流固耦合式管道检测机器人自主发电系统

为了给管道检测机器人的电气工作装置提供充足的电能,该文提出一种利用管道内天然气流体动能的管道检测机器人自主发电系统,推导出了各个环节的工作原理方程。利用管道内天然气的流体速度动力冲击机器人尾部叶轮,以及泄流前后的流体速度差,将流体动能转换为发电机的电能。通过对管道检测机器人速度控制装置的泄流状态的分析,建立了受控速度方程;在控制速度条件下,得出了叶轮机叶片的受力方程,并给出了单位时间内管道内流体扫过叶轮机的动能与泄流前后流体速度差的关系方程,并进一步导出了流体动能转化为电能的方程。针对管道内天然气流体速度随时间不规则变化的影响因素,采用了叶轮机最大功率捕获控制策略使自主发电系统的能量转换效率达到最大。对提出的管道检测机器人自主发电系统进行了流体的流固耦合仿真和电气的Matlab仿真。仿真结果表明:该流固耦合式管道检测机器人自主发电系统的工作原理可行,叶轮机额定输出功率在80W左右,而管道检测机器人的用电功率在30W左右,该自主发电系统可满足管道检测机器人系统的供电要求。     

基于PMAC的管道缺陷检测机器人控制系统的设计

本文设计的管道缺陷检测机器人的控制系统,采用PC机和PMAC运动控制卡组合的控制模式.PC机控制云台的转动,实现管道缺陷图像的采集;PMAC控制机器人本体的运动.实验证明,该控制系统能够对管道缺陷检测机器人进行精确控制,使之准确检测到管道的缺陷.     

一种可视化管道检测机器人系统的设计

管道作为城市的"生命线",维护检修是管道维护人员的日常工作。为提高管道维护便利性,降低维护成本,本文设计一个基于视频采集技术的管道检测机器人系统,做到管道检测的可视化。系统物理上分为管道检测机器人、远程操作器两大部分。管道检测机器人内置控制器用于驱动电机,实现对机器人的运动控制;通过摄像头视频采集后以无线网络方式回传到远程操作器,在液晶屏上实时显示视频;在远程操作器上可对视频进行录像、抓图、文件导出、也可控制机器人的运动方向、摄像头的转动方向等。     

自动避障三轮管道机器人设计

管道机器人作为一种有效的探测设备,可以深入人类无法到达的狭小空间内执行勘查任务。轮式机器人具有结构简单、运动连续平稳、速度快、可靠性高等诸多优点,因此开发了基于STC系列单片机的三轮轮式结构管道机器人。应用红外传感器电路实现有效避障功能;加入角度传感器模块,确保机器人可以在管道最底端平稳行进;采用脉宽调制技术驱动直流电机,通过改变占空比来控制机器人运动。设计的轮式管道机器人实物具有体积小、可裁剪性强、便捷等特点,能够完成管道内探测、数据收集等功能。     

面向电厂管道的攀爬机器人运动规划与仿真

针对电厂管道检测作业,围绕多屏平行管道环境中直管、管间和管屏间的攀爬作业需求,设计一种5自由度攀爬机器人,并进行运动规划分析。首先,分析运动需求,确定攀爬机器人的构型;其次,针对直管攀爬、管间过渡和管屏过渡的攀爬运动进行规划,提出3种步态;之后,采用基于D-H法建立的机器人运动学模型,采用逆运动学求解对应位姿点的关节角度;再通过5次多项式插值得到角度-时间序列;最后,采用ADAMS虚拟样机技术进行仿真,分析攀爬过程中的能耗及各关节的受力情况。研究结果表明:所规划的步态能够满足运动需求;直管攀爬中随着步距由50 mm增大至150 mm,机器人最大转矩增加17.76%,总能耗降低39.94%,在保证关节转矩足够的情况下可通过增大步距以降低能耗;各工况中,管间过渡的旋转关节与管屏过渡的夹持手爪所需力矩最大,在步态优化与样机设计时需重点校核。     

叶片圆盘泵固液两相流动规律数值模拟

为研究叶片圆盘泵内流动规律,将叶片圆盘泵叶轮分为无叶区和叶片区,采用多重参考坐标系法模拟叶轮在泵体内的转动.采用Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,利用Fluent软件对叶片圆盘泵内固液两相湍流进行数值模拟.在水力性能试验验证的基础上,得到叶轮无叶区和叶片区内压力和速度变化规律,以及固相体积分数分布规律.结果表明:旋流是叶轮无叶区内主要流动方式,无叶区内较大部分是低压区,存在叶片区高能流体流向无叶区的轴向流动;固相颗粒大部分集中于无叶区,叶片区颗粒浓度最高是在叶轮出口叶片工作面靠近无叶区处.分析认为大部分固体颗粒直接从无叶区排出而不经过叶轮叶片区是叶片圆盘泵具有良好固相通流能力而又对叶轮磨损较小的原因.     

自适应支撑式管道检测机器人的通过性设计

针对电力和石油天然气领域中直径为250～350mm管道的检测需求,设计自适应支撑式管道检测机器人,研究其在无障碍弯管与环形台阶障碍管环境下的管道通过性。首先分析管道特点,结合丝杠螺母和弹簧机构设计具有变径自适应能力的机器人行走机构;其次,建立机器人弯管运动学模型及环形台阶障碍动力学模型,进行管内运动的几何约束分析、速度协调分析和动力学分析;然后,在ADAMS中建立虚拟样机仿真平台,对机器人在弯管和环形台阶处的通过性进行仿真研究;最后,搭建机器人管道通过性试验平台进行实验验证。研究结果表明:在无障碍管和障碍管环境下,机器人运行平稳,能顺利通过;在通过弯管时,采用速度协调模型,可减少电机力矩和降低能量消耗;在跨越环形台阶障碍时,机器人电机力矩随台阶高度增大而增加,可通过不高于15 mm的环形台阶障碍。     

多功能两栖生物型子母机器人系统研究

 对于水陆两栖及其过渡环境中狭小空间内的勘测,微小型水陆两栖机器人能够完成许多单一推进方式的机器人所无法完成的两栖任务,如水下管道的检测、珊瑚礁内鱼类的监测、水下岩缝中矿物采样等,因此需要一种能够具有微型结构、多功能运动模式、高位置精度、长续航时间等特点的机器人,以适应复杂两栖环境。提出一种两栖子母机器人设计方案。其中,两栖母机器人采用腿-矢量化喷水两栖推进,利用一套驱动系统实现两栖运动,以降低机构和控制的复杂度,增大其负载能力。两栖推进机构和机器人外形可以根据介质环境以及任务特点的改变,进行主动的形态与结构变化。微型子机器人由人工智能驱动器驱动,可以实现游行、爬行、转动、上浮/下潜、抓取等动作。母机器人和子机器人之间通过智能软缆线连接,实现子母机器人之间的通信及子机器人的回收。     

软体机器人驱动方式

<正>选择合适的驱动方式是软体机器人研究中的一项重要课题。因其材质与结构的特殊性,软体机器人对驱动方式的选择也有着更高的要求。流体驱动:利用气、液等流体,通过其变形结构使软体机器人内部腔体收缩、膨胀,达到受控变形和运动的目标。美国哈佛大学仿生机器人实验室研发的软体机器人Octobot是世界上首个全软体机器人,其基体由3D打印技术制造而成,采用气动驱动的方式,通过化学反应产生大量气体,借助压强变化实现爬、游泳等基本活动并与外界环     

管内检测机器人在水平直管内运动的数值研究

采用计算流体力学和动网格技术,数值模拟了单节管内检测机器人在水平直管内从静止到匀速运动这一过程,得到了这一运动过程中机器人的运动规律.计算中将机器人作为运动边界,其受力由当前流场信息来获得,再根据受力来计算机器人的运动速度和前进距离,因边界运动而变化的计算区域根据新的边界条件用弹性变形和网格局部重构技术来更新.不同质量机器人在不同摩擦力下运动规律的计算结果表明,质量只影响机器人达到稳定运动的时间,而摩擦力会影响机器人的稳定运动速度和达到稳定运动的时间.计算结果与实验结果比较吻合,说明动网格技术模拟机器人的运动过程可以为机器人的外形设计、速度控制研究以及操作运行提供参考.     

Noninvasive method to drive medical micro-robots

A noninvasive method to drive medical micro-robots into endocoeles has been proposed and a kind of medical micro robot driven by the method has been designed. The robot has a spirally grooved impeller. When the spirally grooved impeller rotates, a hydrodynamic film between the robot and endocoeles is formed because of mucus existence in endocoeles. The generated axial thrust force of the impeller can drive robots to move. Because the hydrodynamic film is formed when the robot moves in endocoeles, injury may be prevented, so it can alleviate or avoid pain of sufferers. The generated axial thrust force of the impeller has been estimated according to the hydrodynamic lubrication theory and has been confirmed by experiments.     

竞赛用投篮自动机器人机构运动分析

为参加全国大学生机器人电视大赛，研制了投篮自动机器人。根据机器人的工作任务和环境，确定了投篮自动机器人的主要技术指标，对机器人在投球过程中机械臂的运动做了分析计算，并对完成投球动作的随机事件做了概率分析，为机器人的设计及控制系统的设计提供了依据。     

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.     

基于ZMP双足机器人稳定性控制策略与算法的研究

基于ZMP控制理论及其数学模型,通过预先给定双足机器人步态的运动轨迹,计算确定各关节的旋转角度并选定控制系统的控制算法.对遗传算法在双足机器人步行稳定性控制策略做了分析,主要解决如何产生稳定控制机器人步态的数据,在步态运行过程中保证双足机器人从一个稳定态到下一个状态时,同样也是稳定的,以实现机器人在实际行走过程中达到较好的稳定效果.ZMP     

骨科手术机器人技术发展及临床应用

 骨科手术机器人是推动精准、微创骨科手术发展的核心智能化装备,是骨科手术发展的趋势,已成为国际研究热点。本文介绍了骨科手术机器人的发展历程及国内外典型的骨科手术产品,重点介绍自主研发的天玑骨科手术机器人的研发历程及技术优势。天玑骨科手术机器人是国际首台通用型骨科手术机器人产品,可完成包括四肢、骨盆及髋臼创伤,脊柱退行性疾病在内的的多种骨科手术,定位精度及性能指标达国际领先水平,获中国医疗外科机器人Ⅲ器械注册证。同时,对骨科手术机器人的发展趋势进行了预测及分析。     

离心泵叶轮回转S1流面流函数方程的理论研究

根据离心泵叶轮Ｓ１流面的流体运动方程,推导了间接边界元法所需的流函数方程,它适用于不可压理想流体的绝对流动有旋或无旋流动．利用分离变量法从中分离出特解和通解．特解主要受流体的预旋、叶轮理论流量、叶轮旋转、流面形状和厚度的影响,通解主要受叶片形状的影响．     

肠道机器人无线电能传输装置的研制

无线供能技术的突破促进了医疗、军事、航空航天、便携式通信设备等领域的发展.本文通过运用电磁感应原理,设计了基于ICPT无线供能技术的肠道机器人无线电能传输装置.通过智能感应终端与充电线圈的耦合,自动校准线圈位置,提高了无线电能传输的效率,最终实现了对肠道机器人的高效无线充电.由于可以对肠道机器人进行无线充电,肠道机器人自身携带电池容量可减小到原来的三分之一,肠道机器人体积相应缩小,减小了由于机器人体积过大对肠道造成的损伤,增加了安全性,此充电方法可以保证肠道机器人作业电能需求.本文还证明了运用电磁感应原理无线传能的可行性、列举了此方法在其它领域的典型应用.     

机器人运动分析和动力学建模的一种简明方法

文章提出并讨论了一种利用旋转矩阵的导数矩阵分析机器人运动和推导机器人动力学模型的方法，文中推证的一组刚体旋转矩阵与角速度矢的关系式是该方法的基础，所提方法在文中的运用表明，它可以取代以往过于繁琐的图解法和递推法，成为一种简明有效的机器人运动分析和动力学建模方法，作为该法运用结果，文中分别给出了ｎ自由度机器人雅可比矩阵和动力学模型的一种简明封闭式，这里的方法可作为一般刚体运动分析和动力学建模理论的补     

清洗机器人样机操作臂结构参数优化

高层建筑清洗机器人是应用于高层建筑外墙清洗作业的一种特殊作业机器人。本文以样机为原型，通过理论分析与计算机仿真，对其进行了旨在改善偏重力矩的结构优化。不但使结构更趋于合理化，而且保证了操作性能良好。本文对该机器人的产业化研究有直接的指导作用，而且为其它机器人的优化提供了有益的借鉴。     

微小型多机器人自重构的红外定位及对接方法

研究了Millibot类型自重构机器人的红外定位及对接方法. 在该方法中,设定一个静止的信标机器人,移动机器人利用红外传感器定位,安装在移动机器人前端连接件上的两个红外传感器分别在步进电机的驱动下旋转,它们发出的红外光分别被信标机器人后端连接件上的两个反射体反射回来. 利用此时得到的步进电机旋转角度参数,通过三角法就能计算出移动机器人与信标机器人的相对位置,进而规划出移动机器人的对接过程和运动轨迹. 移动机器人沿着该轨迹行走就能实现与信标机器人的对接. 给出了自重构机器人的原理样机,并用试验验证了该方法的有效性.