深海采矿机行星轮式行走机构越障行为

为了适应深海富钴结壳和热液硫化调查区复杂地形多变底质,提出了深海采矿行星轮式行走机构.利用虚功原理建立了行星轮式行走机构越障动力学模型,分析了越障高度的影响因素,按1∶2.25传动比确定行星轮系结构尺寸,利用ADAMS进行双边越障性能分析(垂直障碍高度900mm).行星轮系的结构尺寸、车体质心位置及附着系数对越障高度影响较大;各轮系越障时出现驱动力矩、速度和正压力急增的现象,前轮系的前轮越上障碍后,各参数值趋于平稳,后轮越障时又出现瞬时脉动,但脉动较小,后轮系也有相同的变化趋势,各轮的阻力矩和输出功率与正压力变化趋势相同.行星轮式行走机构可根据地变化在定轴轮系和行星轮系间演变,具有较好的自主越障性能.     

煤矿搜救机器人履带式行走机构性能评价体系

为了探究何种履带式行走机构更加适用于煤矿搜救机器人,采用网络分析法从行走机构行走能力、防爆难易、操控性以及可靠性四个方面对5种常见的履带式行走机构进行性能评价.对5种行走机构的空间通过性、最大越障高度、最大越壕沟宽度和底盘高度进行了理论建模分析,同时提出了驱动电机数量对于防爆难易、操控性以及可靠性影响的数学模型.根据煤矿搜救机器人设计经验以及所推导的理论模型,对5种行走机构采用网络分析法进行了量化评价.最终,评价结果认为角度型行走机构更适于煤矿搜救机器人.基于评价结果,设计了CUMT-V型煤矿搜救机器人行走机构.     

越障机器人行走机构结构设计

高压架空输电线路的巡检大多采用人工巡线、车辆巡线和直升机巡线。这些巡线方式效率低,劳动强度大,还受地理环境、天气状况、作业人员经验和个人素质等因素的影响,有些隐患也不容易被发现,还常常出现漏检和错检。因此,采用巡线机器人来代替人工巡检已成为大势所趋。文章在对现有同类产品进行分析研究的基础上,通过一种新型的越障行走机构——四轮耦合夹持行走机构,实现快速自动地越障。     

陆空两栖侦查机器人结构设计

充分考虑侦查机器人材料、结构和刚度,以及侦查机器人越障、飞行、灵活性、稳定性、安全性等要求,设计了陆空两栖侦查机器人传动方式、行走机构等关键环节。     

四轮救援机器人实验装置虚拟设计与实现

设计了一种四轮救援机器人实验平台，实现了良好的越障性能及较强的适应能力；对驱动系统进行了选型，使用uG进行了虚拟仿真；并进行了实物装配和越障能力的运动分析。     

煤矿履带巡检机器人多体动力学建模及越障仿真

针对煤矿井下底板路面变化多样,履带巡检机器人行走机构行驶动态特性复杂,底板路面对履带行走机构响应较大,表征和模拟履带-底板路面相互作用的行驶特性较困难。特别是台阶型路面,履带行走装置在越障时其机身上仰姿态过高、落地时履带受到的冲击较大。基于履带地面力学理论,通过一定数量的经验常数确定煤矿底板路面参数,采用柔性体多体动力学的有限段模型方法建立履带行走机构虚拟样机模型,完成巡检机器人在水平底板路面及台阶型路面环境下的多体动力学仿真实验,其履带与地面的接触力、履带内部的轴套力及履带变形情况与机器人行驶、越障过程相一致,表明建模方法正确;同时得到巡检机器人在不同底板路面状况下,其滑转及滑移率也会随之发生变化,在水平底板路面其履带滑转率较小,但在越障过程中,履带理论速度与实际速度相差较大,特别是履带刚接触到障碍瞬间、以及机器人刚越过台阶型障碍瞬间可达0.78,研究结果可为履带巡检机器人在煤矿井下的智能控制提供理论依据。     

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.     

履带式双人休闲运动车的研制

为满足人们对休闲娱乐器械的更高需求,设计了一种履带式双人休闲运动车。该履带车由左右履带行走机构和驱动机构、制动系统、驾驶舱平衡滚筒等组成。左右履带行走机构为三角形立体设计;驱动机构的脚踏行走机构通过白适应随动变距传动机构带动左右履带行走机构行走,可保证在通过不平坦道路及上下坡路时,履带行走机构和驱动机构相对变化时的绝对传动距离不变;驾驶舱平衡滚筒独立悬挂在左右履带行走机构上,在坡度变化时能不断自动调整;两侧独立的制动系统设计,具有辅助转向、刹车的功能,单边使用可实现履带车的360°原地调头。试验结果表明,该履带车整车重量89．7kg,最大载重量120kg,最小转弯半径（360°原地调头）1200mm,最高骑行速度7km／h,最大爬坡角度20°,最大越障宽度400mm。     

螺旋驱动式管内机器人越障性能优化设计

受当前管道连接工艺限制,各类管道连接处易形成环形凸台或环形凹槽障碍,因此管内机器人需具备一定的越障能力.相比地面机器人越障,管道内部封闭且受限的空间环境使机器人越障机理更为复杂.针对一类螺旋驱动式管内机器人,为了定量分析其越障运动并获得约束下最优越障性能,分别构建机器人在环形凸台和环形凹槽障碍环境的准静态越障模型,包含螺旋轮越障和从动轮越障两种状态.以机器人牵引能力、驱动电机转矩等为约束条件,构建机器人综合越障性能数学模型,基于指数惯性权重改进粒子群算法优化求解最优越障性能下的决策参数向量.将所提综合越障性能优化方法应用于螺旋轮角差动式管内机器人的设计中.试验结果表明:该机器人能够顺利通过PVC管道内2mm环形凹槽障碍和不锈钢管道内2mm环形凸台障碍,验证了所提方法的有效性.     

微小机械的研究

本文介绍了微小夹持机构和微小行走机构的研究情况，分析了压电驱动式和电磁力驱动式微小夹持器及行走机构的结构和性能。     

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。     

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.     

开放式自主移动机器人系统设计与控制实现

采用面向对象的方法设计了一个自主移动机器人系统--Frontier-I,并将Linux/Unix 下的进程间通信机制应用到系统的设计中.该系统基于Windows操作系统,采用全向视觉,能够实现诸如避障、导航和机器人足球等复杂的任务;在模块化的设计下,系统能够方便地加入新的模块以扩展其功能.     

基于符合控制算法的全向移动平台设计与实现

设计并制作了一款基于麦克纳姆轮的全向移动平台,为保证移动平台的高精度运动和灵活避障,提出了一种复合控制算法。移动平台采用4个麦克纳姆轮为驱动轮并建立了在环境坐标系下的数学模型,采用上、中、下3层分布的电路控制系统,并以二维模糊PID(proportion integral differential)控制器、Bang-Bang算法和提出的避障算法构成复合控制器,实现移动平台在室内灵活避障和高精度运动。研究结果表明:设计的移动平台运动方式灵活,能够在二维环境下保持良好的避障能力和较高的运动精度。     

轮式牵引器支撑调节机构结构优化设计及越障性能

常规井下牵引器设计基于固井套管,其仅适用于光滑井眼,针对凹凸不平的裸眼井则适应性较差,甚至出现无法正常工作的情况.基于此,提出了双推杆-双弹簧支撑调节机构,以期提高轮式牵引器越障性能,扩大轮式牵引器应用范围;并运用运动仿真软件,分别建立了常规支撑调节机构和双推杆-双弹簧支撑调节机构运动学仿真数值模型;对比分析了不同障碍形式对两种支撑调节机构的越障性能的影响规律.结果表明:双推杆-双弹簧支撑调节机构比单推杆支撑调节机构的越障性能更好.可见提出的双推杆-双弹簧支撑调节机构可有效促进牵引器在裸眼井中的进一步研究和应用.     

移动机器人避障路径规划改进人工势场法

针对路径规划中的大型障碍物,机器人、障碍物与目标点三者一线,以及局部最小值等困难问题,提出了相应的改进人工势场算法。针对大型障碍物问题,采用障碍物边界斥力算法改进传统人工势场斥力函数,确保算法的实用性。针对机器人、障碍物与目标点三者在同一条直线时目标不可达问题,应用虚拟子目标引力算法,确保目标点是机器人的势场全局最小点,使得机器人能顺利到达目标点。针对在障碍物环境下的局部最小值问题,采用区域隔离障碍物的方法,使机器人快速走出局部最小值区域。仿真结果验证了改进算法的有效性。     

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.     

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。     

一种基于模糊识别的移动机器人避障算法

设计了一种基于障碍物模糊识别的移动机器人避障方案.移动机器人的视觉导航,具有信息量大的特点,在避障中相对其他传感系统,有一定优势.视觉图像处理计算量大复杂度高,避障中采用模糊控制的思想,减少图像矩阵精确变化和处理,选取障碍物图像中部分边缘点作为特征坐标点,据此设计模糊控制算法识别出障碍物其大致的姿态信息.根据障碍物图像大致姿态信息和其在视觉探测图像区域的方位信息,设定一组虚拟目标点序列,合理规划移动机器人的安全避障路径.最后,仿真试验演示方案良好的避障效果,证明在简单视觉环境中可行性和有效性.     

移动机器人部分遮挡条件下多部件行人跟踪算法

针对复杂街道环境中的交通标志与公共设施对行人造成不同程度的遮挡而致使移动机器人跟踪目标失败,提出一种多部件粒子滤波器行人跟踪方法,引入弹簧弹力负载决策,降低单一跟踪器的错误风险,增强部分遮挡条件下的视觉目标跟踪鲁棒性。仿真分析表明,该算法能够在行人部分遮挡时呈现较好跟踪效果,降低街道复杂背景环境对跟踪的影响,为后续移动机器人视觉目标避障等应用提供支撑。