全柔性机器人机构的结构构型研究

本文对全柔性机器人机构的结构构型问题进行了系统的讨论：首先从应用层面上对 全柔性机器人机构进行了分类，着重讨论了并联机构与全柔性机器人机构之间存在的有机联 系．通过对并联机构的结构及柔性铰链的几何模型进行系统的总结，为全柔性机器人机构“ 型”的选择与构筑提供了丰富的素材．此外，还重点讨论了对全柔性机器人机构的性能产生 较为显著影响的结构布局问题．     

可跳跃式移动机器人机构设计及实现

构建了一个具有跳跃能力的移动式机器人．机器人在较平坦地形下采用轮式移动方式前行;遇到障碍物或沟渠时,可以进行跳跃,从而扩大运动范围．介绍了机器人机械系统的总体结构,给出了机器人的本体结构及起跳姿态,并分析了机器人的运动过程．然后,详细分析了机器人的跳跃机构、跳跃参数调节机构、倾覆翻转机构等关键机构的工作原理,给出了机构设计方案．最后,根据总体设计要求选定了机器人的一些关键参数．     

星面探测仿生弹跳机器人设计、仿真及实验

基于袋鼠的跳跃运动机理和齿轮—五杆组合机构,设计了一种用于星面探测的小型间歇式弹跳机器 人．提出了仿袋鼠结构、运动形态及产生非线性弹跳动力的闭链机构的弹跳模型．采用D-H 法建立了机器人运动方 程,并对其跳跃运动步态、仿生运动特性和弹跳效率进行了分析,给出了该机器人设计的整体结构．运用ADAMS 软件对机器人进行动力学建模与全过程运动仿真,验证了该闭链仿生弹跳机构及其运动的有效性,较大幅度提高了 弹跳机构对能量的利用率,其效率可达70%,避免了弹跳机器人提前起跳．最后设计制作了弹跳机器人原理样机, 并进行跳跃试验．试验结果表明：样机试验与仿真结果基本是一致的;1.4 kg 的弹跳机器人跳远度为813 mm,跳高 度为471 mm,从而解决了利用微小电机驱动机器人实现弹跳运动的问题．     

两栖机器人轮桨腿驱动机构多目标优化设计

提出了一种既能够在陆地上爬行,又能够在一定深度的水下浮游和在海底爬行的新概念轮桨腿一体化两栖机器人;多运动模式和复合移动机构是该机器人的突出特点．分析了轮桨腿复合式驱动机构的运动机理,并采用多目标优化设计理论和算法,对驱动机构的爬行性能和浮游特性进行了综合优化,得到了两栖机器人驱动机构的结构优化参数．虚拟样机的仿真结果证明了该轮桨腿一体化两栖机器人驱动机构的综合运动性能良好,对非结构环境具有一定的适应能力．     

水下滑翔机器人运动调节机构设计与运动性能分析

描述了水下滑翔机器人3个运动调节机构的设计，即浮力调节机构、俯仰调节机构和横滚调节机构，分析了运动调节机构与运动之间的关系．提出了采用CFX水动力计算软件分析水下滑翔机器人运动性能的方法．根据CFX计算结果，用最小二乘法参数辨识方法辨识出定常滑翔运动的水动力参数．简化了空间螺旋回转运动过程，通过CFX水动力计算方法进行回转特性分析，估算回转半径．     

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．     

全方位越障移动机构研究

针对清洗壁面作业对机器人提出的特殊要求,研制了可越障轮式全方位移动机构—— -车轮组机构,该机构保证机器人在姿态保持不变的前提下,沿壁面任意方向直线移动、或 在原地旋转任意角度,同时能跨越存在于机器人运行路径中的障碍．该机构不需要传感装置 来检测障碍,不需要复杂的辅助机构来实现平面上运动和越障运动之间的转换．     

机器人机构柔性研究

本文研究并首次提出了六自由度机器人机构柔度的定量计算方法,编制了相应的应用软件,以各种典型关节型机器人为例,在 SGI 工作站上实现了柔度的定量分析计算及其三维图形仿真,给出了工作空间内平行于子午面的任意节面上机构等柔度曲线.研究成果为机器人的性能分析。避障,轨迹规划等研究提供了有力的手段.     

基于FPGA的新型气动踢球机构的运动控制研究

在RoboCup中型组足球机器人竞赛中,大多数踢球机构只能做一维直线运动,踢球机构的性能已经跟不上机器人整体技术的发展,且踢球机构性能的落后越发显得突出,主要表现为不能以任意射角进行射门和传球.对一种新型气动踢球机构的运动控制进行了研究,该新型气动踢球机构充分利用了机器人正前方仅有的空间,使得踢球杆能够在由两个电机轴组...     

抓持式对接机构的设计及分析

针对多机器人崎岖地形刚性对接问题,提出了“相互独立! 不完全约束! 完全约束”的顺次对接方 式,并设计了一种抓持式对接机构．该机构能够实现俯仰、偏摆两个自由度方向的姿态调整,并利用凸轮槽形控制 机械手的张合,具备抓持物体、多机器人刚性对接、分工协作等多种作业功能．对该机构进行了运动学分析,给出 了其运动学正解、逆解和工作空间模型．在此基础上研制JL-2 型自重构模块化移动机器人样机,并对抓持式对接机 构性能进行了实验验证．实验证明该机构具有较强的纠偏能力和较宽的抓持范围,可以完成多个机器人之间的相互 对接、协作等多种任务．     

控制六足仿生机器人三角步态的研究

基于仿生学原理,在分析六足昆虫运动机理的基础上,对六足仿生机器人的三角步态运动原理进行了分析.论文涉及六腿机器人步态研究的一些基本参数的描述,讨论了用相对运动的原理研究步态的方法,结合慧鱼机器人组合包中的构件拼出六足仿生机器人.该机器人模型结构简单,设计独特,能前进和后退,且能避开小型障碍物.基于三角步态运动原理对其进行了反复实验,实验结果表明六足仿生机器人具有较好的机动性和稳定性.     

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]。     

多机器人协同控制与编队方法研究

随着多机器人系统的研究和发展,其协同控制问题成为核心研究问题。文章针对多机器人编队问题进行了研究,目的是探索一种通用、有效的编队控制领域的研究策略和研究方法,并给出了一种编队控制方法,通过仿真实验对控制算法的可行性及稳定性进行了研究和验证,在多机器人环境下完成了实体机器人实验,收到良好效果。     

非线性迭代学习算法在机器人上肢康复中的应用

针对上肢康复机器人轨迹跟踪控制中存在的患者痉挛扰动非线性及不确定性问题, 结合康复机器人系统执行具有重复性的特点以及迭代学习算法特有的性质, 提出一种非线性迭代学习控制算法, 改进了机器人常用的线性动力学控制系统, 使得在模型信息不精确以及只有角度信息可测的情况下, 也能获得良好的轨迹跟踪性能; 应用Lyapunov 稳定性理论和LaSalle 不变性原理证明了闭环系统的全局渐近稳定性. 仿真结果表明, 所提出的非线性迭代学习控制具有良好的控制性能.

     

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.     

Development of a single-wheeled inverted pendulum robot capable of climbing stairs

ABSTRACT

In this paper, we propose the design of a single-wheeled robot capable of climbing stairs. The robot is equipped with the proposed climbing mechanism, which enables it to climb stairs. The mechanism has an extremely simple structure, comprised of a parallel arm, belt, harmonic drive, and pulley. The proposed climbing mechanism has the advantage of not requiring an additional actuator because it can be driven by using a single actuator that drives the wheel. The robot is equipped with a control moment gyroscope to control the stability in a lateral direction. Experimental results demonstrate that the robot can climb stairs with a riser height of 12–13?cm and a tread depth of 39?cm at an approximate rate of 2 to 3 s for each step.     

中国菜肴烹饪机器人的仿人划散机构

为使烹饪机器人具备高超的划散技艺,基于对人工划散的总结,提出了一种仿人划散机构.运用D-H法建立了该机构的坐标系,得出了其末端端点的轨迹方程和速度、加速度方程.通过仿真分析得知,该机构的末端端点在锅具中心处的运动速度快而在锅具边沿处的运动速度慢,基包络线能够迅速覆盖整个锅具壁面,且末端加速度呈较大范围的周期性波动,充分...     

两轮机器人具有内发动机机制的感知运动系统的建立

针对两轮机器人运动平衡控制问题,为其建立起一种人工感知运动系统TWR-SMS（Two-wheeled robot sensorimotor system）,使机器人在与环境的接触过程中可以通过学习自主掌握运动平衡技能.感知运动系统的认知系统以学习自动机为数学模型,引入好奇心和取向性概念,设计了能够主动探索环境以及主动学习环境的内发动机机制.实验结果证明内发动机机制的引入不仅提高了机器人的自学习和自组织特性,同时能够有效避免小概率事件的发生,稳定性较高.与传统线性二次型调节器（Linear quadratic regulator,LQR）控制方法的对比实验表明系统具有更好的鲁棒性.     

自动化立体仓库搬运机器人精定位视觉系统

本文介绍一个搬运机器人的视觉系统.该系统是为机器人在具有较大相对位置偏差的货架中准确存取而研制的.系统由 CCD 摄象机获取货架图象,经过处理,给出精定位数据,从而引导机器人准确定位.     

一种小型陆空两栖机器人的选型分析与结构设计

为了适应灾害救援、资源勘探、野外侦查等复杂作业、复杂场景、复杂地形产生的特殊需求,文章研究了一种小型陆空两栖机器人的总体构型及其结构设计。首先根据该机器人要能实现陆地低角度侦查和空中高角度侦查的使用需求,确定该机器人要兼具地面运动能力和空中运动能力,其功能是地面机器人和飞行机器人的有机结合,据此分别探讨了一体式和组合式两种设计方案,进行了机构的构型分析[1]。在一体式构型方案中,对两自由度结构腿和三自由度结构腿分别进行了阐述与分析。最后综合对比了一体式构型方案和组合式构型方案,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,为该机器人物理样机的研制提供了可靠、可信的依据[2]。