高空爬行机器人的控制系统的设计

设计了一台沿桅杆或绳索爬行的机器人,介绍了该机器人的组成及其功能,对该机器人进行控制系统的设计,该机器人可携带检测装置对桅杆或绳索进行巡检作业.     

一种步行机器人的机械机构设计研究

文章以一种步行机器人机械机构的设计研究为背景,对步行机器人的机构设计问题进行了探讨分析。该步行机器人由单相电机进行驱动,采用齿轮传达机构和步行机构使其实现稳定的静态步行。通过对该机器人的仿真研究,结果表明该步行机器人能够实现设计时所期望的运动轨迹。     

1R2T绳索牵引骨盆康复机器人动力学

运用影响系数方法对1R2T绳索牵引骨盆康复机器人的运动学进行了分析,得出骨盆运动与绳索运动的映射关系,通过Matlab对骨盆步态中期望轨迹进行仿真,得到各根绳索加速度变化曲线;基于机器人力螺旋平衡方程,并利用牛顿欧拉法和达朗伯原理建立了机器人动力学模型.运用仿真方法对机器人逆动力学特性进行分析,得出绳索最小拉力阈值的设置对各根绳索拉力变化规律具有影响的结论.运用Matlab和Adams建立了机器人动力学模型,分别对是否考虑绳索刚度两种不同情况进行了联合仿真,结果证明所建模型的正确性,同时得出绳索最小拉力阈值和绳索刚度对系统运动性能的影响规律.     

双Schatz机构爬行机器人

以经典的Schatz机构为基础单元提出了一种新概念爬行移动机器人.基于Schatz机构的结构特点与运动分析,提出将两个Schatz机构组合成移动机器人的构型方案,对杆件的外形及电机的安装位置进行设计.通过分析将其置于平面内的移动机理,提出通过控制两个电机的相位差来控制其移动的控制方案,使用动力学仿真软件建立虚拟样机在设定的场地内进行仿真实验,探索移动规律.基于移动规律验证控制其移动的控制方案的可行性,进而研究控制机器人完成定点运动的控制策略,通过实验验证了设计制作样机理论分析及研究的正确性.     

越障机器人的设计与研究

系统地阐述了越障机器人的机构设计思想及运动原理；分析和探讨了遥控控制手段，控制电路及控制策略，该机器人机构设计巧妙，采用航模比例遥控器和PLC电路进行控制，具有结构紧凑可靠，操作简单，运动灵活等特点，在实践中得到了良好的验证。     

绳驱动并联吊装机器人绳索张力优化

将绳驱动并联机器人应用于吊装领域,对运动学正解模型和绳索张力优化算法进行深入研究。首先,确定该吊装机器人为冗余约束绳驱动并联机器人,建立机器人的运动学和动力学模型。其次,针对冗余约束绳驱动并联机器人的绳索张力不唯一、不连续问题,分别运用张紧力方法、非线性规划方法和改进二次规划方法对绳索张力进行优化,确定出最佳的张力优化算法。在此基础上,进一步求得此类型绳驱动并联机器人的工作空间。最后,通过MATLAB进行仿真验证。仿真结果表明,相比于另外两种方法,采用改进二次规划方法求解的绳索张力优化解在张力上限和张力下限之间光滑连续变化,说明改进二次规划方法求解绳索张力的合理性和连续性。     

绳驱动并联清洗机器人绳索张力优化

将绳驱动并联机器人应用至外墙清洗领域，并对清洗机器人的动力学建模及张力优化进行深入研究。首先，确定机器人的构型为完全约束绳驱动并联机器人，并建立了考虑绳索弹性的动力学模型；其次，针对该类型绳驱动并联机器人绳张力解不唯一问题，提出将相关力改进的最小方差作为优化目标对绳索张力进行优化。最后，通过Simulink-Adams进行联合仿真验证。结果表明，优化后的绳索张力光滑连续变化。系统开环的情况下，圆形轨迹最大误差均值为0.071 m，终点误差均值为5.15 mm；直线轨迹最大误差均值为9.25 mm，终点误差均值为3.5 mm。解决了完全约束绳驱动并联机器人绳索张力不唯一、不连续问题，并为控制策略研究提供理论依据。     

新型三臂巡线机器人机构设计及运动分析

为了增强机器人的越障能力,简化机械结构,减小越障时的电机负荷,设计了一种新型结构的三臂巡线机器人.该机器人采用双平行四边形桁架构型实现三臂的位姿调整运动,机构重心可调以减小桁架控制电机的负荷,各臂末端设置夹线轮以增强机器人跨越引流线障碍的能力.巡线机器人调整形态越障时,因机构重心偏移会引起机器人整体绕线缆偏转,属于基座浮动式机器人.根据机器人重力平衡条件构造优化目标函数,以基座浮动角度作为搜索变量,将基座浮动式机器人的运动分析问题转化为一维优化问题进行求解,仿真实验验证了算法的有效性.原型样机在实验室环境下完成了线上行走和越障实验,验证了机构的可行性.     

基于绳牵引并联机构的上肢康复机器人设计

人类的上肢为生活提供了诸多便利,健康的上肢是高质量生活的保证。上肢如果出现运动功能障碍就需要接受康复治疗。为了减轻康复师的工作强度,同时增强治疗效果,需要利用康复机器人代替康复师来进行康复训练。通过分析肘、肩关节的运动特性和规律,基于三自由度的冗余绳牵引并联机构设计了一款面向上肢康复的机器人。该机器人由定位模块和连接模块组成,可对不同尺寸的上肢进行主动和被动康复训练。由于机器人结构简单、易于装配、制造成本低,更容易被用户所接受。在结构设计完成后对该上肢康复机器人进行了运动学建模,同时进行了机器人奇异性的分析,为后续运动控制的研究做准备。最后,考虑到机器人的力传递性能和体积大小,采用多目标优化的方式对机器人进行了优化设计。仿真结果表明,优化设计有效地提升了机器人的相关性能。研究结果可为绳牵引并联机构在上肢康复机器人设计中的应用提供理论参考。     

球形机器人水下系泊状态水流干扰运动分析

为了使球形机器人能在复杂水域安全工作和利用能量,对其锚定状态下受水流干扰的运动规律进行分析.首先针对机器人的形体结构特点,应用线性波理论和Morision方程对流体载荷进行描述,并以机器人锚定系统方程为基础,引入波浪水动力、重摆扰动力和绳索弹性力项,建立了球形水下机器人锚定状态波流联合激励的动力学模型.然后在搭建的虚拟仿真验证系统中对机器人的位移、绳索拉力和重摆摆角进行仿真和验证,总结出绳索锚定角和拉力随流速增加呈非线性变化规律及机器人在波浪幅值影响下的波动特性,结合绳索张紧和松弛状态交替现象分析绳索拉力和重摆摆角异常波动原因.研究结果为球形机器人对流体波浪能的吸收和转化提供理论基础.     

绳驱动并联机器人绳索拉力及工作空间求解方法研究

绳驱动并联机器人的驱动冗余性导致绳索拉力的求解复杂性、工作空间成为系统的重要指标。文中建立了机器人系统静力学和动力学的统一模型,对绳索拉力求解优化算法以及工作空间求解方法进行研究,通过MATLAB仿真求得了4根绳驱动康复机器人系统驱动绳索拉力和工作空间,验证了绳驱动并联机器人绳索拉力优化求解方法和工作空间计算方法的正确性。     

斜井提升钢丝绳磨损机理分析

以某矿斜井串车提升用报废钢丝绳为研究对象,通过分析试样宏观形貌、扫描电镜照片以及油垢试样磨粒成分可知,钢丝绳外层钢丝的宏观磨损面由钢丝绳与滚筒、天轮、地辊之间的相互挤压、摩擦所致,是黏着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损及疲劳磨损综合作用的结果.股间、股内钢丝的磨损机理与钢丝绳的润滑状态、外界杂质侵入程度、载荷性质等密切相关.既有黏着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损等典型磨损现象,也有在腐蚀介质以及交变载荷共同作用下而产生的复合磨损.     

基于自抗扰理论的桅杆式起重机定位与消摆控制

桅杆式起重机在吊运的过程中负载产生的摆动问题会影响工作效率,严重时会造成一定的安全事故。为此,设计一种自抗扰控制器在保证负载快速精准定位的前提下,抑制负载摆角。首先,对桅杆式起重机进行动力学分析,建立系统的空间三维动力学方程;然后,针对桅杆式起重机的非线性和欠驱动特性设计自抗扰消摆控制器,实现旋转和俯仰运动机构的精准定位和有效消摆,从而为实际应用吊运过程中节省了大量的时间。最后,通过分别设置不同的绳长值以及与其它控制方法仿真结果对比分析可知,该控制器对桅杆式起重机负载的摆角值有着很好的抑制效果,并具有较强的鲁棒性。     

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.     

Design and implementation of a modular self-reconfigurable robot

A novel modular self-reconfigurable robot called UBot is presented.This robot consists of severalstandard modules.The module is cubic structure based on double rotational DOF,and has four connect-ing surfaces that can connect to adjacent modules.A hook-type mechanism is designed,which can quick-ly and reliably connect to or disconnect from adjacent module.This mechanism is self-locking after con-nected,and energy-saving.To achieve small overall size and mass,compact mechanical structures andelectrical s...     

中国天眼馈源支撑缆索检测机器人设计

中国天眼,即五百米口径球面射电望远镜,简称FAST,是中国的重大科技基础设施。而馈源支撑系统是FAST中对馈源舱进行高精度位姿调节的重要部件。为保障FAST的正常运行,必须定期开展馈源支撑系统的安全检测。为此,需要设计能够自主进行馈源支撑缆索缺陷检测的机器人系统。本文针对机器人在FAST馈源支撑缆索上的工作环境,设计机器人总体方案。根据缆索上障碍多的特点,将检测机器人设计为底部开口、多轮抱索、多节串联形式;根据缆索长、陡的特点,确定两端卷扬机牵引驱动为主、轮驱为辅的驱动形式。依据总体设计方案,分别开展机器人各部分的详细结构设计,保障机器人能够可靠地沿缆索运动与避障;设计主动调整、弹性适应的连接机构实现各节机器人之间连接与相对位置调整。最后,进行机器人整机样机运行实验。实验结果表明,机器人能够稳定地在缆索上运动及避障,验证了所设计的机器人系统沿FAST缆索检测所需的运动能力。     

用于肠道检查的微小型蠕动机器人

基于蚯蚓运动原理研制了一种用于肠道检查的新型微小机器人，它采用步进电机作为驱动源，驱动力大，易于控制．介绍了该机器人的机体构造和运动原理，建立了力学模型并作了相应分析，详细阐述了系统的控制组成和软件设计，讨论了在不同材质、不同倾角管道内的驱动性能试验．结果表明：该微小型机器人运行可靠、平稳，有一定的爬坡能力．该研究为肠道检查机器人系统的实际应用奠定了基础．     

缆索机器人导向支撑机构动力学仿真研究

利用机械动力学分析软件ADAMS建立了气动式缆索机器人导向支撑机构的仿真模型,并得到了缆索机器人作业姿态角、支撑刚度、预紧力、支撑轮尺寸等因素对机器人本体作业偏移量的影响关系,为机器人设计参数的合理确定及优化设计奠定了基础.     

超大伸缩比机械臂结构设计及其刚度优化方法

定期清理灰库内壁板结干灰已成为保障火电厂机组安全运营的重要措施。针对现有灰库清理机器人普遍存在的清理区间局限、整机刚度不足等突出问题,通过引入基于绳排的同步伸缩驱动机构,融合轻量化高刚度的多节箱式臂体及柔性周向回转关节,创新设计出一款基于超大伸缩比机械臂的灰库全域面清理机器人。在此基础上,通过深入力学分析建立伸缩臂力学模型并提出刚度条件。利用迭代法对伸缩臂截面参数进行优化,获得不同情况下最优截面参数。仿真实验表明经刚度优化后的伸缩臂整体刚度良好,满足灰库清理机器人长期作业要求。