多机器人的云计算路径规划

基于多机器人协同工作方面的研究具有良好的应用前景,通过降低客户端的硬件配置,可以提高分工合作的响应速度,通过类神经网络ANN进行计算与分析,确定单机器人与其它机器人的步伐与路径设计,机器人互相之间并不需要通讯,计算指令由服务器与单机器人一对一交互,通过模拟实验器,对作业效能对比,验证计算方法以及与计算方案的可行性。     

基于冲突检查模型的机器人避障的最优路径

通过建立冲突检查模型,研究机器人从区域中一点到另一点的避障最优路径问题。以机器人由出发点到达目标点和由出发点经过途中的若干目标点到达最终目标点两种情形进行分析,通过冲突检查模型得到机器人在限定区域中行走的可能路径,并对其进一步优化,结合MATA-L AB仿真计算工具,实例计算得到了机器人最优移动路径及时间。     

索驱动并联机器人可控刚度特性

在机器人与人交互过程中,机器人可能因刚度过大而对人或产品产生安全威胁。该文提出索驱动并联机器人静态刚度分析及索力分配方法,研究其可控刚度特性问题。首先,通过建立运动学和静力学方程对机器人进行受力分析,并通过引入线矢量和微分变换的方式,推导出结构矩阵对位姿微分的三维Hessian矩阵,建立静态刚度模型,分析索力与机器人刚度间的关系;其次,给出索力多边形计算算法,并研究索力分配方法,完成机器人刚度的有效控制;最后,通过计算实例验证该方法正确性与有效性。结果表明:该方法可以有效控制机器人的系统刚度。     

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DSP的GR-Ⅱ机器人控制器

在分析和研究GR-Ⅱ教学机器人原控制器的基础上,设计了1种能在机器人上研究、实现不同轨迹规划方法和控制算法的基于DSP的新型机器人控制器.该控制器以通用PC作为上位计算机,用6个DSP对机器人6个关节运动进行插补计算和伺服控制,采用高速CAN总线进行上位机与下位机之间的通讯,实现上位机和下位机的双速率运行,以适应复杂控制算法对计算时间和机器人运行性能与精度对高伺服频率的要求.同时,通过软件设计在上位机进行运动学、动力学计算,并据此修正下位机控制算法的PID参数,实现动力学近似补偿.     

五自由度机器人逆运动学解法与工作空间分析

针对一种五自由度机器人结构,提出了一种精确求解逆运动学的封闭解法,解决了逆运动学数值方法计算较慢、在某些情况不能算出所有可能解问题.应用D-H方法建立了该五自由度机器人的运动学模型.在此基础上,依据该机器人的特定构型,应用代数方法,仅选取位置矢量和一个姿态矢量提出了所研究机器人的逆运动学封闭解法.选取一个马鞍面做为该机器人打磨作业任务,分别进行了Matlab数值计算仿真和ADAMS虚拟样机联合仿真分析.结果显示:马鞍面期望轨迹和遍历轨迹对应的位置和姿态具有高度一致性,验证了所提出逆运动学封闭解法的正确性.最后,通过数值计算求解了该机器人的可达工作空间,为该机器人结构优化和运动控制提供依据.     

基于ZMP的双足机器人稳定性分析

引入双足机器人研究中一个重要物理量--零力矩点ZMP(Zero Moment Point),研究其计算和测量方法,利用其分析双足机器人在单腿和双腿支撑时的作用范围,最后在二维和三维平面内对机器人的ZMP计算进行探讨,为稳定步态的设计做了理论铺垫.     

管道机器人弯管运动转体原因分析

为避免管道机器人弯管内运行时发生转体现象而影响管内任务的执行,对机器人转体的原因进行了深入研究.以建立的管道机器人弯管运行的位姿模型为基础,对机器人的受力状况进行了分析,建立了机器人过弯时的转体力矩模型.通过对转体力矩的分析,揭示了管道机器人弯管运行时发生转体的根本原因,并指出了管道机器人弯管运行的最佳姿态角.理论计算表明:当机器人以最佳姿态角运行时,机器人转体力矩几乎为0,不发生转体;当机器人以其他姿态角运行时,将出现一个不为0的转体力矩,该力矩使机器人向平衡姿态角方向转体,直至机器人姿态稳定为止.在实际应用时,使机器人在平衡姿态角运行为最佳.仿真结果与理论计算基本一致,该研究为人弯管内的姿态稳定运行提供了一定的理论依据.     

基于机器人操作系统的液压机器人自主导航系统设计与实现

在机器人两轮差速运动模型分析的基础上,根据运动模型的航迹演算公式可实时计算机器人轨迹姿态。基于机器人操作系统架构平台设计了机器人本体、机器人底座、驱动液压马达、导向轮、激光雷达等7个关节和连接的结构模型。各机器人关节坐标系变换关系经过Tf实时发布,用于计算机器人位置坐标信息。针对液压机器人没有配备编码器和视觉系统的不足,系统采用2D平面激光里程计模型(RF2O),通过建立连续激光扫描点对距离的流约束方程获得机器人平面运动估计,进而得出激光雷达的速度和机器人实际运行轨迹。设计了自主导航软件系统,实现了导航地图构建、定点任务导航和多机器人管理等功能,并对机器人定位导航精度进行了测试,分析对比多次指定位置和导航位置的数据差异,结果表明机器人导航定位精度达到设计要求。     

3-RRRT并联机器人传动性能分析及运动仿真

通过对3-RRRT并联机器人雅克比矩阵的计算,得到机器人在工作空间内的传动性能指标,并通过ADAMS软件对机器人的运动进行模拟,分析机器人在某工作空间传动性能的优劣.     

偏心轮六足机器人爬坡稳定性分析

研究了一种偏心轮构造的六足机器人,介绍了其基本的机械结构,并使用稳定锥方法对其建立了爬坡时的运动模型以及力学约束.设计了一种呈波浪形式的爬坡步态,对这种运动模式下的机器人最易倾翻的姿态进行了分析,结合其机械结构特征,使用稳定锥方法验证了机器人运行的稳定性,求出了机器人爬坡时的坡度临界角,并进行了仿真和实物实验验证.在采用此机械结构以及使用相应的爬坡步态的情况下,机器人能够有较好的爬坡表现,实验环境中测得机器人稳定爬坡角度最大可至33°左右.      

仿人机器人站立到爬梯子转换动作的研究与实现

研究了由平地到竖直梯子变环境边界条件下，仿人机器人由站立到爬梯子的动作转换.为提高机器人上梯子过程的稳定性，机器人首先双手抓握住梯子横档作为辅助支撑，在机器人向梯子行走过程中，通过检测双手与梯子横档的接触力大小来调整仿人机器人身体重心相对于支撑脚的位置，从而保持身体的平衡.实验结果证明:该控制策略可有效避免因环境参数误差，外力干扰，以及机器人关节初始角度误差等引起的机器人跌倒问题，从而保证机器人由站立到爬梯子转换动作的顺利进行.     

滚-跳多运动模式球形机器人的动力学仿真研究

复杂的探索环境对探测机器人的通行能力提出了更高要求,具有多种运动模式的球形机器人是探测机器人领域的研究热点之一。通过对球形机器人内部构件质量分布的调节,设计了一种基于单摆驱动式的滚-跳多运动模式球形机器人,其具有滚动、转向、爬坡与跳跃4种基本运动能力;随后,又根据球形机器人的设计方案建立了球形机器人4种基本运动动力学方程。利用Automatic Dynamics Analysis of Mechanical Systems （ADAMS）软件构建该球形机器人虚拟样机并对其进行了滚动、转向、爬坡与跳跃的动力学仿真,最后以此为依据计算滚动、转向、爬坡与跳跃运动性能的仿真值,并制作实验室样机验证了动力学仿真的正确性。     

Divisional and hierarchical innervations of G. gecko’s toes to motion and reception

As a member of robot families, climbing robots have become one of the research hot-spots in the robotic field recently and Gekko gecko （G. gecko） has been broadly seen as an ideal model for climbing robot development. But for gecko-mimic robots, one of the key problems is how to design the robot＇s foot. In this paper, （1） high-speed camera recording and electrophysiological method are used to observe motion patterns of G. gecko＇s foot when it climbs on different oriented surfaces; （2） nerve innervations of gecko＇s toes to motion and reception are studied. It is found that the five toes of the G. gecko can be divided into two motion and reception divisions, and also its motion and reception are modulated and controlled hierarchically. The results provide important information and exclusive ideas for the foot design and control algorithm of gecko-mimic robots.     

小型爬壁机器人系统设计与应用

针对一种小型的双足爬壁机器人,设计开发了基于DSP2812处理芯片的控制系统.该机器人系统采用双足真空吸盘式结构和用3个电机驱动5个关节的欠驱动结构.双足真空吸盘式结构使其可以在光滑的墙面和天棚行走,又能够在交接面之间完成跨步行走.而欠驱动结构减少了电机的数目,从而减小了机器人的尺寸和降低了机器人的质量和能量消耗,但它也给机器人的控制和运动规划带来了新的挑战.已完成的系统设计包括运动模式设计、关节控制、通信模块设计和吸盘足控制等.实验结果证明了所提出方案的可行性.     

间隙式单吸盘爬壁机器人动力特性分析

研究了带有新型吸盘结构的具有间隙式负压吸附方式特点的爬壁机器人的动力学问题。采用间隙吸附方式的爬壁机器人,其运动性能(可操作性、驱动性能等)主要由轮式移动结构决定,因此对爬壁机器人运动结构进行动力学分析是合理和必要的。基于拉格朗日乘子方程建立了机器人的动力学模型。利用Matlab/Simulink的动力学仿真,分析了吸盘吸附力和机器人方位角变化对爬壁机器人运动特性的影响,为改善和提高机器人的运动性能并为其结构优化设计与运动控制提供了理论研究基础。     

Crawling gait realization of the mini-modular climbing caterpillar robot

The concept of a modular climbing caterpillar robot is inspired by the kinematics of real caterpillars,Two typical kinematics models and gaits are investigated based on the crawling motion of the inchworm and the tobacco hornworm.Due to the fixed constraints between the suckers and the wall,the gait of a caterpillar robot engages a changing kinematic chain which is from an open chain to a closed chain,and then to an open chain in order.During the open chain periods,an unsymmetrical phase method (UPM) is used to ensure the reliable attachment of the passive suckers to the wall.In the closed-chain state,a four-link kinematics model is adopted to fulfill the fixed constraints,By combining the two methods together,the complete joint control trajectories are acquired for a modular caterpillar robot with seven joints.At last,on-site tests confirm the proposed principles and the validity of the climbing gait.     

The obstacle crossing ability analysis and improvement of the cable inspection robot

In this paper, the climbing obstacle capability of the previous special cable inspection robot (Model Number: XS1T-1) is analyzed. Static equations are established to analyze the relationships between the external forces and the maximum height of an obstacle. Parameters affecting the obstacle crossing ability are obtained. According to the analysis results, an innovated small volume, simple structure and light weight climbing mechanism is proposed (Model Number: XS1T-2). A simplified kinematics model of the mechanism is established. With two powered wheels, the obstacle crossing ability of the XS1T-2 is improved apparently. For the robot moving without deflection, the relationships of two powered input torques are deduced. The comparison of the simulation results clearly shows that the climbing ability of XS1T-2 is obviously improved, and it can meet the demands of inspection.     

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.     

电站载物爬楼机器人的动态稳定性建模与控制

针对电站载物爬楼机器人动态稳定性的控制问题,根据爬楼特点归纳出机器人可能出现的运动模式,并利用几何与运动学等关系构建被控对象的数学模型。根据电站载物爬楼机器人上下两部分的重心距离与期望距离间的误差、误差变化率及电动推杆伸缩速度之间的关系,设计动态稳定性控制系统的控制器,即一型模糊逻辑控制器(1 type of fuzzy logic,T1FLC)。针对模糊规则参数难以确定的问题,通过量子粒子群优化(quantum particle swarm optimization,QPSO)算法优化隶属度函数参数,将QPSO优化的T1FLC与粒子群优化(particles swarm optimization, PSO)算法优化的T1FLC、未优化的T1FLC、比例-积分-微分(proportion-integral-derivative, PID)控制方法进行对比,并进一步考虑外部干扰的影响。仿真和实验结果验证了模型的准确性及控制优化方法的有效性。