螺旋驱动式管内机器人越障性能优化设计

受当前管道连接工艺限制,各类管道连接处易形成环形凸台或环形凹槽障碍,因此管内机器人需具备一定的越障能力.相比地面机器人越障,管道内部封闭且受限的空间环境使机器人越障机理更为复杂.针对一类螺旋驱动式管内机器人,为了定量分析其越障运动并获得约束下最优越障性能,分别构建机器人在环形凸台和环形凹槽障碍环境的准静态越障模型,包含螺旋轮越障和从动轮越障两种状态.以机器人牵引能力、驱动电机转矩等为约束条件,构建机器人综合越障性能数学模型,基于指数惯性权重改进粒子群算法优化求解最优越障性能下的决策参数向量.将所提综合越障性能优化方法应用于螺旋轮角差动式管内机器人的设计中.试验结果表明:该机器人能够顺利通过PVC管道内2mm环形凹槽障碍和不锈钢管道内2mm环形凸台障碍,验证了所提方法的有效性.     

一种仿尺蠖式输电线路巡检机器人越障运动分析

针对目前输电线路巡检机器人作业空间小、越障能力差的问题,通过观察与分析尺蠖运动特点,结合仿生学原理,提出了一种仿尺蠖运动的输电线路巡检机器人。运用运动学方法及虚拟样机技术对机器人蠕动式越障运动过程进行仿真与分析,仿真结果表明,机器人结构设计合理,具有较大作业空间,能以蠕动式运动方式跨越线路上引流线等复杂障碍。研制机器人样机并置于模拟线路环境进行实验,实验结果表明,机器人越障过程中重心波动平稳,越障性能稳定可靠。     

高压输电线巡线机器人控制体系构建及动作控制器设计

为了提高巡线机器人行走的自主性和稳定性,构建了高压输电线路巡线机器人的综合控制构架。进一步考虑模型误差、外部干扰和摩擦等不确定因素,建立了机器人动力学模型。设计了机器人行走的4类基本动作的鲁棒控制律。为验证所提出的控制体系机构与鲁棒控制算法的有效性,利用Matlab软件搭建仿真环境,以常规控制器为比较对象,对巡线机器人的单个动作、组合动作以及越障过程进行了仿真分析。结果表明:所提出的控制律可使机器人运动更迅速,稳定地实现控制目标,综合效果优于常规控制器。     

履带式管道机器人变径机构仿真分析及优化设计

针对现有管道机器人变径方式单一、越障能力不足等问题，设计了一种具有自适应和主动适应功能的履带式管道机器人。选择丝杠螺母副变径和碟形弹簧组合作为变径机构，动力学仿真验证了碟形弹簧提供的力及其压缩量均能满足越障要求，并对变径机构进行了优化设计。优化结果表明，管道机器人步进电机的输出力矩相同时，机器人传力性能提升了22.3%,能够跨越更大的障碍。     

可重构机器人多模块组合越障研究

针对一种具有独立运动自由度的新型模块化可重构机器人,利用对偶四元数描述其各个模块空间位姿.对偶四元描述机器人重构前后的各模块位姿信息,相对齐次坐标矩阵在数学形式上更为简洁统一,方便获取模块之间转角状态、连接面关系及连接方位关系等信息.以多个模块机器人攀越台阶障碍为例,应用对偶四元数描述方法分析该机器人越障过程中各模块空间姿态、越障高度,结合电机选型与重心位置得出该组合构型越障的最大高度.仿真实验验证了对偶四元数描述方法在分析模块化可重构机器人空间位姿中的实用性与所提出的组合越障方法的可行性.     

伤员运载机器人楼梯环境运动稳定性

针对伤员运载机器人在楼梯环境的运动稳定性问题，分析机器人各关节运动对机器人运动稳定性的影响，建立机器人运动学模型。结合稳定锥方法与伤员运载机器人实际结构，通过MATLAB软件计算分析重心调整机构对机器人稳定性的影响，验证机器人通过重心调整后上楼梯运动的稳定性。仿真和实验表明，伤员运载机器人的重心调整机构能够有效的调整机器人的重心，调整后的机器人能够稳定的在楼梯环境中将伤员运出。     

履带自张紧式主臂可变构型机器人机构原理与越障分析

研究一种主臂可变构型履带自张紧式救援机器人,针对履带张紧问题,应用椭圆形成原理,能够从理论上保证机器人构型变化时履带的形变量为0 mm,从而可以获得更好的履带张紧效果;通过引入摆臂三角轮机构丰富了构型变化,提高机器人的越障性能.对机器人攀爬台阶、斜坡及爬越沟道的运动机理进行分析,建立运动学模型.研究结果表明:机器人的实际越障性能与理论计算结果相符,具备良好的越障能力.     

关节履带式管道检测机器人越障性能优化

针对一种特殊管道内部检测,设计了一种小体积紧凑型的关节履带式机器人.根据本机器人结构设计,建立了描述机器人姿态的各参数与越障性能之间的数学关系式.探讨了该机器人在越障过程中的姿态调整对越障能力的影响.在此基础上采用最优化方法求解了该机器人的最大越障高度,并确定了适合的姿态调整方法.Matlab仿真及实验验证了该设计和优化计算对于提高机器人越障性能的有效性.     

电磁驱动球形机器人的原理及性能分析

提出了一种电磁驱动全方位运动球形机器人驱动原理：通过电磁磁芯与永磁磁钢之间的吸引或排斥力,带动内部驱动机构绕主轴旋转,实现球形机器人的前进和后退;由电机带动飞轮一起旋转,实现电磁驱动球形机器人的转向运动,两种运动合成即可实现球形机器人的全向滚动。对球形机器人的滚动条件、越障能力、爬坡能力、转弯特性等作了静力学分析。为提...     

新型四臂巡检机器人结构设计及转向越障研究

针对巡检机器人工作任务的需求和高压输电线路障碍物的特点,提出一种由三轴复合转动关节和双轴复合转动关节串联三个杆件组成的新型四臂巡检机器人,机器人可以通过各个关节之间的配合来实现转向越障中的重力平衡.分析了机器人转向越障的重力平衡条件和转向越障的步态,并利用Adams仿真软件对转向越障整体过程进行仿真分析,最后进行了样机的实验.通过对仿真结果和样机实验的分析表明,该巡检机器人具有转向越障的能力,并能够在转向越障中保证重力平衡.     

基于质量调心的巡检机器人越障机理分析

针对输电线架空地线上的障碍物,具体分析了机器人跨越架空地线上障碍物的过程,依据越障过程的分析,提出一种新的基于质心调节的机器人越障构型.该构型自由度少,控制简单,能够减少越障过程时间,具有广泛的应用前景.     

爬壁机器人全方位移动机构研制

开发了用于机器人壁面自动清洗装置的可越障轮式全方位移动机构。该机构保证机器人在保持机体方位不变的前提下，沿壁面任意方面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。     

新型多单元串联巡检机器人机构研究与设计

针对超高压输电线路巡检机器人作业任务需求和输电线路障碍环境特点，提出了一种新型多单元串联的巡检机器人机构，每个单元由两个串联的平行四边形机构组成.根据机器人的越障机理及线路障碍物类型，规划出机器人的4种典型越障模式，给出机器人的主要结构设计参数，分析了典型越障模式下机器人手臂的工作空间.分析结果表明，该机构具备跨越500kV输电线路上典型障碍的能力，多单元串联的巡检机器人机构能够满足爬坡和转向条件下的越障运动需求.     

轻型抓取机器人的优化设计与路径规划

针对一种轻型抓取机器人,对其进行了构型优化设计和相关工作路径的研究.在各臂旋转到同一条直线上时,以对各个关节的转动惯量最小为优化目标,得出轻型抓取机器人各臂的最优臂长,并针对抓取时的稳定性进行了设计.运用三次多项式对机器人的点到点运动和有中间点的运动进行了轨迹规划,得到了各个关节的位移和角速度方程,并用实例进行了计算.利用Matlab Robotics工具箱对轨迹规划的结果进行了验证.     

多功能两栖生物型子母机器人系统研究

 对于水陆两栖及其过渡环境中狭小空间内的勘测,微小型水陆两栖机器人能够完成许多单一推进方式的机器人所无法完成的两栖任务,如水下管道的检测、珊瑚礁内鱼类的监测、水下岩缝中矿物采样等,因此需要一种能够具有微型结构、多功能运动模式、高位置精度、长续航时间等特点的机器人,以适应复杂两栖环境。提出一种两栖子母机器人设计方案。其中,两栖母机器人采用腿-矢量化喷水两栖推进,利用一套驱动系统实现两栖运动,以降低机构和控制的复杂度,增大其负载能力。两栖推进机构和机器人外形可以根据介质环境以及任务特点的改变,进行主动的形态与结构变化。微型子机器人由人工智能驱动器驱动,可以实现游行、爬行、转动、上浮/下潜、抓取等动作。母机器人和子机器人之间通过智能软缆线连接,实现子母机器人之间的通信及子机器人的回收。     

Earthshaker: A mobile rescue robot for emergencies and disasters through teleoperation and autonomous navigation

To deal with emergencies and disasters without rescue workers being exposed to dangerous environments, this paper presents a mobile rescue robot, Earthshaker. As a combination of a tracked chassis and a six-degree-of-freedom robotic arm, as well as miscellaneous sensors and controllers, Earthshaker is capable of traversing diverse terrains and fulfilling dexterous manipulation. Specifically, Earthshaker has a unique swing arm—dozer blade structure that can help clear up cumbersome obstacles and stabilize the robot on stairs, a multimodal teleoperation system that can adapt to different transmission conditions, a depth camera-aided robotic arm and gripper that can realize semiautonomous manipulation and a LiDAR aided base that can achieve autonomous navigation in unknown areas. It was these special systems that supported Earthshaker to win the first Advanced Technology & Engineering Challenge (A-TEC) championships, standing out of 40 robots from the world and showing the efficacy of system integration and the advanced control philosophy behind it.     

辅助上肢运动康复机器人技术研究

为了给上肢偏瘫患者的治疗提供有效的辅助工具,研制了一种新型神经康复机器人。该机器人采用二连杆机构模拟人体上肢,其中机器人大臂、小臂分别由两台伺服电机驱动,可以实现平面内的复合运动。另外,该机器人系统针对患者病情的不同阶段,可以提供相应的训练模式。对临床30名患者为期1个月的辅助治疗结果显示:病人对这种新的治疗方法不反感,上肢的运动功能得到明显改善,未发现其他副作用。     

七自由度冗余仿人臂的障碍实时回避

针对具有末端位姿约束的仿人臂,给出一种实现障碍回避的新方法。将障碍物和仿人臂假想为带电体,处在障碍物构成电场中的仿人臂将受到虚拟电场力的作用。用力学方法将该虚拟作用力分解到各关节,并以分解后虚拟力为指标实时地选择一冗余关节,对该关节构成力反馈,实现障碍的实时回避。该方法使障碍回避过程不再依赖于运动学优化,将冗余度机械臂转化为非冗余度机械臂,直接给出位置形式的逆解。     

混合型自重构机器人的结构设计及运动描述

设计了一种新型的混合型自重构模块化机器人.该机器人由多个相同的呈三棱柱状的主从式基本模块组成,每个主模块包括3个主驱动电动机及齿轮传动装置,每个从模块包括2个从驱动电动机及齿轮-齿条传动装置.根据齿轮、齿条不同运动速度,分析了该自重构机器人相邻2个基本模块中从模块的轴插入主模块的孔中完成对接动作的过程.基于基本模块的几何特征,描述了该自重构机器人的基本空间构型,最后仿真实现了该机器人从直线型变形为正六边形的过程.仿真结果表明,混合型自重构机器人基本模块结构设计紧凑,能对接和脱离,实现机器人的变形过程.     

遥操作机器人多关节联动控制算法

直线插补算法易于编程实现,且能使机器人手臂的运动轨迹以较高的精度逼近预定义轨迹。根据基于蓝牙通信的5DOF遥操作机器人的实际要求,采用绝对坐标值法计算各关节电机所需脉冲个数,并且使用MC9S12XDP512单片机的五个输出比较通道来控制机器人手臂的五个关节电机。每次得到上位机发送的关节运动量后,以五个输出比较通道中分配到最多脉冲的通道频率作为其他通道的脉冲频率基准以保证各关节在运动过程中的联动。实验证明,该算法精确有效。