并安装无线视频设备用以监控机器人运行环境;无线遥控系统采用摇杆式脉宽比例调节方式来实现对机器人的调速及其他运动控制。     

欠驱动机器人手指实验平台的设计

基于三关节绳索驱动的欠驱动机器人手指,设计了手指实验平台.该实验平台由平台机构、平台控制系统和VICON红外光点三维运动分析系统组成.平台机构采用海顿直线步进电机驱动导轨滑块,从而牵引绳索控制手指弯曲和伸展;平台控制系统采用DSPF2812作为主控制器,通过驱动器控制直线步进电机的转动;VICON红外光点三维运动分析系统采用6台VICON红外摄影机对标记点进行运动捕捉,其数据通过VICON资料处理器导出至PC端进行处理.实验平台可以对三关节欠驱动机器人手指进行抓取性能和运动轨迹的分析.     

应用超声电机的自主移动机器人运动控制

设计了一种自主移动机器人的机构和控制系统,将超声电机用于移动机器人的驱动,采用微控制器,以软件实现了电机的启停、调速和两电机同步转动的P I控制,进而实现了机器人运动的控制。实验中电机速度控制范围为20-80 r/m in,负载约为0.2 N.m,实验结果表明了该控制方法的有效性和实用性。     

煤矿带式输送机用无轨巡检机器人应用研究

为解决带式输送机“人工+监控巡检”模式存在的劳动强度大、巡检结果不确定的问题,研究了基于“主控制器+微控制器”的带式输送机用无轨巡检机器人控制系统。在分析巡检机器人运行环境及要求的基础上,重点研究了控制系统总体方案以及软、硬件设计,由主控制器接收图像采集卡、数据采集卡数据并执行控制算法,由无线通讯模块与远程计算机进行信息交互;微控制器接收传感器数据并通过逻辑处理后,负责控制驱动电机并完成巡检机器人动作指令;最后完成系统试验分析。试验结果验证了系统的正确性和有效性,为带式输送机无人化进程奠定了基础。     

高铁巡检机器人的设计与研究

为了改善高铁维护及巡检劳动条件,设计应用于铁路检修的巡检机器人。首先,对巡检机器人的机械本体进行模块化设计并制作巡检机器人模型样机。其次,构建巡检机器人倾角传感器模型及差速驱动模型,对巡检机器人进行运动学分析,运用PID控制算法来控制巡检机器人在道床上巡检运动。最后,对巡检机器人进行运动调试并进行现场试验,以验证其设计的合理性、运动的稳定性、检修的准确性。     

小型两栖球形机器人陆地运动建模及实验分析

为实现两栖环境和狭窄空间内生物搜救及跟踪调查等任务,需要机器人具备高灵活性、微型结构和多功能运动模式等特点。智能驱动器驱动的仿生微型机器人及电机驱动的中小型机器人很难同时满足要求。因此,提出由一个仿生小型两栖球形母机器人和若干微型子机器人组成的子母机器人系统,母机器人由电机驱动,具有矢量喷水-四足步行复合式一体化驱动机制、水陆两栖运动模式等特点,子机器人由智能驱动器驱动。首先对子母机器人系统进行了描述;其次对两栖母机器人进行了运动学建模分析、陆地运动步态设计;最后搭建了两栖球形母机器人原型机样机,且基于所设计的静态爬行/动态对角小跑步态进行了一系列的陆地运动实验,验证了母机器人陆上静/动态步态运动的灵活性和可行性。     

基于惯性冲击原理的3DOF微小型机器人系统

提出一种由4组压电陶瓷驱动器驱动的微小型移动机器人系统.基于惯性冲击原理,4组压电陶瓷驱动器在不同形式锯齿波电压的驱动下,能够实现机器人2个平动运动自由度和一个旋转运动自由度.基于DDS波形发生原理,为机器人设计了由C8051F040高速单片处理器、FPGA和功率放大器所构成的机器人驱动控制系统.机器人运动性能测试试验表明,提出的微小型移动机器人统具有亚毫米级的运动速度和亚微米级的运动分辨力,可以作为微操作系统中的移动式精密定位机构.     

基于双DSPs架构的移动机器人运动控制系统的设计

为了提高移动机器人的运动性能,以全向轮移动平台作为机器人的运动机构,设计了一种基于双DSPs架构的移动机器人运动控制系统,系统硬件电路简洁、集成度高;轮速控制使用模糊自适应PID算法,实现了PID参数的自动整定,较好地实现了全向轮的速度控制.实验证明移动机器人运动快速灵活、可控性强.     

轮腿式移动机器人的设计与研究

基于切比雪夫连杆机构与哈特连杆机构,设计与研制了一种新型的轮腿式移动机器人。机器人具有易操控,结构可靠,便于制造,行走稳定的优点。设计过程中用运动学方法对机器人进行运动能力分析,用MATLAB、Pro/E确定机构参数;用虚拟样机动力学软件ADAMS对机器人的运动进行了仿真分析,获得了机器人运动轨迹与整体的运动学特性曲线。阐述了机器人的结构、工作原理、设计过程,为今后轮腿式移动机器人的设计提供了参考。     

全方位移动机器人模糊PID控制算法研究

将PID控制对线性定常系统控制的优势和模糊控制对复杂非线性系统的有效控制相结合,设计了一种基于模糊PID控制算法实现全方位移动机器人的定位导航控制。全方位移动机器人采用四个步进电机驱动全向轮行进,控制器采用传感器位置信息反馈和航位推算相结合导航定位方式,利用模糊PID算法实现纠偏;为克服机器人偏航或高速运动时常规PID控制稳定性不足,采用实时跟踪偏差和偏差变化率来修正PID各参数,实现对机器人导航定位控制,并依据机器视觉和光电编码器确定位置。实验结果表明,利用模糊PID进行全方位移动机器人的运动控制,能够提高导航定位精准度。     

基于虚拟样机技术的4足机器人机构设计

为了研制适应各种路况、并能负荷更大负重的足式机器人,设计了一种以液压驱动的四足机器人机构,确定了机构设计和液压系统的关键参数,其中腿机构设计是关键部分。通过建立数学公式分析了机器人各关节运动所输出的力及力矩,并采用虚拟样机技术对液压驱动4足机器人进行建模和行走仿真,通过测量仿真机器人各关节力及力矩等数据,验证了机构设计参数选取的合理性及所选择的液压系统满足设计要求。     

基于ROS的电力变电站巡检移动机器人

为了从电力变电站的日常巡检任务中释放人力资源,设计了一种用于监测变电站设施并收集所需信息的巡检移动机器人。该巡检移动机器人搭配HIK视觉平台、激光传感器和工业个人计算机(IPC),并可在机器人操作系统(ROS)中进行编程。通过预先设定在机器人中的变电站全局地图,一旦接收到巡检任务,该巡检移动机器人可以选择最短路径来完成任务,并且在巡检机器人中使用激光传感器导航方式控制运动方法。此外,还在控制器中添加了Kalman滤波器来排除导航传感器提供的异常位置信息。通过实验分析,结果表明:该巡检机器人能够在电力变电站中进行巡检工作且满足实际工况需求。     

十二自由度四足机器人的腿机构设计与步行实验

针对四足机器人研究中存在电机驱动不强和效率低的问题,采用耦合驱动的腿机构来构建四足机器人。设计了具有复合运动模式的耦合驱动髋关节,通过髋关节两个电机选取不同的旋转方向和速度,产生多角度的复合运动。运用此腿机构研制具有12个主动自由度的原型样机。根据静态稳定裕度,设计了机器人静态行走步态,运用分布式CAN总线搭建机器人的运动控制系统。实验证明:四足机器人运动平稳,一个运动周期移动距离为32 cm,单足抬起高度为4 cm,满足设计的要求。     

煤矿盲巷安全探测机器人行走机构的研制

煤矿生产安全探测机器人是一种工作于煤矿环境,运动轨迹无线遥控,能够采集和传输图像及井下气体浓度信息,符合井下防爆要求并具有一定越障能力的安全探测移动机器人。进行了复合履带机器人行驶力学分析,分析了机器人运动过程中受到的阻力,并对机器人越障能力以及越障过程中的电机驱动力进行了分析。介绍了复合履带机器人的零部件设计,包括电机和履带的选择、机箱等主要部件的设计。针对机器人的应用环境对机器人的控制系统进行了分析,在分析的基础上初步完成了机器人所需各种设备的选型。