自重构机器人的体系结构与分类研究

根据模块在组成自重构机器人系统时所起的作用的不同和目标系统的拓扑结构形式的不同，对自重构机器人的体系结构进行了研究和分类。根据两大类自重构机器人的研究进展提出了开发实际系统的关键技术。     

自重构机器人变形过程运动学分析及越障仿真

自重构机器人根据任务环境的不同可实现自主变换构型。研究了直线蛇形变换为环形的重构过程,定义了单元模块的连接面与坐标变换矩阵,基于D-H方法推导并归纳了多模块由直线蛇形变换为环形的普适公式。利用多体动力学软件RecurDyn与MATLAB对模块构型变换中末端连接面的运动轨迹、速度以及加速度进行了仿真,验证了普适公式的有效性和正确性,准确地判断了末端连接面运动轨迹的变化与重构工作空间,估计了系统的稳定性,提高了对控制算法的认知程度。最后分析了环形构型的两种滚动步态,利用仿真验证了环形构型的越障能力。     

自重构机器人的拓扑描述和重构策略研究

为了完整描述自重构机器人整体结构的拓扑关系,提出了一种新的拓扑空间连接矩阵SCM。该矩阵通过模块间的连接状态以及单个模块的内架转角信息,能够自动识别系统中的运动支链并生成对应的运动学方程,为重构策略提供理论支撑。然后,根据单元模块的运动特点和主、被动连接面间的连接限制,文章结合SCM提出了一种无编号的分布式重构策略。将SCM与该重构策略相结合,可实现构型间的重构变换。最后,通过仿真实验,验证了该分布式重构策略的有效性。     

自重构机器人自变形算法研究

设计了一种新颖的自重构机器人系统,其基本模块由正三棱柱主、从模块组成。自重构机器人需要完成从初始构型到目标构型的自动变形,而自变形算法就是用于计算自动变形的过程。文中的研究目的就是找到一种快速的优化方式来解决自重构机器人的自变形问题。为此,文中提出了基于机器人运动空间和模块几何结构驱动的自变形算法并进行性能优化,仿真实现了机器人从初始构型自变形为目标构型的过程。     

自重构模块机器人的研究与发展现状

自重构模块机器人能够根据工作任务及工作环境的变化而自动改变自身的结构配置，构成与其相适应的最佳构形，完成操作任务，不但扩大了机器人的应用范围，更由于模块的均一性和互换性降低了制造及维护成本，提高了操作的可靠性，介绍了该领域的国内外发展状况，总结了主要研究方法及存在的主要问题，提出了自重构模块机器人的发展方向。     

一种新型自重构模块机器人的机构设计

提出了一种同构阵列式自重构机器人模块单元,该单元具有12个自由度,结构简洁、紧凑,控制方便简单,并且详细介绍了每个模块的机械结构。每个模块利用6个面上的销和孔组成自动锁定装置,通过与相邻模块问的交流和通讯,独立自主实现与相邻模块间的连接、分离。由多个相同模块组成的M-Cubes系统,通过模块之间的相互配合,改变它们之间的连接方式,形成空间任意结构。最后对M-Cubes机器人最基本的变形运动进行了分析,并且利用java3D进行了仿真。     

自重构机器人对接路径规划策略设计

自重构多机器人实现重构需要经历集合、对接、重构等过程,其中,对接是机器人实现重构的关键。文章根据自重构机器人对接时路径规划的要求,结合所开发的自重构机器人BL-W的特点,设计了机器人对接时的路径规划方法,试验表明该方法简便可靠,能够满足机器人对接时的路径规划要求。     

自重构模块化机器人的运动空间及自变形算法

设计一种新颖的同构式模块化自重构机器人系统,该自重构机器人系统的基本模块由1个中心体和6个旋转面组成.根据模块的运动特征及棋盘规则的约束,以Oxy平面为例,分4种情况,研究并归纳出该自重构模块化机器人系统的可能运动空间.利用当前构型重心和目标构型重心之间距离的函数作为驱动模块运动的启发信息,根据每个模块自身的可能运动空间,并结合模块对目标位置的逐步填充方式共同完成系统的自重构运动规划.为了能快速完成该类自重构模块化机器人的自变形任务,定义模块的优先运动系数,规定模块的填充原则,将逐步填充式自变形算法进行一定优化,得出该类自重构模块化机器人系统的自变形方法.最后给出一个16模块自重构机器人系统的变形仿真实例,证明上述方法的可行性.     

双刚轮谐波减速器在DRAGONⅣ型排险机器人中的应用

阐述了谐波减速器的工作原理、特点、选定方法,以及双刚轮谐波减速器在DRAGONⅣ型排险机器人车体驱动装置中的具体应用,并对双刚轮谐波减速器结构、性能进行分析,同时计算了技术参数。     

谐波齿轮减速器的设计研究

本文罗详细地讨论了谐波齿轮减速器的设计计算。在本文中首先阐述了谐波齿轮传动的主要特点，推广和应用渐开线齿廓的减速器的优点。其次，介绍了考虑到柔轮扭转变形的谐波齿轮减速器设计方法。最后论述了谐波齿轮传动的啮合参数优化设计和谐波齿轮传的结构尺寸优化设计。所以，本文对于谐波齿减速器的设计工作具有较重要的指导意义。     

混合型自重构机器人的空间构型描述

设计了一种新型的混合型自重构机器人,该机器人由呈三棱柱形的主-从式基本模块组成,每个主模块包括3个主驱动电机及齿轮减速装置,每个从模块包括2个从驱动电机及齿轮-齿条传动装置.基于基本模块的几何特征及空间转换矩阵,描述了该自重构机器人的4种基本空间构型,为机器人的自重构运动打下基础.     

基于嵌入式视觉的移动式自重构微小型机器人

本文提出了一种新型移动式自重构机器人。机器人包含若干可独立执行任务的移动子机器人,单元子机器人由若干模块化组件(中央处理模块、通信模块、驱动模块、弯举模块、超声模块、视觉模块等)组成,并可通过展开结构进行简单变形以增强自身机动性能与越障能力。多个子机器人可以在微型CMOS相机及其它传感器协作下自主对接为整体机器人,并可自重构为蛇形、环形等构形完成越障;在任务完成后,各子机器人可以彼此脱离,形成分布式机器人系统。为实现机器人微小型化,在模块化设计过程中大量采用了紧凑机械结构,设计了基于微型CMOS数字相机的嵌入式图像处理模块用于视觉自重构,以及基于ARM、FPGA的嵌入式中央控制器进行低能耗高效率的全局控制。单元机器人通过了完整功能测试,并完成了两个模块间的对接实验。     

基于遗传算法的谐波齿轮传动优化设计

以谐波齿轮在模数m,柔轮筒体长L,齿宽b,简体壁厚δ为优化参数,依据遗传算法的基本原理,将遗传算法运用于谐波齿轮的参数化设计中,同归实例分析,对比结果说明将遗传算法应用于谐波齿轮传动优化设计中是可行和有效的,为谐波齿轮的优化设计提供了一种新的有效可行的方法。     

塑料谐波齿轮传动结构尺寸的优化设计

分析了工程塑料作为谐波齿轮传动材料的优越性 ,并针对减小塑料谐波齿轮传动的体积 ,对其结构尺寸进行了优化设计 ,并对优化的塑料谐波齿轮传动装置进行了试验研究。     

活齿端面谐波齿轮啮合副齿面修形

活齿端面谐波齿轮传动是一种新型的传动方式,可以应用于大传动比、大功率的减速器之中,因此具有广泛的应用前景。在分析活齿运动规律的基础上,对于啮合副的理论齿面提出了一种便于设计和加工的修形方法,推导出了齿面修形的原则,为活齿端面谐波齿轮传动的设计、制造和应用奠定了理论基础。     

极端环境下谐波齿轮传动的侧隙分析

月球探测在极端环境下工作的谐波齿轮传动,其啮合侧隙必然受到这种极端环境的影响,而啮合侧隙大小又是影响谐波齿轮传动工作性能的重要指标之一。基于传热学和热平衡的理论,利用ANSYS仿真软件模拟出齿轮的啮合区温度。基于侧隙控制的思想,计算出侧隙随φ(波发生器固定时柔轮非变形端的转角)的变化曲线,从而求得轮齿工作时的最小侧隙。通过对多组数据进行分析,得出最小侧隙随环境温度的变化规律。     

Research on transmission principle and kinematics analysis for involute spherical gear

A new kind of transmission-type spherical gear called ‘ring involute spherical gear mechanism’ is introduced. Compared to the famous TRALLFA spherical gear, this new spherical gear has an involute tooth profile, and a ring tooth that is distributed continuously on the surface of the sphere. This allows the gear to overcome two disadvantages of the TRALLFA spherical gear: the drive principle error and the manufacturing difficulty. The new transmission and the formation principle of the tooth’s surface of the new spherical gear mechanism are first introduced, then another mechanism, called disk rack, is introduced, which is derived from the spherical gear mechanism when one of the spherical gear’s tooth number reaches infinity. To make the research more convenient, every part of the new spherical gear mechanism is named. In the following sections, some problems are discussed, such as the assembly form, the construction characteristics, the correct meshing condition, the continuum transmission condition and so on. Furthermore, the paper deduces the surface formula of the conjugate teeth profiles, which proves that the conjugate teeth profiles is also one of the ringed involute spherical gear. In order to analyze the relationship between two coordinate systems, which is attached respectively to the diving spherical gear and the driven spherical gear, the orientation cosine matrix method is utilized. By series rotational transformation, the kinematics model and inverse kinematics model are deduced. Using the method for calculating the transmission ratio of planet gear train, the relationship of the two oscillating angle between output axis and the bracket is established. Based on the research, the kinematics graphic simulation of spherical gear mechanism and disk rack are made respectively. The results prove correctness of the kinematics model. __________ Translated from Chin. J. Mech. Eng., 2005, 41(5) (in Chinese)     

基于挠性构件变形的谐波齿轮装配模型

依据柔轮装配前后的变形关系和中性层曲线不伸长条件,提出采用等分弧长分布算法来确定装配状态柔轮中性层曲线上轮齿位置及其轮齿对称线的转角,给出了装配状态柔轮的三维模型参数化生成方法。通过与传统等效圆环变形理论的近似算法和精确算法的比较表明,等分弧长分布算法与精确算法的结果非常贴近。在此基础上建立了基于挠性构件装配变形的谐波齿轮装配模型,可直观显示轮齿间的啮合情况和侧隙分布。模型应用实例验证了所提方法的有效性。