管道微型机器人系统运动的力学分析和控制

论文对以形状记忆合金（SMA）弹簧作为系统驱动控制元件的微型机器人模型－管道子母型微型机器人系统进行了力学分析，并根据形状记忆合金的特性和人体管道的工作要求提出了该微型机器人的控制方法，研究了其控制机理和运动机理。     

毫米级微型移动机器人实时识别跟踪算法及系统通讯研究

该文针对微型机器人系统在管道检测中的具体应用，设计了微型机器人实时识别跟踪系统，通过CCD摄像头捕捉微型机器人顶部特征点的位置，实现对微型机器人状态的实时识别跟踪，同时，为缩短系统的处理时间，系统采用特殊的通讯方式，即机器人系统的协调是在微型机器人相互之间不知彼此位置和状态下实现的，系统采用广播通讯方式，信息的流向只是从主控制器发送给每个微型机器人。     

新型仿生介入机器人推进方式

生物管腔中运行的微型机器人驱动机理研究是当前机器人研究的一个热点．为研究适合于充满液体的生物管腔的微型管道介入机器人，基于精子的运动原理，提出一种机器人游动推进方案，建立了游动机器人动力学模型，对该推进方式进行了仿真分析计算．为证明该推进方案的可行性，制作了一个大尺度的机器人实验样机模型．实验表明：实验的结果符合理论的规律，从而证明理论的正确，该推进方式是可行的．     

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。     

管道机器人驱动与控制检测系统设计

管道机器人可应用于管道内穿缆、检测等工作,属于特种作业机器人,在国内尚无相关产品投入使用,而国外产品的检测设备、技术价格又相当昂贵。由于国内经济建设的需要,设计一种实用而又廉价的检测机器人显得尤重要。检测技术采用流体运动的推动叶轮转动,根据叶轮带动的电机的电压确定流体速度,进而确定管道流量;并且管道机器人受到能源供给的限制,采用流体运动的推动叶轮转动,从而产生电能,供给机器人自用。     

主动避障式管道机器人结构设计及动力学仿真

为了解决轮式管道机器人在管道内越障能力不足的问题,设计一种主动避障管道机器人,并运用ADAMS进行动力学仿真分析。首先分析了管道机器人结构原理和运动特性。随后运用ADAMS建立虚拟样机,对管道机器人的避障能力、直行能力以及过弯能力进行仿真分析。仿真结果表明,该管道机器人可自动适应148～152 mm管径;可通过的最小转弯半径为304 mm;可实现在管道内部主动避障,同时具有良好的动力特性。     

四轮管道机器人的通过性能研究

针对市政管道的几何特点,以四轮管道机器人在弯道处的数学模型为基础,设计了四轮管道机器人.利用ADAMS软件对机器人进行了弯道通过性能分析,并绘制出了机器人运动的轨迹曲线.仿真分析结果表明,在满足数学模型的情况下,四轮管道机器人能顺利通过弯道,证明了设计的合理性.其中,过渡阶段轨迹曲线上的20mm微小跳动分析也为机器人的驱动控制研究提供了依据.     

履带式管道机器人的自适应模糊控制

介绍了自适应履带式管道机器人的基本运动机构，分析了其在管内的运动状态，研究了对机器人在直管与大曲率半径弯管内移动时的运动模糊控制方式。根据大量的实验结果分析改变管道机器人运动环境，如不同管道直径、不同管道弯曲半径等，对机器人运动状态的影响。运用相关原理研制了具有一定管内运动环境自适应能力的履带式管道机器人模型样机及其运动控制系统。     

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.     

体内微型医用机器人

依据不同的人体环境中体内微型医用机器人不同的驱动机制,综述体内微型机器人国内外研究现状,包括仿生物游动（泳动）驱动、特殊机械机构驱动、体外特殊场（磁场、超声波场等）驱动、胶囊类内窥镜微型机器人;分析目前体内微型机器人驱动机制在运动控制、手术安全存在的问题,讨论体内微型医用机器人关键技术：尺寸微型化、驱动机制、精确控制系统和能量供应等.探讨体内微型机器人在临床疾病诊断、体内手术的应用前景和发展方向.     

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。     

微小管道机器人移动机械运动学与动力学特性

微小管道机器人能够帮助人们完成诸如小口径管道内检测等工作，其移动机构是机器人研究领域重要的研究内容之一，在分析研究行星齿轮驱动的微型机器人移动机构的运动学和动力学特性的基础上，详细讨论了移动机构的原理，功能及影响因素，研究表明，通过提高移动机构车轮的附着性和驱动力，减小寄生功率的影响，可较好地实现该微型机器人驱动。     

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。     

泳动式微型管道机器人的设计及运动分析

以NdFeB磁铁为驱动器设计了仿生游动微型机器人.其作业原理是通过改变时变振荡磁场的驱动频率,控制嵌入机器人头部NdFeB的运动,时变振荡磁场能转换成机器人头部摆动的机械能带动铜薄膜尾翼产生波动,进而与液体耦合产生推力控制机器人运动.最后分析了尾翼的频率方程和振型函数新的解析表达式.     

差动式形状记忆合金驱动器驱动的仿生吸盘

为促进爬壁机器人负压吸附机构的微型化和小型化,根据生物负压吸附器官的结构特点,设计了一种形状记忆合金(SMA)驱动器驱动的仿生吸盘.由于SMA响应速度慢,为加快负压响应,仿生吸盘采用差动式SMA弹簧驱动器驱动,并引入电阻反馈监测SMA相变程度,设计了一种变结构控制器控制SMA加热电流.仿真和实验结果表明:该吸盘产生负压较快,并具有一定的吸附能力,能够作为微型和小型爬壁机器人的吸附机构.     

螺旋轮式小型管道机器人控制系统的设计

作业管径小于80mm的小型管道机器人广泛应用于化工、制冷、核电站等领域的检测、维修,其移动结构及信号采集和处理技术具有较高的实用价值和学术意义.采用螺旋轮式结构设计了内径为60mm的小型管道机器人,其原理简单、结构紧凑、控制方便.螺旋轮式移动的主体结构,确保管道机器人具有较大的牵引力和移动速度.管道机器人在管道内的数据信号,由搭载在微型管道机器人的移动结构上的DSTJ-3000智能差压压力传感器采集传送到C8051F330单片机,通过无线蓝牙数传模块,将数据传输到上位机,利用Visual Basic程序软件实现计算机对管道机器人的控制.螺旋轮式小型管道机器人控制系统能够自由控制前进、后退、调速、自锁等,其动作状态数据也可利用上位机软件显示或打印.     

新型管道机器人运动学和力学特性分析

目的研究新型步进式管道机器人运动学和力学性能,揭示管道机器人的运动规律,验证其运动状态和工作特性.方法采用理论建模和基于ADAMS软件仿真分析的方法,获得管道机器人相关机构的运动规律曲线以及机器人在管道内步进运动时活塞驱动力变化规律曲线.结果机器人能够适应管道直径范围为750~1 021.5 mm,步距为103 mm,速度和加速度曲线平滑,运行稳定,无震颤现象;当承受负载4 000 N时,伸缩夹紧机构驱动力变化范围为1 407.6~18 113.7 N,步进单元驱动力范围为1 978.46~7 645.38 N,驱动力曲线平滑,无力冲击,可驱动性能良好.结论该新型管道机器人的运动性能满足功能要求,具有适应管径范围大、速度快、运动平稳和驱动性能好等优点.     

微观世界里的特种兵——藻类细胞机器人

 20世纪60年代,一部荣获奥斯卡最佳视觉效果大奖的科幻电影《神奇旅程》描述了科学家驾驶"微型潜水艇"在人体内的冒险之旅,将大众的视线转移到了神奇的微观世界。现实世界中,在微观领域进行探索和操作需要一类小的机器人作为帮手,它们的尺寸要小到能够在微米甚至是纳米尺度执行特定任务,这就是微型机器人。微型机器人由于个体太小,在研制过程中主要面临3个方面挑战：能源、驱动和控制。微型机器人不能像宏观机器人那样外接电线或携带电池为其供能;也不能装载电机来产生运动;此外,如何无线遥控微型机器人在小尺度空间按指令运动及作业也是需攻克的难题。     

驱动轮转向可控管道机器人的设计与运动分析

为了解决机器人在管道内姿态调节困难、避障能力较弱等问题,文章提出一种通过改变驱动轮转向来快速调节在管道内姿态的轮式管道机器人。该机器人可沿着管道作直线运动,也能绕管道中心轴线沿内壁作螺旋运动和回转运动,同时具有避障能力。通过建立机器人驱动轮转向过程的位姿模型,分析了弹簧以及管道内壁对机器人的正压力的变化过程;建立管道机器人驱动轮转向时的运动学模型,并进行了仿真分析。仿真结果表明了该管道机器人的有效性和实用性。     

微型仿昆飞行机器人驻飞时动力学分析和仿真

针对微型仿昆飞行机器人,建立了一个机体模型和驻飞时的翅运动形式,分析了驻飞时翅运动所产生的气动力,导出了微型仿昆机器人驻飞时的动力学方程,并对该方程进行了仿真分析.仿真结果表明,在一个拍动周期内,微型仿昆飞行机器人在一个小范围内振动;当一个周期结束后,机体回到原位置,驻飞时机体处于一个动态稳定状态.