双动力臂爬壁机器人运动吸附控制系统设计

本文设计了一种能够适应多种壁面、安全性高的爬壁机器人运动吸附控制系统.首先介绍了机器人的结构和运动原理,并详细描述了机器人吸附机理和真空回路控制原理.在此基础上,设计出一种通用双动力臂爬壁机器人运动吸附控制系统.分析表明,该控制系统工作性能良好,使该机器人吸附系统安全可靠,有较强的越障能力,能较好地适应各种材质和倾角壁面的作业要求.     

形状记忆合金驱动的微型管道机器人机械结构设计探索

形状记忆合金合成的微型管道机器人具有容易加工、重量较轻和结构紧凑的特点,可以在各种灾害事故中发挥至关重要的作用。本文主要从设计要求、总体结构设计、运动原理以及运动可行性四个方面探讨了形状记忆合金驱动的微型管道机器人机械结构的设计。     

基于DSP的漫游机器人设计

主要完成了漫游型机器人的硬件和软件设计.该设计以TMS320F2812 DSP作为机器人的检测和控制核心,以反射式红外传感器作为漫游机器人规避障碍的实现工具.在硬件电路设计的基础上,通过编写各种程序模块,实现机器人的各种基本功能.     

农用运输机器人动力设计及稳定性研究与试验

通过对农用智能运输平台的驱动单元进行运动稳定性分析，设计了一款适宜农用智能运输机器人，可以背负式承载物料进行搬运，也可以在尾部牵引拖车，进行牵引式运输。从机器人驱动电机选型，驱动轮安装板、底板和框架的有限元分析，试验对比等方面探究了驱动单元对机器人运动稳定性能的影响，结果表明，机器人运行平稳。     

新型可穿戴式多自由度气动上肢康复机器人

针对中风和脑外伤患者的运动功能障碍问题,设计了一种新型可穿戴式多自由度上肢康复机器人,采用气动肌肉驱动,能有效辅助患者完成肩伸、肩旋、肘伸以及指掌和指间关节的复合功能运动训练.最后,采用PID控制器进行了初步的临床实验,实现了各关节角度的参考轨迹跟踪.实验结果验证了所设计的上肢康复机器人的可用性和有效性.     

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。     

基于姿态的多关节履带机器人越障控制

为提高机器人在楼梯、台阶等典型障碍环境中的自主越障的实用性,以检测机器人自身姿态而非环境尺寸作为越障控制的基本依据,设计了多关节履带机器人的各种自主越障控制方法.即首先以AHRS(姿态航向参考系统)所测得机器人姿态作为重要反馈量,采用稳定锥方法实时判定机器人越障过程中的倾翻稳定性,通过实验验证了该方法的有效性;在此基础上以机器人姿态为反馈,并结合机器人关节位置和驱动电流,设计了典型障碍下的自主越障控制动作规划,实际环境测试表明此越障控制方法具有对障碍具体尺寸依赖性小,实用性强的特点.     

个体机器人局部路径规划的人工力矩方法

针对个体机器人的局部路径规划问题,定义了最优路径代表点、危墙代表点等概念,以优化路径和避障.设计了吸引矩、排斥矩两种人工力矩函数,其中吸引矩常使机器人的基本运动方向线(PMDline)指向最优路径代表点而排斥矩则总使机器人的PMDline背向相应的危墙代表点.基于两种人工力矩,设计了机器人运动控制器.在机器人通向目标的路径被障碍阻断时,该控制器总使机器人沿其PMDline以最大步幅运动,所以无论环境多复杂,机器人也不会停止运动,即不会被陷住.还给出了最优路径代表点的求解算法、局部路径规划的一般步骤及一个仿真.仿真结果表明,给出的方法是可行且有效的.     

对六自由度机械臂运动路径设计的探讨

本文讨论了关节式机器人的机械臂运动路径设计问题。考虑无障碍和有障碍两类不同运动情境,给出不同的算法。在无障碍运动中,通过讨论指尖到指定点和指尖沿指定曲线的不同运动情况,给出各自较为合适的模型使其达到便捷、有效的运动;在有障碍运动中,抛开了传统方法,提出一种新的实时运动规划方法,大大缩小了搜索空间,从而有效地提高了系统效率。最后,对连杆长度和最大旋转角等设计参数给出合理建议,以进一步提高机械臂的灵活性和适用范围。     

基于扫描数据建立人体动态模型

提出一种由三维人体扫描数据建立人体动态模型的新方法.该模型由骨架运动学模型和简化的三角网格表面模型构成,分别用于产生人体各种姿态以及表达相应的体表形状.通过操纵骨架运动,可实现实时与逼真的人体姿态仿真.实例分析表明,该方法克服了目前从扫描数据通常仅用于构造静态人体模型或无法实现实时姿态仿真的缺陷,在人机工程设计及虚拟现实领域有较大应用价值.     

机器人化飞机表面清洗车轨迹规划及控制系统设计

阐述了机器人化飞机表面清洗车的机械结构、动作原理、轨迹规划算法及仿真试验系统设计、电控系统设计．该清洗车的清洗立架由一个冗余机器人手臂构成,能够自主地灵活地完成各种复杂轨迹的运动,可以自动完成对不同类型的飞机表面清洗工作,具有一定的实用价值．     

水黾仿生特性与工程应用研究进展

水黾是一种在湖泊、池塘、湿地中常见的小型昆虫,凭借其腿部具有微纳复合结构而呈现的超疏水特性可稳定站立在水面,受到普遍关注并逐步成为研究热点。已有学者对水黾运动特性开展研究,以期获取设计灵感用以研制功能优异的超疏水表面与功能完善的仿生水黾机器人。从水黾运动特性入手,综述了运动支撑力的测试方法,重点关注以水黾为仿生原型在工程仿生领域中超疏水表面制备、水上行走机器人和跳跃机器人研制的发展现状。超疏水表面的制备应从微形貌特征、制备工艺和生产成本等方面深入研究,仿生水黾机器人的研制需进一步考虑运动、驱动方式和支撑特性。基于水黾腿部微形貌结构特征研制超疏水功效显著且持久的超疏水表面,以及性能优异、功能完备、运动特性高度相似的仿生水黾机器人将是未来发展的主要趋势。     

一种新的力—位混控机器人工作任务描述方法

影响力－位置混合控制和机器人人工业应用的主要障碍之一,在于其工作任务的描述复杂,对使用人员的要求比较高,本文提出了一种新的工作任务描述方法,该方法建立在机器人的微运动描述之上,使描述工作由获得控制参数变成分析微运动组成,大大降低了任务描述难度,可使操作者较方便地描述机器人的工作任务。     

基于人体姿态信息的下肢康复机器人运动控制技术

针对下肢运动功能障碍患者术后康复训练辅助设备的跟随控制问题,本研究提出一种基于人体姿态信息的下肢康复机器人运动控制方法。根据康复机器人的结构特性和功能要求,建立机器人运动数据信息采集系统和下肢康复机器人的运动学模型;构建机器人平台上的人体姿态行为信息采集传感器系统,通过分析位移传感器所采集的数据,得到表征人体姿态行为变化的相关信息,经上位机计算生成康复机器人的期望跟随速度;同时,基于模糊PID控制算法设计了跟随控制器。通过仿真和实验验证该控制算法能够有效减小机器人实时跟踪使用者运动过程中的误差,实现康复机器人对人体运动姿态良好的跟随效果。     

地震多功能辅助救援机器人运动学规划

基于D-H表示法的机器人双工作臂的运动学规划,建立了机械手臂运动能力与各影响因素关系的数学模型(即机器人机械手臂空间运动方程式),归纳出了机器人机械手臂空间运动与各影响因素关系的定量描述,提出了机器人机械手臂空间运动的设计理论和提高驱动能力的方法;建立了较完备的机器人行走机构和机械手臂运动系统的运动协调性和机器人自适应控制理论.通过运动学规划,使机器人能够更好地适用于各种地质条件、各种复杂的环境、各种需要高难度的工作强度,能够取得良好的使用效果.     

仿生四足机器人嵌入式控制系统设计与实验分析

仿生设计一款小型的单腿具有四自由度的仿生四足机器人,开展机器人运动学正逆解分析。基于ARM Cortex-M3内核的嵌入式芯片建立了机器人控制系统。该控制系统以半双工串口通讯方式向各个关节数字舵机发送步态数据包,控制舵机转动角度值,从而精确地控制四足机器人的稳定协调运动。实验结果表明:机器人在行走过程中机身的横滚角、俯仰角、偏航角(RPY角)变化较小,运动较为平稳,验证了机器人运动学正逆解准确性;以及所设计的嵌入式控制系统能较为精确地控制四足机器人运动,实现稳定的四足行走。该小型的嵌入式控制系统具有运算处理速度快、外设可扩展性和存储能力强的优点,满足仿生四足机器人智能算法、低功耗运动要求。     

电力铁塔攀爬机器人的步态分析

为了提高电力系统的自动化水平,减轻电力工人在检修高压输电系统时的劳动强度,同时保障其人身安全,提出并设计了一种可以攀爬电力铁塔的5自由度关节式机器人,给出了机器人的CAD模型,分析了其在铁塔两种位置攀爬过渡的能力.根据机器人机构特征,提出、分析和比较了蠕虫式和扭转式攀爬步态.蠕虫式攀爬步态即机器人本体的两连杆之间角度周期变化,两爪交替前进;扭转式攀爬步态即机器人本体不动,爪部回转关节旋转180°使得机器人整体扭转半周.在机械系统动力学仿真软件ADAMS环境下,对机器人采用这两种步态在铁塔主材表面、横担侧面和上表面3种方位攀爬情况进行了仿真,计算和分析了不同情况下机器人各关节转矩和系统能耗,得出最适合铁塔各种方位的攀爬步态:在横担上攀爬时应采用能耗较小的扭转式步态,但是在主材表面攀爬时两种步态能耗接近,需考虑障碍类型选取合适的步态.仿真结果为机器人的攀爬步态规划及控制策略提供了依据,同时样机试验结果也验证了两种攀爬步态的可行性.     

探测能力有限条件下群机器人队形的避障方法

在探测能力有限的条件下,即使群机器人队形中的跟随者有碰撞障碍的风险,领导者也常难察觉,这将导致部分机器人离队或难以保持给定队形。本文针对此问题提出一种基于局部信息的解决方法,根据局部障碍信息判断障碍对跟随者或其自身后续运动是否有潜在威胁。当有潜在威胁时,输出障碍信息,并在群机器人队形中接力传递,最终反馈给领队机器人以带领队形远离障碍。同时,对领队机器人和普通机器人的人工力矩运动控制器做出改进,保证机器人的安全,并且使避障轨迹更加顺滑。仿真实验证明,所提方法在领导者无法感知所有跟随者和障碍信息的情况下,仍能带领队形安全绕开障碍物。     

一种载人球形机器人的机构设计及动态分析

通过对当前为满足各钟特殊环境下的需求而提出的球形机器人的深入研究,提出了一种具有载人能力的球形机器人,确定了其运动机构方案和结构设计方案,通过UG对该机构进行三维建模并在Ansys中构建系统的模型,对该系统进行仿真分析,对载人球形机器人结构设计优化,为球形机器人整体的设计、模拟仿真及其制造提供参考。针对目前对球形机器人无载人性能这一特点,设计提出了具有转向性的载人球形机器人,在各种特殊环境下具有很大实际应用价值。     

数控焊接变位机指令系统的设计与实现

针对自行设计的弧焊机器人用数控焊接变位机设计了一套指令系统 ,利用该系统可以编程控制数控焊接变位机的运动 ,与弧焊机器人配合后可实现对各种工件的柔性焊接生产 ,实验表明效果良好 .