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.     

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。     

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.     

任务型履带单兵机器人系统设计与越障性能分析

军事用途机器人的应用很大程度上降低了士兵及工作人员作业的危险性,针对当前单兵机器人普遍具有的结构复杂、携带不便等问题,设计并研制了一种便于携带的任务型单兵机器人,其轻质、灵活的特点可快速响应侦察、排爆、采样等任务的需要。为分析机器人的越障机理并提高越障性能,通过建立质心运动学模型,对机械臂俯仰角、机器人俯仰角与凸台越障最大高度进行理论分析,并通过仿真实验得到了机械臂不同姿态下机器人越障的质心位置变化曲线以及对应的驱动转矩曲线,以此确定了最佳越障姿态,最终通过实物实验验证了结构设计的合理性及理论分析的正确性。为后续单兵机器人的发展和移动机器人越障性能的改善提供参考。     

一种复杂环境高机动性轮式移动平台

移动机器人在星球探测,户外侦查,灾难搜救,以及军事等领域有着广阔的应用前景。为了设计一款能代替人类在复杂环境进行作业的小型高速移动机器人,侧重于横向非结构地形,提出了一种拥有被动悬架的轮式移动平台,对其结构进行了三维建模,对越障结构和减震系统进行了力学计算,为评估其越障性能进行了动力学仿真,为其动力系统和控制系统进行了选型和配置,组装一代样机并进行了实验。实验结果表明该样机能够较好地适应横向地形。     

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.      

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.     

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。     

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.     

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。     

A control structure for the autonomous locomotion on rough terrain with a hexapod robot

A motion control structure used for autonomous walking on uneven terrain with a hexapod biomimetic robot is proposed based on function-behavior-integration.In the gait planning level, a set of local rules operating between adjacent legs were put forward and the theory of finite state machine was employed to model them; further, a distributed network of local rules was constructed to adaptively adjust the fluctuation of inter-leg phase sequence.While in the leg-end trajectory planning level, combined polynomial curve was adopted to generate foot trajectory, which could realize real-time control of robot posture and accommodation to terrain conditions.In the simulation experiments, adaptive regulation of inter-leg phase sequence, omnidirectional locomotion and ground accommodation were realized, moreover, statically stable free gait was obtained simultaneously, which provided hexapod robot with the capability of walking on slightly irregular terrain reliably and expeditiously.     

移动机器人未知环境自主探测的一种高效算法

针对未知环境中移动机器人自主探测的效率问题,提出了一种拓扑结合几何的自主探测算法.以保证机器人安全为前提,在拓扑和几何两个层面上选择机器人的观测点,从而达到提高探测效率的目的.为了对观测点进行评估,提出了一种新颖的路径规划高效算法.仿真实验结果表明,该算法不仅显著提高了未知环境下机器人自主探测的效率,而且具有很高的计算实时性.     

自主式移动机器人多任务的实现

如何提高自主式移动机器人对各种传感器信息的并发处理能力是一个关键技术问题.在机器人自身有限负重能力情况下,通过内嵌操作系统方式,借助操作系统多任务处理机制实现处理并发传感器信息成为一种可行方案.本文以一种轮式移动机器人作为控制平台,研究自主式移动机器人的多任务控制的实现.     

一种带有实时视觉特征学习的自主发育机器人探索

能根据实时的环境如人一样进行自主发育学习是近年刚刚提出的、根据生物和认知的原理的一个新思想,因提出的方法复杂度高,所需的机器人平台的要求也比较高,在研究了增量获取特征和自主发育算法的基础上,把视觉特征抽取和自主发育结合在一起,通过一定的简化,形成能在简单的平台上实现的简化系统．经实验模拟证实该系统能够实时抽取视频图像的特征并实现移动机器人对环境的主动辨别和认知．     

基于CPLD的移动机器人导航系统设计

目前,自主行走机器人在众多领域发挥了越来越重要的作用。如在救援应用中,自主行走机器人能够深入到人类难以到达的地方获得很有价值的信息,从而为救援工作提供极大的帮助,挽救人的生命和财产。本文以救援机器人在为基础,设计了一种基于单片机的超声相控阵导盲避障系统,主要介绍系统的架构和超声相控阵导盲的实现方法。系统的主控芯片采用STM32,利用CPLD实现相控阵信号在空间的聚焦。该设计能够对地形进行简单探测,得出移动机器人可以通过的通道。该导航避障系统性能稳定,成本低,易于实现。     

复杂环境中基于圆弧区域分解的局部路径规划

该文根据轮式车的运动学特点,针对机器人导航中安全性问题以及算法实时性要求,提出了基于圆弧的区域分解方法.在此基础上引入了对区域安全性的模糊子集描述,建立了代价函数,得到了符合轮式车运动学特点的局部路径.在实际系统中的运行结果表明,该算法能很好地满足复杂环境下机器人自主导航的局部路径规划要求.     

一种自主移动机器人智能导航控制系统设计

提出一种实用的自主移动机器人智能导航控制方案,以研制的模型样机HN-9为例,阐述了其具体实现技术.机器人采用扫描式超声波实现作业环境的探测,基于码盘和电子罗盘的组合导航子系统实现定位估计,利用模糊决策子系统产生反应式智能导航控制行为.仿真实验及模型样机的实际运行效果验证了该系统构成的可行性.这种模块化的低成本设计方案便于在移动机器人的嵌入式控制系统上实现,便于对已有移动机器人系统进行改造以实现自主导航功能,用以提高操作机动性与可靠性.     

基于自适应模糊神经网络的机器人路径规划方法

为了解决传统反应式导航中的复杂陷阱问题,优化导航控制,减少计算复杂度,提出了基于自适应模糊神经网络的机器人导航控制及改进型虚目标路径规划方法.首先根据移动机器人运动学模型,融合神经网络的自主学习功能与模糊控制的模糊推理能力,提出了基于自适应模糊神经网络的机器人导航控制器,将生成的Takagi-Sugeno型模糊推理系统作为机器人局部反应控制的参考模型.该自适应模糊神经网络控制器实时输出扰动角度,在线调整移动机器人的预瞄准方向,使移动机器人能够无碰撞趋向目标.然后,提出了一种改进型虚目标方法,优先选择机器人可能逃脱陷阱状态的路径,简化了设计难度,改变了虚目标切换方式,避免了大量复杂计算.实验结果表明,提出的方法可以帮助机器人在全局信息未知的复杂环境中导航,在趋近目标点的过程中能有效避障,无冗余路径产生,且轨迹平滑.