爬壁机器人的轮式移动机构的转向功耗

移动机构转向功耗是爬壁机器人的关键性能参数.该文基于Herz接触理论建立了轮式移动机构转向功耗计算模型,仿真分析了分别采用纯滚动转向、滑动转向及滚动滑动混合转向的3种典型轮式移动机构的原地转向功耗,并与双履带式移动机构进行了比较.研制了上述3种轮式移动机构样机.根据仿真及实验结果确定爬壁机器人采用纯滚动转向差动驱动方案,移动机构的原地转向阻力接近直线行驶时的滚动阻力,转向功耗小.     

永磁吸附履带式爬壁机器人转向运动灵活性分析

根据永磁吸附履带式爬壁机器人的结构特点和运动环境特点,分析该机器人在大半径转向运动下的灵活性.由静力学平衡方程、运动学方程和动力学方程,基于直线运动总功率与转向运动总功率之比的相对功率来定义机器人转向运动灵活系数kA,进而讨论机器人转向运动灵活系数与安全系数的相互关系,优化安全系数的选择范围.根据该安全系数选择范围而设计的履带吸盘完全满足爬壁机器人长,时间实际安全应用的要求.     

基于土-履应变的履带机器人转向阻力矩建模与分析

为了准确描述小型履带式地面移动机器人转向运动,建立准确的控制模型,讨论了其转向阻力距的建模方法.采用传统的阻力均匀分布方法,分别建立了高速、低速时机器人的转向阻力模型.引入应力-应变理论提出了横向阻力、正压力线性分布时的阻力矩模型.将该模型中的横向阻力非线性化分布,改进了计算模型.在不同行驶路况下转向的仿真计算和分析表明,与传统的转向阻力矩模型相比,基于应力-应变理论的转向阻力矩模型能更好地反映地面与履带间受力情况.     

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。     

基于多信息融合的移动机器人定位算法

为了提高机器人的定位精度,提出了一种基于里程计、单目视觉与激光雷达信息相融合的自定位算法.首先,由里程计推算出机器人在各个时刻位置的估计值;其次,在不同时刻计算出机器人摄像头与任意两个环境特征点的夹角变化,通过激光雷达获得环境特征点的距离和角度并利用扩展卡尔曼滤波算法与里程计的定位信息进行融合;最后,由匹配的环境特征对机器人的位置进行修正,得到精确的位置估计.实验结果表明,该算法在多转角、长距离的情况下取得了满意的效果,有效地提高了定位精度.     

履带式移动机器人的转向特性

为了描述履带式移动机器人的转向特性,考虑机器人履带的横向阻力为线性分布、履带与地面的接触压力为线性分布的情形,分别建立低速和高速转向时机器人的转向阻力矩模型,以表征机器人转向时所受的地面阻力矩。基于直线运动总功率与转向运动总功率之比来表明机器人转向的难易程度,分析机器人在大半径和小半径转向运动时的灵活性。采用转向功率校核电动机的额定承载能力,分析机器人的结构参数、转向半径与转向功率的关系。研究结果表明:机器人的转向半径越大,转向越灵活,外侧履带驱动轮转向功率越小;机器人滑移角越大,转向功率校核系数越大,外侧履带驱动轮功率越大;为机器人的结构参数优化和电动机的选择提供依据。     

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.     

推土机差速转向装置的开发研究

将来型号推土机的离合式转向系统改为双功率流式差速转向系统。建立了转向机构的运动学方程和动力学方程。对改造后的履带式推土机进行了参数设计。适当选择了某泵控马达系统,并进行参数计算。计算结果验证了该新型转向机构的合理性和可行性。     

多轴轮毂电机驱动车辆的转向阻力特性

为研究多轴电动车辆的转向阻力特性,在考虑了轮胎负荷变化对轮胎侧偏刚度影响的基础上,建立了车辆3自由度动力学模型;提出了一种稳态转向工况下的转向阻力计算方法,推导了轮胎侧偏角和转向阻力矩的理论计算式.基于该模型,分析了转向阻力矩与转向输入量和车速的关系及理论约束边界,比较了在相同质量与等效履带接地长度条件下轮胎式与履带式车辆的转向阻力矩,讨论了轮胎侧偏角对轮胎力分配的影响,并通过ADAMS软件对计算结果进行了验证.结果表明,相同参数条件下,多轮驱动车辆的转向阻力矩大于履带式车辆的阻力矩,计算模型可为转向控制策略提供理论参考.     

基于激光雷达的移动机器人避障策略研究

激光雷达具有扫描精度高的优点,因此采用激光雷达来获取机器人周围环境信息.针对VFH算法中波谷宽度的计算以及纯转向问题,提出了一种方法来计算波谷的宽度以及检测机器人在该波谷的可通行性,在获得目标方向的基础上增加局部目标点作为VFH算法结果,并在此基础上设计一种平滑转弯的控制策略,使得机器人能够在复杂环境中以平滑路径逼近目标位置.最后通过实验验证了本文平滑避障策略的有效性.     

履带式移动机器人动力学模型及其反馈控制

履带结构被广泛地应用在移动式机器人的设计当中。为提高其反馈控制模型的精度,该文详细分析了履带式机器人的受力特点,提出了一种适于进行控制器设计的履带机器人模型,并在此基础上,按照反馈线性化的思想,提出了一种履带式机器人稳定路径跟踪控制器的设计方法,同时给出了方法的非奇异条件。该文提出的控制系统模型和路径跟踪方法,为履带式机器人控制系统设计提供了理论依据。     

基于嵌人式环境的智能移动机器人跟踪控制

基于自主搭建的履带式移动机器人研究了 一个P型迭代学习控制算法,它使移动机器人 能够根据位置和速度偏差的大小及方向,实时控制其在运动过程中的变化趋势,以获得合适的学习 增益矩阵,达到更好的控制效果.利用设计的P型迭代学习控制算法,对履带式移动机器人的路径 规划与路径跟踪实现准确的控制.实验结果表明,迭代学习控制可使履带式移动机器人在路径跟踪 控制过程中有更好的稳定性、准确性和快速性.     

履带滑移和转向中心线偏移对车辆稳态转向特性的影响

履带车辆的稳态转向特性直接影响到其工作效率以及安全性。本文建立了履带车辆稳态转向的数学模型并提出了数值求解方法,将履带滑移半径以及转向中心线移动量作为其稳态转向特性的评价指标,并进行了仿真分析,结果表明:随着转向半径和车速的变化,滑移半径以及转向中心线移动量的增大或减小,影响车辆的转向稳定性。     

双流传动履带车辆方向盘操纵系统设计及仿真

液压机械差速转向机构是履带车辆的一种新型双流传动机构,能实现履带车辆无级转向。基于液压机械差速转向机构工作原理,提出了一种双流传动履带车辆方向盘操纵系统方案。根据方向盘转角和液压先导阀杆摆角的变化关系,推导出了凸轮曲线的解析表达式。介绍了液压元件的结构及工作过程,仿真分析了方向盘操纵系统的工作稳定性及跟随特性。仿真结果表明:所设计的方向盘操纵系统能满足履带车辆液压机械差速转向行驶需要。     

基于惯容器-弹簧-阻尼悬架的履带机器人平顺性仿真分析

为探究ISD悬架作为履带机器人悬架方案的应用价值,以某履带机器人方案为例,建立了采用ISD悬架的1/2移动平台8自由度模型,进行力学分析得到了系统运动微分方程,以计算机模拟的路面随机激励时域模型作为输入,利用MATLAB/Simulink建立履带机器人动力学模型,考虑履带承重轮之间地面输入的迟滞性,将路面不平度和履带机器人行驶速度相结合对模型进行仿真。结果表明：采用ISD悬架的履带机器人方案相对于采用传统被动悬架的方案,质心垂向加速度和俯仰角加速度均有明显减小,即行驶平顺性得到了改善,可见ISD悬架的应用可以提高履带机器人的行驶平顺性。     

轮式移动机器人大转向航向跟踪控制

为了防止轮式移动机器人在大弯道路跟踪时出现过度转向而引起较大跟踪误差或偏离预定路径,提出了种能适应大转向的航向跟踪控制方法,利用机器人前轮偏角的绝对方向作为控制器反馈航向,仿真实验结果表明,该方法与以机器人车体航向作为反馈量的常规方法相比,在大转向航向跟踪时能有效志改善系统的动态特性,减少超调和振荡,提高基于航向控制的轮式移动机器人大弯道路径跟踪性能。     

基于迭代学习控制算法的下肢外骨骼机器人跟随特性研究

目前下肢外骨骼机器人存在的运动控制算法追踪人体髋关节和膝关节期望轨迹时存在误差,从而导致人机系统随动性能差。因此,本文提出迭代学习控制算法追踪人体髋关节和膝关节期望轨迹。首先,结合人体下肢结构分析,建立下肢外骨骼机器人动力学模型;其次,基于迭代学习控制算法建立下肢外骨骼机器人随动控制模型;最后,利用Matlab软件设计指数变增益闭环D型运动控制系统,分析收敛速度与谱半径的关系,追踪得到人体下肢髋关节和膝关节期望轨迹。仿真结果表明该算法能够有效提高下肢外骨骼机器人步态轨迹跟踪精度,提升人机系统随动性能。     

类人足球机器人彩色目标识别与头部视觉跟踪

为了在机器人足球比赛中能够快速准确地跟踪运动目标,提出了一种颜色识别与头部视觉跟踪相结合的方法.利用HSV色彩空间颜色阈值的判别和种子点区域生长的填充算法识别物体,计算物体质心并判断其位置,然后通过舵机控制机器人头部的转动跟踪目标.实验结果表明,该方法具有较高的跟踪速度与准确性.     

管道形轮腿式月球探测机器人的运动学建模

针对月球的微重力特性、地形的不连续性、部分驱动轮打滑、部分车轮短时间离开地面甚至机器人发生侧翻的复杂情况，用移动机器人在不同时刻不同斜面上的运动学模型组成机器人在崎岖不平地面上行驶的复合运动学模型的方法(TPCM)，为管道形轮腿式月球探测机器人(PWLER)建立了正向和逆向运动学模型．运用正向运动学模型，根据PWLER各驱动轮的转速可估算出机器人相对于绝对坐标系的位置和姿态．运用逆向运动学模型，根据PWLER期望的前进速度和转弯半径可确定出各驱动轮的速度．从而为PWLER在三维地形上的自主导航和路径跟踪提供了理论依据。