关节式移动机器人越障动态稳定性分析与控制

通过对关节式移动机器人越障过程运动学和动力学分析,得出控制移动机器人越障时保证动态稳定性的约束条件.根据传感器感知信息,用模糊逻辑控制方法改变车体姿态以适应地形,实现局部自主越障.实验表明,加入动态稳定性约束后,提高了关节式移动机器人越障的稳定性和越障速度,减少了各关节的动作,改善了越障性能.     

小型轮/履变结构移动机器人设计及越障分析

针对非结构环境中路面软硬相间、平坦与崎岖并存的地形特征,提出了一种小型轮/履变结构移动机器人,兼具有轮式移动机器人的快速移动性和履带式机器人的高越障性的优点. 机器人主要由控制箱单元、两个相同的轮/履变结构行走单元和尾支杆单元组成. 本文旨在介绍机器人的系统构成和行走单元的关键机构设计——行走轮定位、四连杆变换机构及可伸缩履带,分析对台阶、楼梯类地形的越障性能. 实验结果表明:机器人采用的行走轮定位方法可靠,四连杆机构及可伸缩履带能够快速完成轮/履切换,对于台阶、楼梯典型地形具有高通过性,从而为轮/履复合机构技术实施途径和新的行走机理研究打下基础.      

基于姿态的多关节履带机器人越障控制

为提高机器人在楼梯、台阶等典型障碍环境中的自主越障的实用性,以检测机器人自身姿态而非环境尺寸作为越障控制的基本依据,设计了多关节履带机器人的各种自主越障控制方法.即首先以AHRS(姿态航向参考系统)所测得机器人姿态作为重要反馈量,采用稳定锥方法实时判定机器人越障过程中的倾翻稳定性,通过实验验证了该方法的有效性;在此基础上以机器人姿态为反馈,并结合机器人关节位置和驱动电流,设计了典型障碍下的自主越障控制动作规划,实际环境测试表明此越障控制方法具有对障碍具体尺寸依赖性小,实用性强的特点.     

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。     

变位四履带足机器人行走机构的越障性能研究

对自行研制的变位四履带足机器人行走机构的越障性能进行分析，并与普通双履带行走机构的越障性能进行比较，证实了此行走机构在越障性能上的优越性。     

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.     

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。     

基于井下环境的搜救机器人运动系统研究

本研究面向煤矿井下事故后非结构化的极端环境,提出了一种多节履带式搜索机器人。通过对机器人工作环境进行分析,建立了井下搜索机器人履带-地面模型,提出了能在复杂非结构环境下灵活越障的机器人整体构型,设计了具有高机动性的行走机构和关节模块,采用仿真软件MATLAB进行了仿真,为建立实用化的系统工程样机并完成工程试验验证提供依据。     

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。     

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.     

关节式移动机器人自主越障中基于模糊神经网络的障碍识别方法

提出了一种关节式移动机器人自主超障时的障碍识别方法，该方法利用模糊神经网络对障碍物进行识别，确定障碍的类型和特征，并以此来控制移动机器人越障和避障时的行进速度和摆臂的动作，开发了在未知环境中障碍物辨识的模糊神经网络系统。实验证明，该方法是可行有效的。     

自主越障时关节轮式移动机器人的姿态设定

研究了关节轮式移动机器人自主跨越奇异地形障碍时初始姿态和越障姿态的设定问题,采用反向控制策略是克服由于地形几何中奇异性变化和参数不确定性所带来规划困难的有效方法,反射控制的关键是有效的实时环境感知和对感知信息的实时有效响应,而实时感知和实时响应的关键是对紧要地形（眼前）的感知和相应合理的响应,合理设定初始姿态可以使关节轮式移动机器人能够感知“眼前”地形的奇异变化,也就是能够感知四轮载体不包容的地形,而正确的越障姿态是关节轮式移动机器人对“眼前”地形的奇异性变化所做合理响应的姿态。     

真空气吸附壁面行走机器人动态路径规划

研究用于真空吸附壁面行走机器人的动态路径规划，提出全局范围内已知障碍避碰的膨胀法和局部区域随机故障避撞的人造热场法，该机器人系统根据环境信息对路径实时生成与控制，增加系统的稳定性和环境的适应性，同时针对壁面走行机器人的作业特点，又引入区域充满运行的概念及方法。     

基于3D激光点云的移动机器人行驶环境描述

针对移动机器人在复杂环境中的自主导航行驶问题,提出了一种基于3D激光点云数据的行驶环境描述方法. 在对点云数据进行球、柱坐标转换的基础上,构建机器人环境感知圆柱,根据3D激光雷达的扫描序列,提取点云径、切向坡度特征,结合机器人的运动特性,分析行驶环境的可通行性,提取候选道路点云. 复杂行驶环境下的实验结果证明了此方法能够使机器人准确地对环境进行认知.     

移动机器人自主越障反应控制行为组合方法

介绍了关节式移动机器人运动系统的元(基本)行为,提出了用模糊逻辑组合方法将原子行为(动作)组合生成高层复杂行为的行为模糊逻辑组合方法;描述了模糊逻辑组合方法组合生成的移动机器人自主越障行为.通过凸台、凹坑和楼梯等典型障碍的越障实验证明,该方法所生成的行为控制自主越障动作协调性好,具有较高的实时性、快速性和可靠性.解决了关节式移动机器人在城区和建筑内运动的越障稳定性和移动性问题.     

基于模糊控制的移动机器人的路径规划

提出了一种在未知环境下移动机器人路径规划算法－模糊控制算法,并对此算法进行了推导与仿真。仿真结果表明,此算法鲁棒性强,可消除传统算法中存在的对移动机器人的定位精度敏感,对环境信息依赖性强等缺点,使移动机器人小车的行为表现出很好的一致性、连续性和稳定性。     

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。     

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。