QR二维码在井下搜救系统中的应用

由于矿井环境复杂,万一不幸发生矿难,井下通信设施一般很难正常使用,且搜救人员无法进入矿难中形成的狭小空间,同时考虑到井下用电不便,黑暗潮湿的环境特点,结合物联网及ZigBee等无线通信技术,提出井下爬虫机器人搜救系统,系统采用QR码定位标签来确定爬虫机器人在井下的位置信息,能快速有效地开展救援工作.     

核探测机器人底盘设计与越障性能仿真验证

为减少核辐射对工作人员身体的损伤,设计了一款可用于强辐射环境的、具有较好通过性和地形适应能力的附有减震系统的核环境探测机器人。该机器人搭载多种探测传感器并对关键驱控部分进行了辐射屏蔽,可在强辐射环境下完成探查、巡检作业;机器人的履带移动底盘设计采用驱动轮与地面具有一定角度的离地角同时使诱导轮接地的方法以保证机器人具有较好的越障性能和地形适应能力;底盘设计了减震结构以减少机器人震动对探测器造成的影响。通过理论分析确定了移动底盘相关参数,通过三维绘图软件SolidWorks建立了机器人三维模型,利用动力学仿真软件RecurDyn对机器人底盘越障能力进行了仿真分析,得出了机器人在越障过程中其质心与驱动扭矩的变化关系,验证了底盘越障可靠性,为实验样机的研制奠定了理论基础。     

一种复杂环境高机动性轮式移动平台

移动机器人在星球探测,户外侦查,灾难搜救,以及军事等领域有着广阔的应用前景。为了设计一款能代替人类在复杂环境进行作业的小型高速移动机器人,侧重于横向非结构地形,提出了一种拥有被动悬架的轮式移动平台,对其结构进行了三维建模,对越障结构和减震系统进行了力学计算,为评估其越障性能进行了动力学仿真,为其动力系统和控制系统进行了选型和配置,组装一代样机并进行了实验。实验结果表明该样机能够较好地适应横向地形。     

具有自适应性仿生腿及行走方式可切换式汽车

高性能移动机器人主要用于灾难搜救、星球探测、军事侦察、矿山开采等非结构化环境中,其移动系统可分为轮式、腿式、履带式以及轮腿结合式4类。其中,轮腿式机器人不仅具备腿式机器人的高越障性能和对复杂地形的高适应性能,还兼备轮式机器人在平整地面上滚动的高速高效性能。具有自适应性仿生腿及行走方式可切换式汽车综合了轮式系统和腿式系统的优势,具备多种运动姿态,包括滚动、攀爬楼梯等,具有运行平稳、带负载能力强以及越障性能好的优点。可作为移动机器人平台搭载相关设备完成星球探测、军事侦察、扫雷排险等多种工作。     

井下探测机器人的应用和设计要点

随着现代科学技术的快速发展以及广泛应用,探测机器人以其独特技术优势以及更好的安全性等因素在越来越多的领域得到了广泛应用。煤炭开采过程中需要相关工作人员深入到地下几百米深的矿井之中进行开采,由于地下矿井的情况相对较为复杂,因此具有高度的危险性以及未知性。倘若在煤矿开采的过程中发生矿难事故,人工进行救援工作的开展同样也要面临着诸多的困难以及危险,因此井下探测机器人便在矿难救援方面发挥着十分重要的辅助作用。基于此,该文以下就井下探测机器人的应用以及设计要点进行分析。     

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.     

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.     

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.     

基于LABVIEW的巡逻机器人智能识别系统设计

针对无人化工厂智能自主巡逻功能的实现,设计了一种基于LABVIEW的无线监控巡逻机器人。基于巡逻机器人工作环境和上下楼梯等越障过程的分析,设计了机器人主要结构参数,分析了机器人的稳定性,测试了基于LABVIEW的视觉智能识别系统在识别并分类障碍物时的实用性。实验结果表明,采用所设计的智能识别系统可满足巡逻机器人智能越障的要求。     

可越障爬壁机器人研究与设计

为了解决爬壁机器人越障性问题,本文根据爬壁机器人的吸附类型介绍了国内外足腿式、蠕动式以及飞吸式机器人越障能力的研究现状,以及本团队研制的3款越障式爬壁机器人的性能特点,对比了各类机器人越障性能的优劣性.在此基础上探讨了爬壁机器人设计时的重点问题,对未来设计越障爬壁机器人起到了一定的引导作用.     

关节履带式管道检测机器人越障性能优化

针对一种特殊管道内部检测,设计了一种小体积紧凑型的关节履带式机器人.根据本机器人结构设计,建立了描述机器人姿态的各参数与越障性能之间的数学关系式.探讨了该机器人在越障过程中的姿态调整对越障能力的影响.在此基础上采用最优化方法求解了该机器人的最大越障高度,并确定了适合的姿态调整方法.Matlab仿真及实验验证了该设计和优化计算对于提高机器人越障性能的有效性.     

基于CAN总线的移动机器人控制系统设计

非结构化环境的移动机器人涉及多伺服电机驱动、多种传感器信息采集融合、通讯传输等问题,是一个非常复杂的系统.本文介绍一种基于CAN总线的、模块化结构的机器人控制系统,具有多种参数探测和感知功能,实现了机器人的半自主移动.采用的三段收放式机体结构及控制驱动系统,使得机器人具有较强的爬坡、越障等环境适应能力.     

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.     

新型三臂巡线机器人机构设计及运动分析

为了增强机器人的越障能力,简化机械结构,减小越障时的电机负荷,设计了一种新型结构的三臂巡线机器人.该机器人采用双平行四边形桁架构型实现三臂的位姿调整运动,机构重心可调以减小桁架控制电机的负荷,各臂末端设置夹线轮以增强机器人跨越引流线障碍的能力.巡线机器人调整形态越障时,因机构重心偏移会引起机器人整体绕线缆偏转,属于基座浮动式机器人.根据机器人重力平衡条件构造优化目标函数,以基座浮动角度作为搜索变量,将基座浮动式机器人的运动分析问题转化为一维优化问题进行求解,仿真实验验证了算法的有效性.原型样机在实验室环境下完成了线上行走和越障实验,验证了机构的可行性.     

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。     

基于搜救机器人的DC-DC电源设计

搜救机器人,为救援而采取先进科学技术研制的机器人,近些年由于各种灾害的频繁发生,搜救机器人在救援过程中起到了至关重要的作用,但是由于机器人电源的缺陷,给搜救工作带来了一些不利影响。该文研究搜救机器人的DC-DC电源,从硬件电路设计、控制算法、软件设计三个方面详细具体的阐述了电源的设计过程,以STM32为控制核心,从硬件和软件两方面提高电路精确度,改善搜救机器人因为电压不足或者缺少漏电保护造成搜救无法完成的严重后果。     

新型多单元串联巡检机器人机构研究与设计

针对超高压输电线路巡检机器人作业任务需求和输电线路障碍环境特点，提出了一种新型多单元串联的巡检机器人机构，每个单元由两个串联的平行四边形机构组成.根据机器人的越障机理及线路障碍物类型，规划出机器人的4种典型越障模式，给出机器人的主要结构设计参数，分析了典型越障模式下机器人手臂的工作空间.分析结果表明，该机构具备跨越500kV输电线路上典型障碍的能力，多单元串联的巡检机器人机构能够满足爬坡和转向条件下的越障运动需求.     

一种仿尺蠖式输电线路巡检机器人越障运动分析

针对目前输电线路巡检机器人作业空间小、越障能力差的问题,通过观察与分析尺蠖运动特点,结合仿生学原理,提出了一种仿尺蠖运动的输电线路巡检机器人。运用运动学方法及虚拟样机技术对机器人蠕动式越障运动过程进行仿真与分析,仿真结果表明,机器人结构设计合理,具有较大作业空间,能以蠕动式运动方式跨越线路上引流线等复杂障碍。研制机器人样机并置于模拟线路环境进行实验,实验结果表明,机器人越障过程中重心波动平稳,越障性能稳定可靠。     

关节式双履带移动机器人越障稳定性分析

通过对外部环境的复杂情况及各类影响因素的观测与分析,设计了一种基于非结构环境的关节式双履带移动机器人,该机器人平台由前、后两壳体组成,两壳体由旋转关节相连接,调节式活动装置和履带压紧机构的设计保证了机器人的越障稳定性。在此基础上,以攀越二维崎岖地形、正斜坡地形以及楼梯等三种典型地形为例,对机器人的越障稳定性进行分析和仿真。最后经过实验验证关节式双履带移动机器人的结构设计的合理性和理论分析的正确性。     

双臂巡检机器人位姿变化下沿悬链线行走能力分析

为解决双臂巡检机器人沿输电线行走过程中存在的行走轮受力不均,易打滑脱线等问题,提出一种移动关节主动调节方法.分别建立了传统的双臂巡检机器人、带柔索双臂巡检机器人和带移动关节双臂巡检机器人行走轮受力模型,对比分析发现:机器人在最佳位姿状态下,受力情况最好,不易发生打滑问题.建立了巡检机器人关节变化的动力学模型并设计主动控制器,对机器人行走越障和沿线行走两种工况进行了仿真模拟.所设计的控制器能够协助机器人完成大坡度巡航与行走越障工作,并能够有效抑制关节振荡问题,缩短响应时间.最后开展了机器人行走越障与不同坡度行走实验,表明所设计的控制器能够辅助机器人完成巡检任务,有效抑制了行走打滑问题.