一种消防六足机器人及其腿部机构运动学分析

提出了一种六足并联消防机器人,并进行了整机概念设计;经过对2UPS+UP机构进行变异,提出了一种新型三自由度易防护腿部机构;对该腿部机构进行了运动学分析,推导了位置反解方程和速度映射关系,分析了工作空间,绘制了工作空间三维图,揭示了其驱动机构几何参数对该机器人越障能力和行走速度的影响规律,设计了一组合理的几何参数。所提出的六足机器人防护性好,在消防、核电泄漏及地震等救灾场合有很好的应用前景。

六边形对称分布六腿机器人的典型步态及其运动性能分析

为了便于在不同地理条件下合理地选择较优的步态,实现稳定高效的智能行走,本文针对一种六边形对称分布的六腿机器人研究其不同步态的优劣.主要从行走能力、稳定性和能耗3个角度对六边形对称结构的六腿机器人在同样占空比下的3种静态稳定周期步态进行了比较研究,此外还简要分析了其越障能力和穿越窄道的能力.研究分析结果表明3种步态(横向昆虫式摆动步态、哺乳动物式踢腿步态和混合步态)在不同条件下各有优劣:横向昆虫式摆动步态在能耗和越障能力方面较其他两种步态有优势;而混合步态在稳定性上最具优势,其它能力处于中间;哺乳动物式踢腿步态则可穿越窄道,步长上较昆虫摆动步态略好.本文的研究工作为六边形对称结构的六腿机器人在未知复杂地貌环境下的智能行走提供了重要参考.

基于RFID无阻塞扫描控制的机器人室内定位设计

针对RFID移动机器人室内定位中的标签扫描问题,提出一种基于六边形分布模式的RFID无阻塞扫描控制方案,用于机器人的室内定位系统设计和误差检测;首先,将RFID标签根据六边形模式进行分布,减小位置估计的静态误差;然后,阅读器利用固定信道分配(FCA)方法给每个标签分配ID,使阅读范围内标签ID都不相同;最后,当阅读器读取信息时,发送查询请求给范围内的标签,标签根据自身ID决定应答时隙,避免冲突;实验结果表明,相比基于树的扫描控制方案,该文方案能够降低标签/阅读器的复杂度,同时具有较小的位置估计误差和扫描延迟,可帮助机器人实现精确定位。

虚实融合的工业机器人实验平台研究

以ABB工业机器人为例,提出六角结构的工业机器人实验平台,通过功能设计和工艺仿真搭建实验平台,构建Unity3D虚拟仿真实验平台,包括工业机器人的工艺虚拟仿真和拆装虚拟仿真。利用工业通信标准OPC UA协议实现虚拟与真实工业机器人间的数据通信,实现了虚拟与真实机器人同步运动。分析了虚拟与真实机器人运动的位置误差,实验结果表明该平台可为智能制造提供虚拟解决方案,同时也是数字孪生概念下的具体技术应用,具有较强的推广性和应用性。

多机器人从正六边形区域在线撤离算法研究

针对多机器人在线撤离未知多边形区域展开研究,在原有撤离区域模型(三角形、正方形、圆形)的基础上提出多机器人从正六边形区域在线撤离问题。设置出口在正六边形区域的边界上,2 k(k≥1)个具有无线通信能力的机器人从相同起点出发,协作搜索出口并撤离。使用机器人全部从出口撤离的时间作为算法的开销,分析算法的效率。根据机器人数量和初始位置分情况讨论,k=1时,机器人的初始位置分别位于正六边形区域的边界和内部;k>1时,机器人初始位置在正六边形区域的边界。针对上述几种情况,分别给出了高效的多机器人协作在线撤离算法,并证明在机器人起点相同的情况下,增加机器人数量对减少算法开销具有正向的意义。

基于新型栅格启发式算法的矿井机器人路径规划

在传统正方形栅格地图中,存在机器人遇到障碍物时沿对角线方向移动易与障碍物碰撞,其绕障和平稳性等方面的能力较差且实时探测过程中每步消耗的时间无法唯一确定等问题。针对上述问题,提出了以正六边形栅格化的工作环境为基础,采用改进的启发式路径搜索算法对多个并行移动的矿井机器人进行路径优化的方法。从绕障转角、绕障能力及最优路径3个方面,对单个机器人在正方形和正六边形栅格建模环境中的运动性能进行比较分析,结果表明:就单个机器人来说,正六边形栅格地图下的路径长度代价小于正方形栅格地图的路径长度代价;从单个机器人的路径规划来看,正六边形栅格地图更有利于获得最短路径,从而得出正六边形栅格比传统正方形栅格更适合于机器人工作环境的建模。针对多个协同操作的机器人并行移动的路径规划问题,在正六边形栅格化的工作空间建模基础上,采用改进的启发式路径搜索算法对多个机器人的路径进行优化:采用改进的启发式估计函数规划多个协同操作的机器人路径,该函数决定了当前机器人所在位置周围所有相邻栅格中哪一个即将被机器人遍历。依据机器人已经遍历的栅格数和候选栅格与该机器人目标栅格之间的变形曼哈顿距离,该启发式估计函数可评估出相邻栅格的适应度值。仿真结果表明:正六边形栅格地图在路径总长及算法运行时间上均比正方形栅格地图减少了10%以上,且有效避免了机器人与静态障碍物之间及机器人之间发生碰撞,提高了机器人的安全性;随着机器人数量的增多,改进的启发式路径搜索算法对正六边形栅格地图的机器人路径和算法运行时间的优化作用更加明显。