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.     

基于旋量与包络理论的蛇形机器人安全攀爬

针对正交关节连接的蛇形机器人,文中提出了一种新的基于旋量与包络理论的螺旋攀爬运动研究方法.首先应用旋量理论对蛇形机器人进行运动学建模与求解,以降低传统D-H参数法建模的复杂性;然后基于包络思想分析蛇形机器人在攀爬运动过程中与圆柱杆的接触关系,提出了二值图像表示法来揭示机器人与圆柱杆的包络状态;最后基于弹性包络的分析结果,求得蛇形机器人的螺旋攀爬力,进而提出以安全攀爬力和攀爬系数为优化目标的控制参数优化模型.仿真结果表明,攀爬力与弹性包络状态间具有一致性,从而验证了文中提出的优化模型的正确性.     

基于TRIZ理论的搬运机器人优化设计

为解决当前物流行业普遍存在的劳动力大且费工费时等问题,研制了一种混联式搬运机器人,基于TRIZ理论,并结合系统功能分析、因果轴分析对机器人进行优化设计。     

TRIZ理论与可拓学的融合方法研究

在比较了TRIZ理论与可拓学解决问题优缺点的基础上,对二者进行了方法学融合,提出了基于TRIZ理论与可拓学解决矛盾问题的一般方法.该方法首先通过可拓学的基元模型获得问题的矛盾属性,然后运用TRIZ对应的解决工具,找到适合该问题的原理解.而后依据TRIZ原理解的指导,结合机构实际的结构及安装布局,运用可拓变换方法获得多种可行的解决方案.最后利用优度评价方法获得问题最终理想解.并根据此方法对一种喷嘴的结构进行改进,进一步证明了二者间的融合能够较为便捷的获得理想方案.     

TRIZ理论在风电产品设计中的应用

介绍了TRIZ理论的产生及其理论体系,重点介绍了其在产品设计创新中应用最为广泛的TRIZ矛盾理论,包括矛盾的定义、分类及相关的解决原理,并结合实例说明了TRIZ理论的矛盾理论在风电产品设计中的应用及在企业中推广TRIZ理论的重要意义。     

利用TRIZ理论解决液压技术问题

简要介绍了TRIZ理论的起源、发展和思想与理论体系,以及TRIZ解题工具,包括技术矛盾、物理矛盾、物场模型等。提出了利用TRIZ理论解决液压技术问题的思路,并对TRIZ在液压工程中的应用进行了研究,针对现实中出现的液压技术问题分别采用"技术矛盾分析"、"物理矛盾分析"与"物场模型分析"给出了相应的解决方法。通过现场实践,证明了TRIZ理论在解决液压技术问题时简便可行,并且取得了明显效果,指出了将来TRIZ理论在液压技术上的应用具有广阔的前景。     

一种阶梯攀爬机器人的新型智能控制策略

针对现有的移动机器人不能很好地适应存在未知障碍的楼宇环境,结合阶梯攀爬机器人的运动特点,设计了两个模糊控制器——避障控制器和阶梯识别控制器.利用模糊控制器输出权值,协调控制量,实现阶梯攀爬机器人在未知楼宇环境中的自主避障与翻越阶梯.通过仿真及实验验证,该机器人在模糊控制器与权值协调的控制下,能较好地适应未知楼宇环境.     

基于TRIZ与可拓学的半自动手推叉车设计

针对产品设计过程中存在的问题,将TRIZ与可拓学结合,提出一种TRIZ与可拓学交叉融合求解方法:利用可拓学简化问题、提取矛盾、拓展原理,采用TRIZ理论获得矛盾的原理解决方案、可拓模型拓展,最后应用可拓优度评价求解方案.进一步利用这种交叉融合方法求解实际问题:对于现有叉车中液压升降机构液压油泄露和效率偏低的问题,提出基于卷簧片的半自动手推叉车设计方案,对于卷簧片升降机构中存在的问题,提出倒圆加强板提高强度,并进行了升降机构的实验验证.     

变拓扑四面体机器人攀爬安全性与参数分析

变拓扑四面体机器人是基于自主纳米群技术的一种具有多重自由度的机器人系统,由可伸缩结构(伸缩杆)和连接部分(节点)组成的四面体结构为基本单元。分析了机器人沿壁面攀爬运动的典型过程,并利用ADAMS软件进行了动态仿真实验。分析了攀爬过程的安全性问题,给出了机器人在垂直壁面和倾斜壁面的静态安全性条件,同时分析了接触力与静摩擦系数对运动特性的影响。结果表明:接触力与静摩擦系数为影响攀爬特性的关键参数,接触力和静摩擦系数越小,在一个运动周期中机器人的有效位移越小,负向速度越大,两者过小时将会导致运动的失效。     

基于TRIZ理论应用的校园刷卡式自动售货机研制

近年来,TRIZ理论(发明问题解决理论)在国内日益兴起,尤其在广大的中小企业得到广泛应用,解决了无数的工程问题。因此本论文基于TRIZ理论的矛盾矩阵和40条发明创造原理,针对目前,自动售货机在校园对学生便利性较差,运营成本过高等原因导致自动售货机在国内各校园推广不够的缺点进行TRIZ分析,并得到了特定的解决方案。将校园一卡通与市场流通的自动售货机进行技术整合,并采用校园网进行相关数据传输。通过解决实际的技术矛盾,说明TRIZ理论解决产品创新问题的过程。     

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.      

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。     

跳跃机器人各关节的动力学仿真分析

基于跳跃机器人在越障方面优于轮动或爬行机器人的特点,设计了一个三关节跳跃机器人,并建立了简化的机构模型.从分析力学的角度对机器人进行运动分析,采用拉格朗日法建立了站立相和腾空相的动力学方程,并用Matlab对动力学方程进行了数值仿真.仿真结果表明各关节在电机驱动下有小幅度振动.这一结果说明在研究跳跃机器人的稳定性时,要解决各关节小幅度振动问题.     

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.     

可重构四足机器人的结构设计与协同导航算法

可重构足式机器人作为移动机器人的一个重要分支,具有承载能力好、运动灵活、适应性强等特点。综合变胞Metamorphic理论和机器人驱动技术,设计一种自由切换形态的足式机器人,可广泛应用于校园、工厂等复杂场景的物流工作。提出不同形态间的切换方案,针对倾覆后的翻身动作提出对应的方案,可以适应复杂的任务。设计场景中包含动态行人的协同导航算法,采用时空-图注意力神经网络对机器人节点和行人节点进行建模,并从历史轨迹中提取出行人和机器人的潜在特征,通过实验验证算法的可行性,实验结果证明了该算法具有更好的行人未来轨迹预测能力。     

轮足复合式爬壁机器人研究综述

当前轮足复合式机器人机构主要包含轮足结合、分离复合以及变形轮足,分别能够实现不同障碍通道的移动作业、复杂未知环境的探索操作以及突发应急救援等应用。然而,针对船舶、压力储罐等金属立面环境,轮足复合式爬壁机器人必须兼具壁面适应、越障和壁面过渡的全位置自主作业能力,应用于壁面焊接、清洗、检测等作业任务。对比分析当前的国内外研究,轮足复合式爬壁机器人针对在垂直和倾斜壁面的工程应用有良好的适用性,它具备适应复杂曲面工作面并能够应对非结构化工作场景。轮足复合式爬壁结构在应对曲率变化、非结构化壁面等工作将会有良好的应用前景。     

Development of two rescue robots for disaster relief operations in narrow debris

This paper proposes two novel rescue robots,including a cutter robot and a jack robot,which are aimed to contribute to rescue activities such as to cut through obstacles and to jack up debris in dangerous sites and narrow spaces,where a rescue team can not work or approach.Firstly,a multilinked tracked rescue robot platform composed of connected crawler vehicles is developed,which has high mobility on irregular terrain and ability to move into narrow collapsed structures.Then,the cutter robot and jack robot are designed on the basis of rescue robot platform equipped with a cutter or a jack mechanism and corresponding manipulators in the front segment.The cutter refitted by an angle grinder is able to cut through 10 mm diameter steel bars.The electric jack mechanism designed based on multiple layers screw sleeves structure can lift up 300 kg load from 70 mm to 400 mm.Experimental results validate the capability of the two rescue robots.     

小型自适应翻转攀爬机器人的设计与实现

为解决高空作业的危险性问题,设计并实现了一种小型自适应翻转攀爬机器人。机器人由5 个连杆和4 个关节组成,通过加速度传感器获取关键连杆的位置,并按照设定距离实现跨步、翻转动作。提出了翻转机器人的翻转控制算法,并利用PID( Proportional-Integral-Derivative) 闭环控制算法提高翻转机器人的攀爬动作精度。通过实验可知,翻转机器人的单次跨步平均耗时为29 s,跨步距离最大相对误差为4． 5%,平均相对误差为2． 1%,最大负重3． 79 kg,可实现稳定的连续攀爬。     

非完整约束下的轮式移动机器人轨迹跟踪

研究轮式移动机器人运动控制中非完整约束系统的轨迹跟踪性能。从非完整约束定义入手,通过非完整约束系统的判据和特点,推导几类典型的轮式移动机器人的运动学模型。通过一类控制Lyapunov函数来构造系统的控制器。利用Matlab/Simulink建立了非完整约束下的二轮和三轮机器人运动学模型,设计控制器实现机器人对圆形轨迹的跟踪。仿真结果显示:该控制器轨迹跟踪性能为稳态。通过轨迹曲线得到2种机器人的运动特点和相互关系。     

小型智能家居机器人的设计与实现

为实现低配机器人完成较高智能的服务, 设计并实现了一款小型智能家居机器人。 该机器人能高效、 自 主地建立环境地图, 规划出最优路径到达目标点, 从目标点取物后沿原路返回。 机器人通过红外低配传感器感 知未知环境, 并建立栅格地图; 通过宽度优先搜索规划出两点间的最优路径。 采用北京博创的“创意之星冶模 块化机器人平台设计并搭建了一款具有抓取功能的轮式机器人, 将提出的算法在机器人上进行了实现。 实验 表明, 提出的算法可在低配机器人上实现并完成指定的功能, 该机器人适用于家居环境, 能辅助老年人完成一 定的取物操作, 对机器人的发展起到了积极的推动作用。