单履带被动自适应机器人设计与运动学分析

针对地形狭窄、障碍物较高的非结构环境,基于被动自适应机理的研究,综合了轮式、履带式移动机器人的优点,设计了一种单履带轮-履复合被动自适应移动机器人.该机器人能够实现轮式、履带式、轮-履混合式三种运动模式,能够通过狭小过道与拐角,并且能越过比自身更高的障碍物.介绍了机器人的机构、运动过程和传动原理,通过建立机器人的数学模型,对轮-履复合模块变形进行了运动学分析和轮-履模式转换过程分析,再用虚拟样机技术在Adams中进行建模与仿真分析,从而验证了机器人结构变形时的运动特性和结构与参数设计的合理性.     

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。     

基于电磁驱动的蠕动型微机器人的运动机理

根据仿真学原理开发了一种电磁驱动的蠕动型微机器人,利用计算机和机电控制系统对微机器人运动进行控制,叙述了微机器人的结构,对其运动机理进行了分析和探讨,介绍了运动控制电路,并进行运动性能的实验分析,实验表明,它能在直径小于１０ｍｍ的管道内自行移动,携带内窥镜、ＣＣＤ器件、照明系统进行管内目视检查作业,该研究成果对发展微机器人技术有积极的参考价值。     

城市主排水管道穿缆、检测机器人的力学性能分析

针对目前国内排水管道疏通所存在的问题，提出了一种应用于城市排水管道穿缆、检测的双履带式管道机器人的系统结构设计，主要对机器人在管道行走时的拖缆力及机器人转向时的力与速度进行了理论分析．设计的机器人系统结构合乎实际要求．     

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.     

油/气管道检测机器人

在轮式和履带式机器人的基础上,设计开发了一种新的管内移动机器人.机器人的3组驱动轮沿圆周方向120°均布,在轴向截面内,前后两组驱动轮布置在同一组平行四边形机构上,驱动电动机通过蜗轮蜗杆副驱动3组驱动轮,调节电动机通过滚珠丝杠螺母副和压力传感器使3组驱动轮始终以稳定的正压力紧贴在管道内壁,使机器人具有充裕并且稳定的牵引力.该机器人机构紧凑,工作可靠,适用于管径为 400～650mm的管道.     

基于模糊控制的足球机器人同步协调控制研究

在比赛中，足球机器人一直处于高速运动状态，因而对其运动协调性和响应的快速性要求较高。为此，本文分析了影响足球机器人运动协调性差的原因，针对其运动的特点，提出了利用模糊系统调节PID控制器的增益的方法。实验表明，本方法在改善足球机器人动态协调性方面还是可行的。     

轮腿式机器人多运动模式运动学分析与建模

轮腿式移动机器人具有轮式、履带式和腿式等多种运动模式,对不同运动模式下的运动特性进行了分析,建立了轮式运动模式下的运动学方程,对履带运动模式下的转向运动学进行了运动学建模;通过对机器人在腿式模式的姿态描述,建立其运动学模型。为对轮腿式机器人进行综合运动分析,实现机器人控制提供了理论基础。     

基于电磁驱动的蠕动型微机器人运动机理

根据仿生学原理开发了一种电磁驱动的蠕动型微机器人,利用计算机和机电控制系统对微机器人运动进行控制.叙述了微机器人的结构,对其运动机理进行了分析和探讨,介绍了运动控制电路原理,并进行运动性能的实验分析.实验表明,它能在直径小于10 mm的管道内自行移动,携带内窥镜、CCD器件、照明系统进行管内目视检查作业.该研究成果对发展微机器人技术有积极的参考价值.     

基于电磁驱动的蠕动型微机器人运动机理

根据仿生学原理开发了一种电磁驱动的蠕动型微机器人,利用计算机和机电控制系统对微机器人运动进 行控制．介绍了微机器人的结构,对其运动机理进行了分析和探讨,介绍了运动控制电路原理,并进行运动性能的 实验分析．实验表明,它能在直径小于10mm的管道内自行移动,携带内窥镜、CCD器件、照明系统,进行管内目视 检查作业．该研究成果对发展微机器人技术有积极的参考价值．     

柔性压力管道甩击特性数值模拟

柔性压力管道作为一种重要的流体输送工具，以适用性强、安装快捷等特点广泛应用于临时或机动工程中，但随其耐压等级与额定流量不断提高，管道的振甩现象愈发突出，甩击事故时有发生，存在重大安全隐患。利用ANSYS Workbench平台对柔性压力管道脱扣断裂甩击行为进行数值模拟，研究了管道流速、流体物性参数、管道弯曲长度和弯曲半径、约束位置对甩击运动的影响。结果表明：管道的甩击运动具有很强的非线性特征，脱扣端的变形位移和甩击速度最大，固定端的等效应力最大；随管内流速增加，管道甩击的变形位移、甩击速度、等效应力增加，应变能呈高次方变化；随流体密度增加，管道甩击运动的主要参数都线性增加，流体黏度增加，管道甩击更加剧烈；管道长度越长，其运动周期越长；弯曲半径增大，管道甩击运动的主要参数都减小；而管道安全扣的约束位置主要影响了管道运行的长度和弯曲半径，从而对甩击运动产生影响，管道甩击振动由二阶模态主导。     

机器人动态过程的模型跟随自适应控制

为适应近代机器人的高运动性能要求,必须进一步提高机器人的动态控制水平。为此,本文提出了一种模型跟随自适应控制系统及计算机算法、并进行了模拟研究。结果表明了所提出控制算法的有效性及对机器人运动过程中动态特性变化的适应性。由于不包含参数估计器、从而提高了实时自适应性能。     

3D打印的两轮自平衡机器人的模糊自适应控制策略

为解决3D打印制造的两轮自平衡机器人模型多样化的运动控制问题,研究一种针对非特定模型的自平衡机器人的运动控制策略。结果表明:所提出策略基于模糊自适应的控制理论,可在非人为参数调整的工况下,对于非特定模型的自平衡机器人的多种运动情景,进行快速准确的参数自调节和实时稳定的运动控制。可见,本文策略能够较好地解决3D打印制造的两轮自平衡机器人的模型多样化的自适应运动控制问题。     

基于Workbench的输流弯管流固耦合分析

运用ANSYS Workbench软件建立不同弯曲半径的弯管模型,分析了弯曲半径对所受流体压力以及内部流速分布的影响,得到了弯曲半径和管道入口压强对固有频率和整体变形的关系。结果表明:弯曲半径对流速分布影响显著,弯头处内侧流速大,外侧流速小;弯曲半径对弯头后段内壁压力影响显著;弯头处内侧受压小,外侧受压大;弯曲半径对整体变形的影响较小,而管道入口压强对整体变形的影响大;管道2、3阶固有频率随着弯曲半径的增大有下降趋势,随着弯曲半径的增大4阶固有频率增大明显。     

高温气冷堆核电站蒸汽发生器管板定位机器人

管板定位机器人用于高温气冷堆核电站蒸汽发生器的传热管检修工作。作为堵管工具的载体,搭载各种不同的堵管执行单元,将其引导至指定的工作管孔,实施堵管工序。根据施工需求,开展了管板定位机器人研究。受限于被检对象及施工工况条件,管板定位机器人采用了模块化、轻量化设计。为消除管板定位机器人工作过程中管板结构应力变形、机器人自身运动误差和姿态调整引起的变形误差等因素影响,采用机器视觉辅助定位设计方案,消除上述各种非线性误差影响,提高管板定位机器人的位置控制精度。所设计的机器人样机在蒸汽发生器模拟体上进行了实际测试。结果表明,应用机器视觉技术进行目标定位及运动反馈控制是进行非线性误差补偿的有效手段,该方法控制精度高,控制系统相对简单可靠。     

主动避障式管道机器人结构设计及动力学仿真

为了解决轮式管道机器人在管道内越障能力不足的问题,设计一种主动避障管道机器人,并运用ADAMS进行动力学仿真分析。首先分析了管道机器人结构原理和运动特性。随后运用ADAMS建立虚拟样机,对管道机器人的避障能力、直行能力以及过弯能力进行仿真分析。仿真结果表明,该管道机器人可自动适应148～152 mm管径;可通过的最小转弯半径为304 mm;可实现在管道内部主动避障,同时具有良好的动力特性。     

J形坡口焊接机器人运动控制系统设计

核电压力容器的焊接制造中,半球形封头与圆管相贯形成空间曲线J形坡口焊缝,通用焊接机器人难以满足焊接要求.针对研发的悬挂式J形坡口专用焊接机器人,设计开发了机器人运动控制系统.介绍了机器人机械结构特点及运动控制算法.机器人控制系统核心采用工业控制计算机(IPC)与DMC数字运动控制器,交流伺服电机为执行端,利用三级控制结构实现作业管理,组织各轴协同运动完成焊接作业.进行了空间曲线J形坡口焊缝焊接实验.实验结果表明,设计开发的运动控制系统能够很好地控制机器人各轴协同运动,满足空间曲线J形坡口焊缝的焊接需求,可以提高核电压力容器焊接制造的自动化水平.     

Control of Underwater Robot Attitude in Wave Based on Fuzzy Sliding Mode Method

When an underwater robot works with its manipulator, it is very critical to keep the position and attitude stable in wave. The modeling, numerical calculus of the rolling motion of a small open-frame underwater robot in wave was discussed. A sliding mode control(SMC) strategy with adaptive fuzzy reasoning is presented to change the rolling response process of the underwater robot by using the two lateral thrusters to reduce the rolling amplitude when the manipulators are working. The results comparing between the simulation and the numerical calculus has shown the effectiveness.There is few analogous research on underwater robot attitudes in wave. Some attempts are made here.     

仿蚯蚓蠕动微机器人及控制系统

在研究蚯蚓运动机理的基础上,提出一种适用于微小软管移动的仿蚯蚓蠕动式微机器人,该机器人分为三个柔性单元体,每个柔性单元体主要由一对绝缘板,两板之间相连的三根形状记忆合金元件,充入空气将ＳＭＡ等加以封闭的橡胶囊组成。在ＳＭＡ的形状记忆效应和橡胶气囊的综合作用下,柔性单元体可实现蚯蚓了相类似的运动,从而实现微机器人蠕动式前进。     

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。