基于线翎电鳗运动模式的水陆两栖机器人设计

针对机器人在水下环境的环境探测方面,提出设计一种拥有类鱼类MPF运动模式水陆两栖仿生线翎电鳗探测机器人.机器人由STM32-F103C8T6主控板、单轴60kg-DS5160舵机、42步进电机J-4218HB4401、TB6560步进电机驱动器、XL6009升压模块以及特定的机械结构组成.机器人通过主控板对步进电机进行控制,使其带动机械机构模拟线翎电鳗运动模式进行运动;通过大功率舵机的调节,可使其可在水陆两种环境进行运动.实验结果表明,设计的水陆两栖机器人有在水陆环境中有效地进行工作,模拟线翎电鳗运动模式的意义.     

两栖六足仿生机器人的水陆运动控制研究

两栖六足机器人不仅需应对崎岖地形对陆地爬行提出的挑战,还要解决机器人在水下灵活运动的控制问题。因此,本文首先提出了基于深度强化学习的崎岖地形运动控制方法。通过MuJoCo为机器人执行爬行任务构建交互环境,并采用近端策略优化(PPO)算法训练智能体使其获取适应于不同崎岖程度地形的控制策略。仿真数据表明,陆地控制策略可使机器人在平坦、轻度崎岖、重度崎岖3类地形上快速、稳定地完成前进任务。针对水下运动控制问题,本文通过分析机器人动力学模型将其分解为：采用视线法与PID控制器解决平面轨迹跟踪和深度控制问题。水下实验表明,机器人可在平面快速跟踪Sigmoid曲线且轨迹偏差不超过0.11 m。深度控制实验中,机器人可平稳到达指定深度且控制精度在0.02 m以内。     

煤矿抽水蓄能电站水陆两栖机器人控制系统设计

为实现煤矿抽水蓄能电站建设前期废弃矿洞的勘探和建成后期地下厂房系统、地下水库的巡检任务,提出了一种结构布局合理、姿态调节灵活、控制稳定精确的煤矿抽水蓄能电站水陆两栖机器人.以煤矿抽水蓄能电站水陆两栖机器人为研究对象,简要介绍了机器人的总体方案设计,重点研究了其控制系统的设计,阐述了控制系统软、硬件的设计与实现,并通过Matlab Simulink仿真软件进行了数字仿真实验.仿真结果表明:艏向运动控制系统调整时间约为10.8 s,系统响应时间约为8 s,振幅超调量仅为6.5％,系统稳态误差不超过3°,满足艏向运动控制要求,从而验证了控制系统设计的正确性和可行性.研究结果具有较高的工程实用价值,为后续水陆两栖机器人的研制奠定了理论基础.     

基于GPS的水陆两栖机器人导航系统的研究

将GPS技术用于水陆两栖机器人自主运动控制，设计了一种基于嵌入式操作系统、用于水陆两栖机器人导航的GPS系统。首先构建了GPS硬件系统，然后研究了基于ARM（anvanced RISC machineS）的GPS接收机的数据提取及处理的软件实现方法；在此基础上，采用高斯投影算法，将WGS-84转换至平面坐标，实现了对两栖机器人运动轨迹的连续监控。     

4D打印功能构件的热致变形模式分析与变形设计研究

4D打印通过材料和结构的设计将非线性的控制逻辑打印在材料中,制备可以在温度、磁场、紫外线等激励下发生几何结构、功能、性能等可控转变的功能构件。以双层结构的功能构件为研究对象,通过对温度激励下功能构件基体相和增强相的热膨胀进行分析,研究了4D打印功能构件的热致变形机理,得到了基于形状记忆聚合物纤维排布的功能构件变形模式。在此基础上,分析了功能构件的3D打印工艺参数影响,建立了功能构件热致变形的近似解析模型。采用偏最小二乘法拟合了弯曲和螺旋变形的功能构件热致变形等效模型,通过4D打印的功能构件试件的变形特征与模型计算对比,验证了所拟合的等效模型的正确性。最后,设计并4D打印制备了自变形盒型功能构件和自组装螺旋连接功能构件,验证了功能构件形状、功能和特性的设计和可控编辑,对设计4D打印的功能构件具有指导意义。     

支持4D打印的可控变形结构设计研究进展

4D打印是结合了3D打印技术和智能材料的一种智能结构增材制造技术。通过几何结构设计、智能材料分布设计,4D打印可以制备具有可调节形状、特性或功能的可控变形结构。可控变形结构通过外界的刺激,按设计好的特定方式发生形状、性能和功能的变化,从而使其满足不同领域的应用需求。对可控变形结构的二维结构设计方法和三维变形设计方法的技术研究进展进行综述,总结了支持4D打印的可控变形结构设计的突出成果以及创新性技术。结合4D打印的概念和支持4D打印的可控变形结构设计的研究现状,对其在机械、生物医学等领域的应用进行了展望。     

4D打印技术在软体机器人制造中的应用综述

软体机器人由高软弹性、高韧性材料构成,可大范围改变自身形状以及运动形态,理论上拥有无限个自由度,由于自身可移动性和体积紧凑性,在侦察、勘探、救援以及生物医疗领域具有良好的应用前景.4D打印是基于3D打印的基础上增加时间维度,通过在打印过程中预编程,使智能材料可以通过外部刺激在设定时间内变成所需形状.采用4D打印技术设计...     

水陆两栖蛇形机器人的研制及其陆地和水下步态

针对沼泽、浅滩等复杂环境对蛇形机器人的环境适应需求,在广泛分析国内外水陆两栖蛇形机器人研究最新进展的基础上,研发一种新型水陆两栖蛇形机器人。该机器人由9个具有密封设计的万向运动单元组成,保证了样机在陆地和水中均能灵活运动。基于简化的蛇形曲线得到水陆两栖蛇形机器人的基本二维运动步态即蜿蜒运动。对两个垂直平面上,即水平面和竖直面上基本步态进行复合,由基于启发式思想的三维步态生成方法,得到包括侧向蜿蜒等运动的水陆两栖蛇形机器人的多种陆地步态和水下步态,其中S形翻滚运动和螺旋翻滚运动为蛇形机器人的两种新型步态。通过步态试验验证了水陆两栖蛇形机器人的陆地和水下运动能力。在试验过程中,对陆地和水下步态的性能做出分析,分析结果对水陆两栖蛇形机器人在陆地和水下运动的位置和姿态控制具有重要意义。     

基于多目标遗传算法的水陆两栖可变形机器人结构参数设计方法

水陆两栖可变形机器人是一种兼具变形能力与两栖环境适应能力的新型移动机器人。在其机构设计中,结构参数直接影响该机器人在任务环境中的各项机动性能。针对水陆两栖可变形机器人工作环境复杂性和任务多变性,提出一种基于多目标遗传算法的机器人结构参数设计方法,以得到该型机器人在两栖环境中的最优的综合性能。在水陆两栖可变形机器人陆地环境和水环境中运动学和动力学模型基础上,建立两栖环境中机器人的机动性能指标函数与结构参数的映射关系,并在此基础之上构建面向水陆两栖可变形机器人的结构参数设计的多目标优化问题。利用多目标遗传算法得到该多目标机构参数设计问题的Pareto最优解集,并且通过组合赋权方法确定各目标决策属性的权重,从Pareto最优解集中得到符合设计要求的水陆两栖可变形机器人的各项机构参数最优解,进而指导机器人最终结构参数设计。根据最终得到的结构参数研制出水陆两栖可变形机器人样机Amoeba-II,并在两栖环境下进行样机的各项性能试验,最终验证了基于多目标遗传算法的机器人结构参数设计方法的有效性以及在机器人设计中的适用性。     

四旋翼两栖机器人姿态求解与控制

介绍了一种基于四旋翼驱动的两栖移动机器人。首先简要介绍了该机器人的机械结构与控制及传感系统,并介绍了机器人由四旋翼机构提供动力,并通过对4个旋翼的转动速度和方向进行配置,从而实现在空中飞行或在地面滚动的原理。然后,采用四元数方法对该两栖机器人进行了姿态求解,在此基础上,基于PID算法开发了机器人的飞行控制算法,并进行了相应的仿真。最后通过实验验证了该两栖机器人能够实现预期的两种运动模式,即空中飞行和地面滚动。该机器人提高了传统只具有单一运动模式的移动机器人的环境适应能力。     

基于3D打印和Arduino的单臂轮式机器人的设计

为解决智能移动机器人研发时间长,生产效率低等问题,介绍了一种基于3D打印和Arduino的单臂轮式机器人的设计方案。该方案利用UG三维建模、3D打印技术对机器人的硬件结构设计及制造,采用Arduino单片机对机器人的软件系统开发,运用模块化开源的程序设计,对机器人的运动和避障进行控制。试验证明,该方案切实可行,能实现传统制造方法难以进行的复杂原型设计及制造,缩短研制周期,对于智能移动机器人的研发具有一定的参考价值。     

面向协作机器人的3D打印系统设计

针对机器人在3D打印应用时稳定性欠佳、打印效果差的问题,设计面向协作机器人的3D打印控制系统。在目前比较典型、成熟的FDM熔融沉积成型技术的3D打印工艺基础上,选择JAKA Zu 7协作机器人作为执行结构,SIMATIC S7-1200控制器控制扩展设备,通过对机器人接口二次开发、设计G代码处理模块、通信模块对各种数据进行结构化处理。测试结果表明,该系统能有效提取和加工打印关键数据,完成PLC、机器人和G代码处理模块之间的通讯和数据交互,机器人位姿误差控制在在±0.15 mm,同时回抽挤出头在停顿点的挤出长度,解决在该点凸起呈斑点状的问题,冷却模块能根据喷头温度和打印情况进行实时冷却,减少打印件边缘卷曲的情况,保证了打印质量。     

4D打印形状记忆聚合物的变形机制与响应方式研究

4D打印技术以3D打印技术为基础,是一种可变特性快速成型技术,能使通过增材制造得到的成型固件在外界激励下发生形状、结构或功能的改变。本文首先通过调研及查阅文献,对4D打印形状记忆聚合物的记忆原理及特性进行综述;其次对5类形状记忆材料进行分析,得出其变形机制;最后对这5类材料的响应方式进行研究和总结,给形状记忆材料的选用提供参考。     

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。     

水陆两栖飞机全机静力试验随动支持技术研究及应用

大型水陆两栖飞机兼顾水陆两用,主起落架多为双轮高支柱结构,结构柔性大。在全机静力试验中,主起落架多为全机支持主要部位。双轮高支柱起落架因其受载变形大,对支持设计带来了较大困难。文章在以往试验起落架加载与支持技术的基础上,研发了起落架随动支持技术,并研制了相应装置,已成功应用于国产大型水陆两栖飞机AG600全机静力试验中。     

3D打印技术的应用

被认为推动了第三次工业革命进程的3D打印技术,涉及信息技术、材料科学、精密机械等多个方面。投入民用工业是近年来的事,多用于大型制造业。随着3D打印技术的应用越来越广泛,各种耗材、打印机的价格必将呈现下降趋势,未来3D打印机完全有可能像传统打印机一样,成为每家每户都买得起、用得上的设备。     

4D打印——智能构件的增材制造技术

4D打印技术自2013年提出以来就引起了学术和工业界的广泛关注,它属于智能构件的增材制造技术,是在材料、机械、力学、信息等学科高度交叉融合基础上产生的颠覆性制造技术。讨论了4D打印的概念与内涵;介绍了4D打印在航空航天、汽车、生物医疗和软体机器人等领域的应用前景;阐述了4D打印在智能构件设计、模拟仿真、数据处理与工艺规划、材料、成形工艺与装备和智能构件的功能评测等方面的发展现状以及目前存在的一些问题;提出了关于4D打印的研究思考,最后指出了4D打印的未来发展方向和研究重点。     

软体机器人3D打印制造技术研究综述

基于弹性、软质材料的软体机器人变形能力强、人-机-环境共融性好,在工业、医疗、家庭服务等众多领域具有良好的应用前景.软体机器人是本体、驱动、感知等高度集成的新型机电一体化智能系统.软体机器人呈现的诸多新特征给机器人领域的制造、驱动、建模、感知及控制等技术带来了全新的挑战.软质材料3D打印技术与装备的快速发展为软体机器人...