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...     

全对称球形机器人的设计及动力学分析

针对球体不存在失稳的特性,提出一种完全对称结构的球形机器人.该球形机器人由2个电动机驱动2组螺旋传动机构带动球壳滚动实现直线运动,并通过改变球内部分的重心位置实现转弯.建模型时,将球壳与内部机构分离,把球内部分完全看成是球壳的驱动力,使理论分析得以合理简化,实现了利用力学的达朗贝尔-拉格朗日变分原理和非完整系统理论对球形机器人动力学的精确解算.通过对它的直线运动、转弯运动、爬坡能力等进行了具体分析,证明了该设计的可行性,并确定了影响该球形机器人运动性能的参数.     

跳跃机器人浮动基动力学模型及试验

研究了平面腿型跳跃机器人浮动基动力学模型的建立、仿真及试验问题.将跳跃机器人模型抽象成由三根均质连杆组成的平面跳跃机构,建立3个坐标系研究跳跃运动的变约束性.分别对支撑相和腾空相的运动模型进行分析,建立了Lagrange动力学方程.由于支撑相足尖与地面满足Pfaffian约束,因此将机器人足尖平移坐标与关节变量统一作为广义坐标,建立显含力约束的跳跃机器人浮动基动力学模型.确定跳跃运动约束方程和相互识别条件.通过仿真和样机试验说明了跳跃机器人浮动基动力学模型的正确性.     

基于ADAMS的某球形机器人运动分析

研究了一种转向和驱动行走两种运动分开的全方位运动球形机器人,对其模型进行简化建立了ADAMS虚拟样机模型.基于ADAMS仿真软件对模型进行了运动仿真分析,分析了球形机器人的直线运动速度变化规律,以及摆长、摆速等因素对球体运动速度的影响,得出配重和摆速是影响球体速度的主要因素.     

一种空间正交四边形滚动机器人

为使机器人仅利用较少的自由度就可实现移动及转向,提出了一种具有空间正交四边形几何形态的新型滚动机器人.该机器人本体是一个14杆16副的空间连杆机构,由2个平台和4条支链构成,外观形态为一对空间正交的四边形.并基于其自由度与运动原理,分析了该机器人的稳定性和滚动方向,进行了运动仿真.制作了一台原理样机进行实验以验证概念的可行性.实验结果表明,该机器人能够在2个驱动器控制下以翻滚步态实现全方位移动.     

基于SLIP模型的液压驱动单腿机器人竖直跳跃控制

针对液压驱动足式机器人竖直跳跃控制,提出一种基于SLIP竖直跳跃动力学模型实现液压驱动机器人竖直跳跃的控制策略。分析SLIP竖直跳跃动力学模型并求解其动力学微分方程得到质心运动轨迹,将关节型单腿机器人竖直跳跃髋部的运动轨迹映射到SLIP模型质心的运动轨迹,通过机器人运动学逆解得到机器人关节运动轨迹,以此驱动关节运动;同时建立关节型单腿机器人竖直跳跃动力学方程和液压驱动执行器动力学方程,应用MATLAB/Simulink软件进行动态跳跃控制仿真并进行样机试验。研究结果表明:基于SLIP竖直跳跃动力学模型的控制策略可实现液压驱动单腿机器人持续稳定的竖直跳跃,为足式机器人动态步态行走控制研究提供参考。     

一种载人球形机器人的机构设计及动态分析

通过对当前为满足各钟特殊环境下的需求而提出的球形机器人的深入研究,提出了一种具有载人能力的球形机器人,确定了其运动机构方案和结构设计方案,通过UG对该机构进行三维建模并在Ansys中构建系统的模型,对该系统进行仿真分析,对载人球形机器人结构设计优化,为球形机器人整体的设计、模拟仿真及其制造提供参考。针对目前对球形机器人无载人性能这一特点,设计提出了具有转向性的载人球形机器人,在各种特殊环境下具有很大实际应用价值。     

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.     

偏心轮六足机器人爬坡稳定性分析

研究了一种偏心轮构造的六足机器人,介绍了其基本的机械结构,并使用稳定锥方法对其建立了爬坡时的运动模型以及力学约束.设计了一种呈波浪形式的爬坡步态,对这种运动模式下的机器人最易倾翻的姿态进行了分析,结合其机械结构特征,使用稳定锥方法验证了机器人运行的稳定性,求出了机器人爬坡时的坡度临界角,并进行了仿真和实物实验验证.在采用此机械结构以及使用相应的爬坡步态的情况下,机器人能够有较好的爬坡表现,实验环境中测得机器人稳定爬坡角度最大可至33°左右.      

平面单腿关节型跳跃机器人建模及步态规划

为研究平面单腿关节型跳跃机器人的建模和步态规划问题,首先运用拉格朗日动力学方程推导了该机器人的解析动力学模型;然后提出一种单质心的机器人模型来进行跳跃步态规划,同时,在Matlab Simulation环境中建立包括地面模块的SimMechanics模型,使其成为平面单腿关节型跳跃机器人的仿真平台;最后,通过对给定参数的跳跃机器人3种模型的仿真及结果比较,说明以上这些模型的有效性与关联性。结果表明,平面单腿关节型跳跃机器人的3种模型协作能够满足其运动仿真和研究需求。     

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。     

变拓扑四面体机器人攀爬安全性与参数分析

变拓扑四面体机器人是基于自主纳米群技术的一种具有多重自由度的机器人系统,由可伸缩结构(伸缩杆)和连接部分(节点)组成的四面体结构为基本单元。分析了机器人沿壁面攀爬运动的典型过程,并利用ADAMS软件进行了动态仿真实验。分析了攀爬过程的安全性问题,给出了机器人在垂直壁面和倾斜壁面的静态安全性条件,同时分析了接触力与静摩擦系数对运动特性的影响。结果表明:接触力与静摩擦系数为影响攀爬特性的关键参数,接触力和静摩擦系数越小,在一个运动周期中机器人的有效位移越小,负向速度越大,两者过小时将会导致运动的失效。     

球形机器人准静态学分析及其路径规划方法

针对现有球形机器人在动力学分析及控制系统设计时遇到的计算量大、实时性差的难点,提出将机器人的转向和向前驱动运动分开独立执行的设计原则.根据球体滚动中的实际情况,利用转速矢量的投影关系,建立了机器人的两输入、五输出的准静态学运动方程,当要求转速不高的情况下,可以对球形机器人进行基于运动学的控制.提出了一种在运动解耦方式下的点对点直线插补式路径规划方法,这种方法可以逐点逼近任意要求的轨迹,具有一定实际工程应用价值.     

小型地面移动机器人特殊运行姿态动力学建模与分析

该文以六履带移动机器人为研究目标，以适应越野路面及特殊功能需要，如爬越障碍、自身撑起、翻身等特殊动作。文中给出了系统构成、传动原理及系统设计方案，对运动姿态进行了描述，重点对自身撑起、爬越障碍、翻身3个特殊运动姿态进行了动力学建模，并结合动力驱动能力进行参数对比分析，得出了受力与驱动关系模型及状态临界条件：通过分析为小型地面机器人在复杂地理环境下顺利运行，提高机器人适应性提供了理论设计依据。     

Direct and Inverse Kinematic Analysis of a Leg-wheeled Passive Wheel Mobile Robot - Ice-skater Robot

A new passive wheel type of leg-wheeled mobile robot based on rolling principle was introduced. To enhance the stability and maintain vertical to the ground of wheels, four passive wheels were installed at the end of four legs respectively and parallel mechanisms were used as legs. And an inertia coordinate system and a robot coordinate system were established, the related kinematic equation of the robot was gotten according to some assumptions after the configuration or the posture of wheels and legs was analyzed. At the same time, the turning conditions of the robot were also obtained. Based on the motion principle, the VSS-based logic control system was designed and the skating straight experiments and the turning experiments were conducted. And some conclusions were drawn.     

电动连续式爬缆机器人设计理论分析与试验

在分析缆索曲线约束和爬升阻力等工作环境的基础上，提出一种采用铰链结构的电动连续式爬缆机器人结构模型，建立了其弹簧压紧力、车轮抱紧力等力学模型，并对样机研制实例进行了验算．研制的爬缆机器人具有液压控制的弹簧压紧装置，能在缆索上快速安装和安全收回．在实验室多次试验后，该机器人已在南浦大桥进行了现场试验．结果表明其能高效、可靠地爬升和涂装实际斜拉桥缆索全长．     

间隙式单吸盘爬壁机器人动力特性分析

研究了带有新型吸盘结构的具有间隙式负压吸附方式特点的爬壁机器人的动力学问题。采用间隙吸附方式的爬壁机器人,其运动性能(可操作性、驱动性能等)主要由轮式移动结构决定,因此对爬壁机器人运动结构进行动力学分析是合理和必要的。基于拉格朗日乘子方程建立了机器人的动力学模型。利用Matlab/Simulink的动力学仿真,分析了吸盘吸附力和机器人方位角变化对爬壁机器人运动特性的影响,为改善和提高机器人的运动性能并为其结构优化设计与运动控制提供了理论研究基础。     

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.