声屏障巡检机器人本体结构及动力学分析

针对目前声屏障人工巡检存在的效率低、难度大等问题,提出了一种新型声屏障巡检机器人结构.对巡检机器人结构的静力学分析,得到巡检机器人满足结构设计要求.对巡检机器人进行动力学分析,得到驱动的基本条件,验证了越障的可行性,结果表明,该巡检机器人有两组行进装置,交替越障可以实现翻越声屏障立柱而连续行进.通过控制气缸的伸缩,可以改变关节杆串联后的状态,来适应声屏障的不同形状.机器大越障前进性能好,能达到预定的巡检设计要求.     

新型多单元串联巡检机器人机构研究与设计

针对超高压输电线路巡检机器人作业任务需求和输电线路障碍环境特点，提出了一种新型多单元串联的巡检机器人机构，每个单元由两个串联的平行四边形机构组成.根据机器人的越障机理及线路障碍物类型，规划出机器人的4种典型越障模式，给出机器人的主要结构设计参数，分析了典型越障模式下机器人手臂的工作空间.分析结果表明，该机构具备跨越500kV输电线路上典型障碍的能力，多单元串联的巡检机器人机构能够满足爬坡和转向条件下的越障运动需求.     

双臂巡检机器人越障能力分析

研究了手臂固定式、手臂移动式和带柔索式三种类型双臂巡检机器人的越障能力,通过理论分析建立了三种类型双臂巡检机器人相应的越障能力数学模型,在设定基本相同的质量参数和结构参数前提下,计算得到了三种类型巡检机器人在不同线路坡度下的最大越障距离.计算结果表明:带柔索双臂巡检机器人的手臂结构运动更为灵活,机器人越障能力更大,且越障距离可根据障碍物大小自由调节,因此带柔索双臂巡检机器人的结构设计具有明显优势,更易实现机器人轻量化设计.     

履带式防核辐射挖掘机越障过程动力学建模及影响因素研究

根据履带式防核辐射挖掘机结构及参数,构建了攀爬垂直壁和跨越壕沟两种典型越障工况的越障能力计算模型,计算得到其越障能力值分别为555 mm、1 721 mm.运用虚拟样机技术,建立对应工况下的动力学仿真模型,通过仿真获得其攀爬垂直壁和跨越壕沟能力值分别为551 mm、1 625 mm,与理论值相近.对其仿真结果进行分析得到质心位置及行驶速度对越障能力的影响规律:质心前移与上升能提升其攀爬垂直壁、跨越壕沟的能力,质心左右偏移对其越障能力影响微小;低速挡攀爬凸起障碍物时对车体冲击量较小,高速挡能有效提升其跨越壕沟能力.     

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.     

基于降级模糊算法的爬壁机器人避障控制

针对罐体表面作业过程中避障的问题,提出了改进模糊避障控制算法。为保证爬壁机器人能够缩短到达目标点的时间,除爬壁机器人与障碍物距离量外,增加爬壁机器人与目标点的角度量作为输入变量,速度、角速度作为输出量,确定了各参数的论域与隶属度,建立了模糊规则表,采用重心法解模糊化;考虑罐体环境的复杂多变性,提出优雅降级避障控制策略,在探测传感器受扰失灵的情况下仍能够越过障碍物到达目标点。通过与人工势场避障法仿真比较,改进模糊控制法可更有效地避开障碍物,并在探测传感器异常情况下,也能保证爬壁机器人到达目标点,体现了该避障算法的优越性与可靠性。最后进行了爬壁机器人避障实验,验证了该算法的可行性。     

基于双目视觉技术的高压输电线路巡检机器人在线测距

为实现巡检机器人在线测距的实时性和可靠性,对传统测距算法进行改进,提出一种用于高压输电线路巡检机器人视觉导航的双目实时测距算法,左右摄像头相互协作,在左摄像头障碍识别的基础上对线路障碍物进行预设取点,然后通过两摄像头对所取点进行测距,随着机器人前进不断更新障碍物到镜头的距离。实验结果表明:该测距算法具有速度快、精度高和实时性强等优点。     

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.     

Analysis on the crossing obstacle of wheel-track hybrid mobile robot

A novel wheel-track hybrid mobile robot with many movement patterns is designed.According to different environments,it can switch between the pure wheel pattern and the pure track one.Ac-cording to a homogeneous coordinate transformation matrix, gravity stability and its obstacle perform-ance are analyzed.Its gravity equation and climbing obstacle conditions are established.Experimen-tal results show that this hybrid mobile robot could fully possess the advantages of both the wheel and the track mechanisms and achieve a good obstacle climbing capability.     

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。     

输电线巡检机器人动力学建模与DME评价

以新设计的输电线巡检机器人为具体研究对象，采用D-H法推导出机器人的雅可比矩阵；然后建立输电线巡检机器人的Lagrange动力学模型，进而依据机器人动力学模型求得输电线巡检机器人的操作臂惯性矩阵，提出了基于操作臂惯性矩阵所建立的机器人动力学评价指标:动态可操作性椭球(DME:dynamic operability ellipsoid)评价指标；最后结合逆运动学的反解，建立了不同空间轨迹坐标下的动态可操作性衡量指标，获得机器人动力学性能最佳的越障轨迹.通过机器人跨越绝缘子障碍的实验证明了所提动力学评价方法的有效性.     

突发灾害下的输电铁塔应急安全检测机器人的结构设计

针对突发灾害下输电铁塔的损坏情况和目前对输电铁塔进行安全检测的需求,设计了一种突发灾害下的输电铁塔应急安全检测机器人,该机器人由行走越障装置和检测装置两部分组成.主要介绍了机器人的整体机构设计和各个机构的工作原理,并分析了机器人的运动过程.该机器人可以在输电铁塔上自主上下攀爬,遇到障碍物时可自主翻越,检测设备可以对输电铁塔的角钢进行安全检测.通过Pro/E仿真模拟和慧鱼模型制作试验,证实该机器人具有良好的工作性能.     

双履带式巡检机器人翻越圆边凸台的滑移稳定性分析

重点针对工厂的圆边凸台障碍,规划了双履带式巡检机器人翻越圆边凸台的越障动作.将机器人翻越障碍过程视为准静态过程,从静力学角度建立了三个关键阶段的稳定性分析模型,并通过数值模拟仿真分析,得到了机器人翻越过程中的等效支撑力和等效摩擦力与机器人角度之间的关系,为双履带式巡检机器人翻越圆边凸台提供了稳定性分析依据.     

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.      

变电站巡检机器人避障方法研究与应用

为提升变电站巡检机器人的导航避障能力,将深度学习技术应用于变电站场景识别中,提出了一种基于深度卷积神经网络的避障方法.该方法联合图像分类和语义分割两个分支来共同辅助机器人导航避障,分类分支通过获取图像全局信息,保证机器人正确行驶方向;而语义分割支路则根据图像局部信息以及机器人前方目标类别,指导机器人准确避障.实验结果表明,避障方法可以高效地对图像进行分类和分割,同时,在实际变电站环境中,该方法也能为巡检机器人提供有效的避障信息,实现实时自主避障.     

考虑负载时变的线路巡检机器人动态性能分析

巡检机器人进行越障时，受负载时变影响，会出现控制超调、振动等现象.在考虑负载惯量时变特性的情况下，研究了一种用于分析巡检机器人越障状态下动态性能的方法.对双臂线路巡检机器人的回转机构建立了基于双惯量模型的动力学方程，使用改进D-H法与拉格朗日法对机器人建模，具体包括分配坐标系，求解拉格朗日方程，利用惯性矩阵计算负载转动惯量等.通过选择合适的阻尼系数设计了控制器参数，利用阻尼系数与固有角频率的变化分析了机器人的动态性能变化.研究成果有助于对双臂巡检机器人越障时的动态性能进行分析，并可用于机器人的伺服控制参数调试.     

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.     

变电站巡检机器人道路语义分割方法及其应用

为提升变电站巡检机器人对道路场景的识别理解能力,将深度学习技术应用于变电站巡检机器人中,提出了一种适用于变电站道路场景的全卷积语义分割网络。该网络借鉴ENet编码结构提取图像特征,同时融入多种解码结构来获取更多有效特征,恢复图像目标信息。同时,针对巡检机器人以及变电站道路特点,将语义分割结果转化为机器人前方目标信息以及机器人偏离情况信息,辅助机器人导航避障。实验结果表明:所提出的网络有效地提升了图像分割精度,并能较好地适应于实际变电站环境中。研究结果为机器人提供了有效的道路场景信息,辅助机器人导航避障。     

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。     

全方位水平姿态爬楼机器人运动性能分析与特殊问题解决方案

主要介绍了全方位水平姿态爬楼机器人的简要原理,分析和研究了其相关机械性能,通过机器人失稳分析,研究了机器人运动稳定性和可控性计算,通过数学建模来解决旋转楼梯的爬越问题,使用Matlab编程软件计算出机器人越障的可能性,为以后自动控制提供依据和支持。