新型轮腿式机器人研究

设计与研制了一种新型小尺寸、轻体重、多用途的轮腿式机器人,集中了腿式机器人地形适应性强和轮式机器人机动速度高的优点,可在复杂地形条件下以多种行进步态和运动方式完成特殊的机动任务.开发了上位机人机交互系统和基于ARM的嵌入式运动控制系统,实现了多轴伺服运动控制技术,在控制、反馈各环节之间以及机器人视觉系统中采用了无线数据通信方式,实现了机器人的远程遥控.并辅助以超声波探测器阵列,用多传感器信息融合技术配以实时避障算法和数字图像处理技术实现了机器人的自主运动及探测.仿真分析和原理样机实测表明,该机器人具有良好的越野行驶能力和稳定可靠的探测性能,为进一步研究小型多用途机器人理论和实践奠定了基础.     

轮腿式机器人的稳定性控制准则

腿式运动模式具有运动灵活、环境适应能力强的特点,但其稳定性控制是一个重要的问题。在分析轮腿式机器人运动特性的基础上,建立了轮腿式机器人的稳定性姿态描述方法,分析了不同稳定性准则的特性和适用性,提出了适合于轮腿式机器人稳定性控制的倾斜边界稳定性准则,并给出相应的稳定性控制方法,为轮腿式机器人的稳定性控制奠定基础。     

管道形轮腿式月球探测机器人的运动学建模

针对月球的微重力特性、地形的不连续性、部分驱动轮打滑、部分车轮短时间离开地面甚至机器人发生侧翻的复杂情况，用移动机器人在不同时刻不同斜面上的运动学模型组成机器人在崎岖不平地面上行驶的复合运动学模型的方法(TPCM)，为管道形轮腿式月球探测机器人(PWLER)建立了正向和逆向运动学模型．运用正向运动学模型，根据PWLER各驱动轮的转速可估算出机器人相对于绝对坐标系的位置和姿态．运用逆向运动学模型，根据PWLER期望的前进速度和转弯半径可确定出各驱动轮的速度．从而为PWLER在三维地形上的自主导航和路径跟踪提供了理论依据。     

新型变形轮腿式移动机器人的运动学分析及设计

移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、军事侦察、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.兼具良好的机动性及越障性是移动机器人快速适应非结构化复杂环境的首要性能指标,结合轮式行进机构强机动性与腿式行进机构优越障性的变形轮腿式移动机器人受到普遍青睐.然而,现有变形轮腿式移动机器人在设计与优化方面仍存在变形形式过于复杂、设计方法缺乏理论依据等不足.针对上述问题,提出一种结构紧凑、操作简便的新型轮腿变换结构,借助电磁离合器分离运动的原理,通过改变轮-腿变形动力输入促使轮与腿相对运动,以曲柄滑块机构触发轮-腿结构径向扩展,完成由轮式变形为腿式的过程.定义变形过程中曲柄滑块机构的压力角为机动性指标、变形前后结构的展开比为越障性指标,进而开展变形结构的尺度综合,优化结果表明新型变形轮腿式移动机器人的展开比为1.92,可越过高度为150 mm的障碍物.基于优化后的尺度参数,建立变形轮腿式移动机器人越障过程的动力学模型,确定驱动电机参数,设计并制造物理样机.最终开展软件仿真与实验研究,仿真结果与理论分析结果一致,表明优化设计方法与动力学建模方法的有效性,实验结果证明所设计的变形轮腿式机器人具有...     

助老助残四足/两足可重构并联腿步行机器人运动学建模与仿真

结合并联腿步行机器人和可重构机器人的优点,设计了一种新型的助老助残四足/两足可重构并联腿步行机器人,进行了该机器人的构型设计。以四足并联腿步行机器人为研究对象,根据步行机器人整机的结构特征和基本并联腿的运动特征,将整机的运动学问题转化为单个并联腿的运动学问题,建立了机器人整机系统的完整的运动学模型,进行了机器人在爬行步态下的仿真分析,得出了驱动器杆长的仿真曲线。该项研究为四足并联腿步行机器人整机的动力学分析和控制奠定了一定的基础。     

搬运助力外骨骼机器人运动学建模与仿真分析

为辅助工作人员高效轻便地完成搬运工作,设计一款结构合理与运动灵活的搬运助力外骨骼机器人。利用D-H参数法分别建立了外骨骼机器人下肢和上肢的运动学模型,对其进行正逆运动学求解。利用Pro/E软件建立搬运助力外骨骼的三维实体装配模型,并将其导入ADAMS中构建虚拟样机模型进行运动学仿真。仿真结果表明,下肢外骨骼能够满足人体运动,符合人体行走特征,上肢外骨骼符合人体搬运托举物体的特征。     

多臂机器人系统的运动学分析

低序体阵列采用“阵列”而非“矩阵”的形式描述多臂机器人系统的拓扑结构。基于低序体阵列，运用偏（角）速度、广义速率等概念，形成多臂机器人系统的运动学模型。该模型以偏（角）速度为方程系数的基本组合模块，具有形式简洁且易于化的特点。以双臂机器人刚性夹持物体为例，讨论了该算例的运动学特性，并给出了相应的数字仿真结果。     

基于MATLAB机器人运动学分析与仿真

随着生产技术的不断提高,工业机器人已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。为了研究具有高负载能力机器人的运动性能,对165 kg重载机器人进行运动学求解,再利用MATLAB中的机器人插件完成重载机器人运动模型的搭建,并进行运动过程的仿真,得到重载机器人运动过程中各关节变量与末端位姿之间的关系,从而优化重载机器人的本体结构设计,缩短机器人的研发周期,节约研发设计成本。     

模块化软体机器人多模式运动分析

为了探讨模块化软体机器人驱动模式多样性对实现有效运动的影响,设计了一个6模块软体爬行机器人,并进行了多模式运动分析。使用差动运动模块设计了一个通过前进波在机体上的传递实现运动的机器人;分析了爬行过程中充放气模块的受力状态和充放气模块位置间隔之间的关系,得出了满足充气时模块获取的运动量、放气时模块向前传递运动量这一单向运动必要条件的位置间隔关系式,依据该模型得到了6模块机器人的10种可行运动模式;采用集中质量法对机器人建立拉格朗日动力学模型,通过ADAMS仿真验证了不同驱动模式的可驱动性;通过实验验证了机器人的可行运动模式并得出了不同模式下的运动速度。研究结果表明:使用充放气模块位置间隔关系公式来分析模块化爬行机器人运动模式可行且准确;多模块软体机器人具有丰富的运动模式,依据驱动模式的不同即可实现运动速度的变化;通过选用高效的运动模式A1D2,多模块机器人可实现最大运动速度13.2mm/s。     

基于坐标变换的具有可操舵轮的移动机器人运动学建模

为了提高移动机器人的灵活性和机动性,人们提出了最大限度地利用普通常规轮的运动自由度来实现移动机器人的平面自由运动。当移动机器人具有n(n≥2)个可操舵驱动轮时,它可以实现平面上的自由运动,即它具有3个自由度。针对轮式移动机器人的运动学建模问题,基于坐标变换法,提出了一种解决具有可操舵轮的移动机器人运动学建模的通用方法,建立了在满足理想运动约束条件下的运动学模型,并以具有2个可操舵驱动轮的3自由度移动机器人为例,给出了运动学仿真结果。     

工业机器人运动学参数误差两步识别法

提出了将转动误差和定位误差分离的参数误差两步线性识别方法,利用刚体相对转动误差识别出仅与转动相关的运动学参数误差;由已校准的参数并利用刚体距离误差识别出其余的运动学参数误差,两步识别法不仅避免了测量坐标系与机器人坐标系的转换以及参数估计误差的传递,而且有效解决了距离方法中存在的奇异和非线性问题,可以快速求出参数误差的线性解,该识别法不仅可以用于串联、并联机器人的校准,而且适用于数控机床、坐标测量机等的误差识别与补偿。     

一种新型起重机器人的运动学分析与应用

阐述了绳牵引并联机构的特点及其在起重领域的应用,提出了1种新型起重机器人的构型设计,建立了该机构的运动学模型并对其进行位置分析和静力学分析,得到了该机构的位置正解和位置反解。在静力学分析的基础上,给出了确定工作空间的条件,并在MATHEMATICA环境下编程仿真,得到了该起重机器人的工作空间。最后对其水平控制功能进行了验证。     

溜冰机器人运动学分析

设计了腿轮混合结构的溜冰机器人，基于常规的运动学分析方法，建立了相关的惯性坐标系和滚轮坐标系，并根据滚轮在法向无滑动，切向作纯滚动的假设，建立了中心定位轮的运动约束方程及机器人的运动学模型，提出了法向和切向运动特征矩阵的概念，并讨论了机器人的移动性问题，得出机器人存在运动的条件，设计了溜冰机器人运动学状态空间表达式和运动学控制方程，以溜冰机器人为例，分析了其转弯和直线滑行时的运动学问题。     

Direct and Inverse Kinematic Analysis of a Leg-wheeled Passive Wheel Mobile Robot - Ice-skater Robot

A new passive wheel type of leg-wheeled mobile robot based on rolling principle was introduced. To enhance the stability and maintain vertical to the ground of wheels, four passive wheels were installed at the end of four legs respectively and parallel mechanisms were used as legs. And an inertia coordinate system and a robot coordinate system were established, the related kinematic equation of the robot was gotten according to some assumptions after the configuration or the posture of wheels and legs was analyzed. At the same time, the turning conditions of the robot were also obtained. Based on the motion principle, the VSS-based logic control system was designed and the skating straight experiments and the turning experiments were conducted. And some conclusions were drawn.     

可重构星球探测机器人的运动学建模及轨迹规划

提出了可重构星球探测机器人的概念，对系统中子机器人的研究进行了重点论述．通过设计恰当的子机器人连杆坐标系，利用Denavit-Hartenberg方法完成了子机器人的运动学建模，并直接给出了子机器人的运动学正解模型．由于使用单一的求解算法不能求出工作空间的封闭解，因此综合利用代数法、几何法原理及空间投影关系，结合子机器人的结构特殊性推导出了运动学逆解，从而得到了工作空间内的所有解．在此基础上，考虑结构间的约束关系，给出了子机器人的工作空间及轨迹规划方法．最后，使用OpenGL对设计的子机器人系统进行了运动学仿真实验，实验以末端操作器的直线运动为例，充分考虑空间几何的关系，其结果有效地证明了建模及轨迹规划的正确性。     

具输入及输出树状链并联机构的运动分析

在普通六自由度并联机器人研究的基础上,提出一种更具一般形式的并联机构,并着重讨论了建立其一、二阶运动影响系数矩阵和机构的位姿速度和加速度的求解.     

基于Matlab的双足机器人单腿运动学仿真研究

摘要：双足机器人有良好的地面适应能力,它可以通过改变腿部结构来达到跨越不同的障碍物的,具有广阔的应用前景。针对双足机器人结构复杂,运动控制困难的特点,研究了其单腿的运动学模型并利用Matlab中的Simulink和 SimMechanics工具箱建立了单腿的可参数化的仿真模型,对腿部的运动情况和控制输入输出进行仿真,仿真结果表明腿部的结构参数能够实现预定的运动,为双足机器人腿部参数的优化和样机的研制提供了理论依据。     

六自由度冗余度磨削机器人的运动仿真

应用等效运动模型法建立了六自由度串并联复合驱动型冗余度磨削机器人的运动方程，开发了运动仿真软件，分析了机器人的加工空间，给出了仿真软件的应用方法和实例。仿真结果表明，与其本体结构相比，该机器人具有较大加工空间。所开发的仿真软件是机器人设计、分析、编程及控制的重要基础模块。     

一种新型SCARA机器人运动学分析及仿真

针对传统SCARA机器人末端操作的局限性问题,设计了一种新型SCARA机器人,通过改进SCARA机器人末端结构来增强传统机构的灵巧性。应用旋量理论建立了运动学模型,并进行了正运动学求解,得到各关节运动与末端位置的关系。根据杆长条件和关节运动范围,求解了机器人的工作空间。最后,应用ADAMS建立虚拟样机模型,探究该新型机构在特定运动区域内的工作路径,并将其可达空间与传统SCARA机器人对比,证明了该机器人可增强传统机构的灵巧性,并求得精细操作范围。该机器人可解决多角度操作问题,为工业生产中的复杂作业提供参考。