八轮扭杆摇臂式月球车越障性能分析

针对八轮扭杆摇臂式月球车的结构特点及已知的月面地形条件,利用准静力学方法推导出了八轮扭杆摇臂式月球车结构尺寸与表征其越障性能的参量间的参数关系式。根据附着系数的物理意义,分析并确定了由月球车主要结构参数表述的单位直径车轮越过垂直障碍高度的参数式。利用该参数式绘制单位直径车轮越障高度与各结构参数间的关系曲线,对各轮的越障能力进行了综合评价,得出了该车型越障能力由两前轮决定的结论。最后,针对不同附着系数,绘制两个结构参数同时改变时越障高度的变化曲线,分析了两个主要结构参数对月球车越障能力的影响。在ADAMS中进行仿真验证,其结果与理论越障高度的相对误差在10%以内,证明了理论推导的可靠性。     

轮腿式全地形移动机器人位姿闭环控制

轮腿机器人在越障及振动时,不可避免地会出现位姿(质心位置和俯仰、侧倾姿态)的变化。为实现对其位姿的控制,将汽车的多连杆悬挂系统应用到轮腿机器人设计当中,设计了一款新型轮腿式全地形移动机器人,降低复杂地面对轮腿机器人姿态的影响,保证轮腿机器人在复杂环境下自身姿态的稳定性。首先,建立了轮腿机器人的单腿运动学模型,并搭建了单腿试验台架,验证了模型的正确性。接着,针对轮腿机器人的位姿问题分别建立俯仰和侧倾模型,并对轮腿机器人的位姿进行解耦运算,在满足轮腿机器人各质心位置分量(x、y、z)不变的情况下实现其姿态的闭环控制。然后,采用比例控制(P控制)在Simulink中搭建轮腿机器人位姿控制策略。最后,在Adams中创建轮腿机器人虚拟样机,并建立适用于大外倾角的PAC轮胎模型,利用Simulink与Adams联合仿真验证轮腿机器人在立体坡面上的位姿控制效果,仿真结果表明,本文控制算法对轮腿机器人的质心位置和姿态均有很好的跟踪效果,可将质心位置误差、姿态误差分别控制在4.3%和5%以内,验证了本文控制算法的有效性。     

一种轮腿结合式步行机的步态

提出用周期函数Ｇ（Ｘ）和正函数ＩＩ（Ｘ）表达步行机的支撑点位置。解决了在一个步态周期内轮子作周期运动的动态支撑点位置描述问题。给出并证明了支撑点置的计算公式。进而讨论了支撑点位置的极限问题。     

行星轮越障运货车设计与分析

针对崎岖地况上的运输问题,设计出一种行星轮越障运货车,由蓄电池、电机、行星轮、车厢、减速器、传动轴、调平机构等部件组成,选取爬楼工况对行星轮进行越障能力计算,通过计算结果确定电机选型,由电机输出功率计算出传动轴、减速器等主要零部件尺寸,整车后方安装调平机构实现转向和调节重心,在结构设计完成后,借助SolidWorks对整体结构进行三维建模,用有限元分析软件ANSYS Workbench对主要零部件进行线性结构分析,结果表明车厢、传动轴符合强度和刚度要求。     

串联式履带机器人越障性能研究

为应对在自然灾害、煤矿井下事故发生后的搜救工作,提出了一种新型的串联式履带搜救机器人结构,该机器人由3个双履带机器人模块通过铰接连接构成.通过双履带机器人模块的俯仰改变机器人的质心位置,从运动学的角度研究该机器人攀爬台阶的过程及性能,采用数值计算方法分析该机器人的越障高度与仰角、关节角的关系.通过与双履带机器人最大越障高度比较,验证了串联式履带机器人具有较强的攀爬台阶能力.     

全向轮智能移动平台前景展望

针对航天器装配生产线存在多工序、多工位、空间发展受限等特点,创新性地提出了一种适用于大型重载航天器部装以上产品的全向轮智能移动平台 该平台具有精密全方位调节、特殊路径规划,以及与AIT洁净环境兼容等显著特点,经原理和试验验证,在航天领域具有较强的实用性和较好的扩展性此外,还概述了全向轮智能移动平台的发展现状,将其与其它运动平台进行了对比,介绍了其主要特点,分析并展望了我国未来全向轮智能移动平台发展的趋势和行业应用前景.     

履带式煤矿救援机器人越障能力分析与越障过程仿真

为制定煤矿救援机器人越障策略从而进行有效运动控制,选择台阶、斜坡和沟道等3种典型障碍,依据运动学原理研究救援机器人在3种障碍上的越障过程,得到了机器人的极限越障能力;运用Recur Dyn软件建立了救援机器人3D模型。通过越障仿真试验,得到机器人越障过程中俯仰角、俯仰角速度等参数的变化规律。研究结果可为判定机器人能否越障以及制定越障策略提供依据和参考。     

六足仿生机器人越障步态方法研究

在分析六足昆虫运动原理的基础上,提出了一种适合六足仿生机器人越障爬坡的一种步态.针对该机器人需要爬坡的要求对步态进行设计,并且从理论上对提出的"多边形步态"进行了可行性分析.在仿真软件中建立了六足机器人虚拟样机,动态模拟了采用该步态的六足仿生机器人的越障运动.指出利用该种越障步态原理设计思路所确定的机器人具有很好的稳定性以及特殊地形适应能力.     

具有被动摆臂的四履带机器人越障性能分析

针对主动摆臂形式的四履带机器人在越障过程中出现的摆臂控制复杂问题,采用简化机器人控制、增强机器人自适应能力的方法,通过引入柔性关节,在机器人机械本体上设计了一种被动摆臂机构,并从理论上对该被动摆臂式四履带机器人的越障能力进行了分析,用ADAMS软件对该机器人进行了运动学仿真.结果表明:当摆臂的下限摆角取φ1=-1.09rad时,机器人样机所能攀越的台阶高度为其极限越障高度(170.93mm),比同尺寸采用主动摆臂形式的四履带机器人提高了20mm,从而验证了该机构的可行性,为被动摆臂式四履带机器人的发展提供了基础.     

煤矿井下搜救机器人越障分析

煤矿生产时常受到瓦斯、煤尘事故的影响,煤矿事故一旦发生,需要快速及时地进行救援,事故后井下复杂恶劣的环境对煤矿井下搜救机器人越障能力提出了更高要求.根据煤矿井下的环境特点,结合现有机器人的移动机构,对煤矿井下搜救机器人总体进行设计.从运动学角度分析了机器人克服台阶、沟槽、斜坡等典型障碍的运动规律及其最大越障能力.     

借助外力助推的双足机器人越障及避障方法研究

由于仿人机器人在跨越大尺度障碍时需要重心大幅度地偏移,从而导致机器人容易摔倒或是跨越的距离有限,而通过引入外力的方法能有效地改善机器人的跨越性能.本文主要研究双足机器人在额外外力的辅助下,无碰撞地跨越大尺度障碍物的问题.首先,通过树形数据结构、相对轴矢量和相对位置矢量,建立了双足机器人的仿真模型.然后,通过规划多次曲线跨越轨迹、引入整个跨越过程中的局部避障非线性约束和其他跨越约束的方法,建立起双足机器人越障及避障的多变量非线性优化模型.最终,求解出了平面6自由度的冗余机器人越障及避障的2维步态,通过仿真验证了其能够跨过高度为其腿长43%的障碍物.原理样机跨越15 cm高,为其腿长32%的障碍物,证明了本文所提越障及避障方法的有效性.     

面向球型障碍物的六足机器人越障步态研究

以多自由度六足机器人为研究对象,针对球型障碍物的模型特点,研究其爬越球型障碍物时的行走步态,以找到一种适合的越障步态并分析越障时的稳定性。在仿真软件中建立虚拟样机模型,动态模拟对球型障碍物的越障运动。模拟结果表明：在该行走步态下控制的六足机器人能平稳地爬越球型障碍物。     

改进的穿越越障巡检机器人设计及越障动作规划

沿地线巡检机器人因其视野开阔等优点,在高压输电线路巡检中得到了广泛的研究与应用,如何安全有效地越过地线金具障碍是其研究重点和难点。本文基于穿越越障方式对巡检机器人进行了改进设计,并针对此种越障方式,对地线线路上的防震锤、悬垂线夹及耐张杆塔等线路金具进行了结构改造,采用仿真软件对易出现应力集中的悬垂线夹结构进行了强度校核以保证机器人的安全运行。同时,针对本文的机器人结构设计特点和改造后的线路金具特点,对机器人的越障动作做出了合理的规划。在武汉大学机器人试验场搭建1:1的高压输电线路试验平台,对巡检机器人的越障性能和效率进行了测试,结果表明,该巡检机器人能够顺利穿越架空地线上改造后的防震锤、悬垂线夹和干字型耐张杆塔等障碍物,相较于以往的巡检,具有更高的效率和安全性,且可穿越以往机器人不能越过的干字型杆塔障碍。     

腿履复合机器人自主越障分析与动作规划

本文提出基于质心坐标公式和机器人运动学的质心运动学模型,通过此模型可获取机器人在越障过程中质心变化情况,从而分析机器人越障性能,自主规划机器人越障动作.并且建立稳定裕度角及俯仰角度与障碍高度关系的求解方法,在此基础上,进行基于最大稳定裕度的越障动作规划.最后通过实验验证了基于质心运动学模型和稳定裕度的自主越障性能分析及动作规划的正确性.     

6腿支撑液压式平台自动调平算法

为了实现6腿支撑液压大吨位平台的计算机控制自动调平，参照Stewart并联机构，将高次静不定平台结构转化为静定结构。通过对平台机构运动学和动力学分析，得到关于平台腿长、液压缸速度、加速度、驱动力的计算机参数化调平算法。基于测量结果，给出平台自动调平的运动规划。算例表明，算法正确，调整过程合理，参数化自动平算法既可作为调平闭环控制的依据，也为平台液压缸的结构设计、功率选择提供了定量参考。     

多运动态可重构轮履复合式机器人机械设计

针对复杂的室外地形特征,结合轮式、履带式移动机构的运动优点,提出并研制一种可重构的具有多种运动模式的轮-履复合机器人.该机器人由控制单元、两个相同的可重构车轮、翻转机构和车体组成,具有轮式、履带式、翻转式3种运动模式.轮式工作形态,机器人为两轮机器人,运行速度快,可全方位运动;履带工作状态,机器人可以适应砾石地、沙地、草地等多种复杂地形,具备较强的越障能力;翻转工作状态,履带轮整体翻转,可跨越栏杆等垂直障碍.机器人轮-履转换由车轮内部的并联四连杆机构实现,可根据地面特征选择运行模式,根据障碍类型选择越障方式.在建立运动学和力学模型的基础上,结合数字仿真方法对结构进行了参数化研究,此设计方法优化了转换机构的运动轨迹,降低了对驱动电动机的性能要求,提高了电动机的使用效率.试验表明,机器人可通过调整自身机构以合理的运动模式通过沙地、草地等路面环境,攀越阶梯和栏杆等复杂障碍,具有良好的环境适应性和越障性能,验证了该移动平台系统设计的合理性.     

输电铁塔损伤检测机器人攀爬越障部分的结构优化设计

针对灾后输电铁塔的损坏情况及输电铁塔安全检测的需求,介绍了一种灾后输电铁塔损伤检测机器人攀爬越障部分的机构设计和各机构的工作原理,分析了该机器人攀爬越障部分的运动过程。通过Pro／E仿真模拟和慧鱼模型制作试验．证实该机器人能在输电铁塔上攀爬,可自主越障,具有良好工作性能。该机器人能替代人工上塔检修,提高检修工作安全性。     

轮/履耦合式无障碍轮椅系统设计及运动分析

针对目前城市障碍环境下对无障碍轮椅的运动需求,将轮式移动快速性的优点和履带式移动的高越障性的优点有机地加以组合,研制开发了一种多运动模式的轮/履耦合式无障碍轮椅.其特点在于结构紧凑,通过内部变形机构和弹性履带能够快速便捷的对轮式和履带式进行自由转换,同时通过系统自动调节轮椅座椅位置和倾斜度,能够实现智能重心控制并保证轮椅的安全性和舒适性.对该轮椅的结构设计、运动特性、越障性能以及重心平衡控制功能进行了详细的分析.采用模糊控制的方法保证了无障碍轮椅调节响应速度快以及安全可靠性好的控制要求.仿真分析表明,这种无障碍轮椅具有很好的环境适应性和较高的越障能力.     

两轮直立式自平衡移动机器人的控制系统设计

研究了两轮直立式自平衡机器人的系统组成,并利用动力学原理建立系统的数学模型,在Matlab环境下设计了状态反馈控制器(LQR),并进行了仿真和机器实体的实验,系统具有良好的鲁棒性.表明了系统建模和控制器设计的合理性和有效性.这种机器人两轮共轴、独立驱动,车身重心倒置于车轮轴上方,通过运动保持平衡,可直立行走.由于特殊的结构,其适应地形变化能力强,运动灵活,可以胜任一些复杂的工作.为机器人的自主控制、自学习提供了可靠的实验平台.     

角钢腿端裂纹研究

本文通过连铸坯一火成材生产角钢生产过程分析 ,找出了角钢产生腿端裂纹的主要原因 ,并提出了几种切实可行的解决办法 .