一种摇臂轮组与行星轮组相结合的爬楼越障机器人结构设计

为了提高轮式机器人移动的地形适应能力和越障能力,提出了一种摇臂结构与行星结构相组合的10轮多地形自适应移动机器人。该机器人采用摇臂结构轮组作为前驱轮组被动摆动适应地形变化,行星结构轮组作为后驱轮组主动翻转翻越障碍适应地形。利用Adams软件构建机器人爬楼越障动力学模型,仿真分析机器人爬楼越障过程。研制了物理样机,根据多级台阶、楼梯、斜坡、崎岖地形进行适应性测试。试验结果表明:该机器人能够连续通过5种不同尺寸的楼梯,且在50 s通过13级台阶,验证了该机器人的地形适应能力和越障能力。     

关节式双履带移动机器人越障稳定性分析

通过对外部环境的复杂情况及各类影响因素的观测与分析,设计了一种基于非结构环境的关节式双履带移动机器人,该机器人平台由前、后两壳体组成,两壳体由旋转关节相连接,调节式活动装置和履带压紧机构的设计保证了机器人的越障稳定性。在此基础上,以攀越二维崎岖地形、正斜坡地形以及楼梯等三种典型地形为例,对机器人的越障稳定性进行分析和仿真。最后经过实验验证关节式双履带移动机器人的结构设计的合理性和理论分析的正确性。     

四足偏心轮腿机器人的越障研究

针对轮式移动机器人越障效果不够理想的现状,提出一种基于偏心轮作为行走单元的四足偏心轮腿机器人的模型,经过理论研究证明该设想具有一定的可行性.设计制作了一种四足偏心轮腿机器人样机,以高层建筑物的楼梯作为连续台阶障碍物,进行攀爬障碍物的实验,实验结果表明该机器人具有较好的越障效果.     

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.     

四连杆式自适应越障机器人

移动机器人适应复杂地形主要通过2种方式：一种是主动式,即通过传感器探测地形,主动调整移动机构以适应地形：另一种是被动式．即自适应式,机器人机构根据地形变形以适应地形。“四连杆式自适应越障机器人”是在轮式机器人的基础上通过双曲柄与2个四边形高架结构相联。从而结合了轮式与足式移动机器人的优点。     

具有自适应性仿生腿及行走方式可切换式汽车

高性能移动机器人主要用于灾难搜救、星球探测、军事侦察、矿山开采等非结构化环境中,其移动系统可分为轮式、腿式、履带式以及轮腿结合式4类。其中,轮腿式机器人不仅具备腿式机器人的高越障性能和对复杂地形的高适应性能,还兼备轮式机器人在平整地面上滚动的高速高效性能。具有自适应性仿生腿及行走方式可切换式汽车综合了轮式系统和腿式系统的优势,具备多种运动姿态,包括滚动、攀爬楼梯等,具有运行平稳、带负载能力强以及越障性能好的优点。可作为移动机器人平台搭载相关设备完成星球探测、军事侦察、扫雷排险等多种工作。     

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.     

轮履变体式车辆底盘越障性能研究

对全地形轮履变体式车辆底盘的典型越障性能进行研究.首先,参考某型车辆底盘,设计轮履复合轮（即变体轮）尺寸,建立三维模型;通过运动学和力学分析,确定出变体轮跨越壕沟、攀爬台阶及爬坡的临界状态,得到最大越壕宽度、最大越台阶高度和极限爬坡度.结果表明,轮履变体式车辆底盘具有很强的环境适应能力和较高的越障性能,且整体越障性能优于传统轮式和履带式车辆.这些为轮履变体式底盘的结构优化以及未来轮履复合式车辆的广泛应用提供了充分的理论依据.     

新型变形轮腿式移动机器人的运动学分析及设计

移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、军事侦察、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.兼具良好的机动性及越障性是移动机器人快速适应非结构化复杂环境的首要性能指标,结合轮式行进机构强机动性与腿式行进机构优越障性的变形轮腿式移动机器人受到普遍青睐.然而,现有变形轮腿式移动机器人在设计与优化方面仍存在变形形式过于复杂、设计方法缺乏理论依据等不足.针对上述问题,提出一种结构紧凑、操作简便的新型轮腿变换结构,借助电磁离合器分离运动的原理,通过改变轮-腿变形动力输入促使轮与腿相对运动,以曲柄滑块机构触发轮-腿结构径向扩展,完成由轮式变形为腿式的过程.定义变形过程中曲柄滑块机构的压力角为机动性指标、变形前后结构的展开比为越障性指标,进而开展变形结构的尺度综合,优化结果表明新型变形轮腿式移动机器人的展开比为1.92,可越过高度为150 mm的障碍物.基于优化后的尺度参数,建立变形轮腿式移动机器人越障过程的动力学模型,确定驱动电机参数,设计并制造物理样机.最终开展软件仿真与实验研究,仿真结果与理论分析结果一致,表明优化设计方法与动力学建模方法的有效性,实验结果证明所设计的变形轮腿式机器人具有...     

铰接型移动机器人结构设计与性能分析

针对复杂地形环境下传统移动机器人普遍存在的稳定性不足、通过性欠佳等突出问题,通过深入探究机器人越障机理,融合被动变形车轮与柔性铰接装置,研制出一款能够被动适应复杂多变障碍地形的多驱动模块铰接型移动机器人。综合考虑机器人构型原理与运动模式,基于稳定锥方法系统构建了机器人极限姿态的稳定模型并提出其临界倾翻条件。基于凸台、沟渠以及变曲率地形下机器人通过性的深度分析,提出了一种不同地形障碍下机器人越障方法。样机实验结果表明,机器人具有良好的运动稳定性与通过性,可被动适应复杂多变障碍地形。     

轮履复合式变形车轮机构参数分析

针对非结构环境地形的特点,结合轮式、履带式移动机构在复杂地形环境中的运动特点,提出了一种可在轮式、履带式之间进行自由切换的轮履复合式变形车轮的设计。利用序列二次规划算法,得出了变形车轮各机构参数对接地长度的影响,为最优化机构参数的确定提供了理论基础。分析机构参数对车辆通过性能影响,其结果研究表明：变径比越大,与轮式模式相比,履带式运动的越障优势越明显;同时,相对履带式运动而言,轮式运动快速灵活的优势也越明显。     

蠕动式步行机器人研究

提出了一种可在复杂地面环境下行走的需蠕动式步行机器人本体结构。该结构采用一种地面被动态适应技术，使得腿部可根据地面情况自动调整伸缩长度，以获得较为稳定的支撑。机器人依靠本体变形及被动适应地面的方法产生步行，在很大程度上简化了步行过程中复杂的动作协调控制问题。根据机器人的结构特点，给出了两种步态规划方式。仿真试验表明，该机器人控制简单，运动灵活，具有较广的应用前景。     

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。     

基于Backstepping方法的车式移动机器人轨迹追踪控制

针对四轮车式移动机器人的运动学模型,首先利用一个正则坐标变换,将误差系统转换为一个非线性串联系统的形式;然后利用Backstepping方法,在两轮移动机器人追踪控制律设计过程的基础上,构造了四轮移动机器人追踪系统的Lyapunov函数,并通过使该Lyapunov函数负定,计算得到了针对四轮移动机器人轨迹追踪控制器,并证明了该类型移动机器人在所得控制器作用下,能实现对给定目标的全局渐近追踪;最后利用提出的控制器,通过四轮移动机器人对直线和圆周2种轨迹追踪的仿真实验,验证了该控制器在四轮车式移动机器人轨迹追踪控制中的有效性.     

双臂巡检机器人位姿变化下沿悬链线行走能力分析

为解决双臂巡检机器人沿输电线行走过程中存在的行走轮受力不均,易打滑脱线等问题,提出一种移动关节主动调节方法.分别建立了传统的双臂巡检机器人、带柔索双臂巡检机器人和带移动关节双臂巡检机器人行走轮受力模型,对比分析发现:机器人在最佳位姿状态下,受力情况最好,不易发生打滑问题.建立了巡检机器人关节变化的动力学模型并设计主动控制器,对机器人行走越障和沿线行走两种工况进行了仿真模拟.所设计的控制器能够协助机器人完成大坡度巡航与行走越障工作,并能够有效抑制关节振荡问题,缩短响应时间.最后开展了机器人行走越障与不同坡度行走实验,表明所设计的控制器能够辅助机器人完成巡检任务,有效抑制了行走打滑问题.     

双横臂独立悬架转向梯形机构断开点的优化

利用D-H坐标系建立双横臂独立悬架四杆机构各杆的杆坐标系，求出各个杆坐标系之间的转换矩阵，对双横臂独立悬架进行位移分析，确定车轮跳动时前束变化量的关系式，同时考虑汽车在转向时，内外车轮转角应尽可能地符合Ackerman转向几何条件。综合这两个关系求得转向梯形断开点位置的确定方法、通过实例验证了这个方法的有效性。此法简单明了，易于编程。     

应用于锅炉检测机器人的一种新型复合车轮

为了使检测机器人能够在具有螺旋型鳍片的锅炉热交换器承压管道表面上行走,设计了一种新型的复合车轮.该复合车轮由2个链轮和多个鼓形小轮复合组成,能实现平行于管道方向和垂直于管道方向的移动.同时,对鼓形小轮的共轭轮廓曲线及其圆弧轮廓曲线进行了讨论,并对圆弧轮廓曲线的误差进行了分析.结果表明,采用圆弧轮廓的鼓形小轮可以满足检测要求.     

A gait planning method applied to hexapod biomimetic robot locomotion

In order to fulfill the goal of autonomous walking on rough terrain, a distributed gait planning method applied to hexapod biomimetic robot locomotion is proposed based on the research effort of gait coordination mechanism of stick insect. The mathematical relation of walking velocity and gait pattern was depicted, a set of local rules operating between adjacent legs were put forward, and a distributed network of local rules for gait control was constructed. With the interaction of adjacent legs, adaptive adjustment of phase sequence fluctuation of walking legs resulting from change of terrain conditions or variety of walking speed was implemented to generate statically stable gait. In the simulation experiments, adaptive adjustment of inter-leg phase sequence and smooth transition of velocity and gait pattern were realized, and static stableness was ensured simultaneously, which provided the hexapod robot with the capability of walking on rough terrain stably and expeditiously.     

基于ADAMS的履带式推土机行走装置动力学仿真分析

利用Pro/E建立履带式推土机行走装置的三维实体模型,简化后导入ADAMS中对其进行动力学仿真分析,并对驱动链轮、支重轮和履带板之间的作用力进行了仿真研究,为履带行走装置的改进设计提供了理论依据.     

便携机器人轻量化设计与仿真

针对实验室33 kg便携机器人为研究对象,对它进行25 kg为目标轻量化设计。对已有履带轮受力情况,将各履带轮的材料厚度作为设计变量对其三维模型进行结构优化,获取轻量化的结构,基于多体动力学软件Recurdyn对平地直线行驶、斜坡、斜坡转弯三种典型工况下分别进行仿真,并将仿真结果运用ANSYS进行静力学有限元分析,对零部件以应力和变形为限定条件。结果通过多次迭代设计对比优化前后机器人整体质量减轻的情况下满足运行特性要求。表明了该轻量化设计方案是可行的,新结构相对于原始结构更优。