管道形轮腿式月球探测机器人

提出了一种由两个机器人单元组成的管道形、轮腿式月球探测机器人（PWLER）。每个机器人单元由管道连接而成的机体、圆柱形太阳能电池板、6条可独立运动的轮腿和1个探测球组成。机器人单元之间通过1根连接轴和3个相互平行的伸缩部件相连。每个伸缩部件由绳子、普通螺旋弹簧和电动机组成。PWLER在结构上的最大特点是采用轮腿和管道结构。PWLER有很多独特的性能,例如:能越过宽度为前、后轮之间距离1/3 的壕沟和高度为1/3腿长的台阶;爬坡时能保持机体处于水平状态;通过增加管道,可很容易地进行容积和探测功能的扩展;倾翻对PWLER的行驶没有影响。PWLER倾翻的仿真试验表明PWLER具有良好的倾翻稳定性。

变形六轮腿式机器人越障性能分析与结构优化设计

为了提高移动机器人的越障能力,提出了一种变形六轮腿式移动机器人总体结构,分析了其越障原理及机器人越障时前腿机构的运动特性要求。利用多体动力学仿真软件Adams,建立了前腿机构的参数化模型,分析了前腿特征点在越障过程中的运动轨迹变化。提出了前腿机构越障过程的两个约束条件,以前腿机构越障高度最大为优化目标,对影响机器人越障性能的关键参数进行了优化设计。优化结果表明:前腿机构的越障性能得到了大幅提高,并且满足越障时的运动特性要求,为移动机器人的总体设计与研究奠定了基础。

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.

六足机器人轮腿结构设计与仿真分析

针对移动机器人在复杂地形环境适应能力弱的问题,设计一种新型六足轮腿复合式机器人。对机器人的基本结构及轮腿结构进行设计,阐明轮-腿模式转换机理,简述腿式三足步态及轮式步态规划,利用ADAMS软件对机器人进行动态仿真,并对轮腿结构进行有限元分析。仿真结果表明:六足机器人轮腿结构满足设计要求,能通过转换轮腿结构使机器人以腿式或轮式模式移动,兼具腿式、轮式2种机器人的优点。

轮腿式六足智能消防机器人设计研究

火灾发生后室内外环境变化迅速,消除人员有时很难深入现场进行抢险救援,足式机器人的地形适应能力较强,为此,文章研究轮腿式六足智能消防机器人设计方法,设置轮腿式六足机器人各腿的受力参数,根据正向运动学原理定义消防机器人的摆腿范围,完成轮腿式六足智能消防机器人的设计。以楼梯爬坡为测试条件进行对照测试,测试结果表明,该文设计的轮腿式六足机器人,整个路段的重心轨迹与楼梯轮廓一致,具有较好的稳定性。在模拟火灾环境时,对障碍路段的轨迹重建时间平均为0.04 s,符合救援应用要求。

月球探测(车)机器人技术的发展与展望

简述当前国内外探月研究进展及月球探测(车)机器人研究发展情况。基于月球的复杂环境特征,对比轮式运动与步行式运动月球探测(车)机器人的优势与缺陷,重点介绍了一种新型六轮腿式月球探测机器人方案。该方案具有高机动性,越障能力强,容错性好等特点,对该方案主要技术性能、本体结构、运动系统、轮腿切换机构工作原理等关键技术进行了探讨。

一种低驱动自由度高越障能力的轮腿式机器人设计

针对轮腿式移动机器人机构控制复杂及越障能力有限等问题,通过对六足轮腿式机器人行走规律进行分析,创新性地设计了一种空间多平行四边形的双自由度连杆机构,该机构有效地降低了行走机构所需的驱动电机数量,优化了轮腿式机器人的机构控制。面向不同的地形状况,对机器人各行走轮进行协同控制设计,构建出多种越障模式,以增强机器人的越障能力。对机器人各驱动轮进行特定布局设计,保证系统重心始终处于其"支撑六边形"的中间区域,有效抑制"重心瞬移"现象,以实现对机器人轮足轨迹的稳定性控制。最后,通过仿真分析,验证了文中设计的六足轮腿式机器人在提高越障稳定性及越障高度方面的有效性。

六轮月球探测车运动学建模与分析

本文根据六轮摇臂式月球探测车的结构特点,以闭链坐标变换和瞬时重合坐标法为基本工具,详细推导了六轮探测车的正、逆运动学模型,分析了相关的运动学特性;在运动学建模与分析中,将车轮滑移单独提取出来考虑,给出了滑移量的估算方法。本文的研究结果为六轮月球探测车的结构分析与运动控制提供了有力的基础。

月面六足机器人机构设计与行走控制方法综述

随着中国后续月面探测任务向更加复杂特殊地形深入,对具有强地形适应性的月面机器人提出了迫切需求。六足机器人具有机构冗余、行走静态稳定的特点,是应对月面复杂地形高机动性移动的典型解决方案。调研了国内外月面六足机器人的研究现状,对比了不同月面六足机器人的技术特点。在此基础上,梳理了现有六足机器人的机构设计和行走控制方法,对机器人单腿机构、足端构型、多足布局方式、步态规划与切换、足力分配与柔顺等方面进行了系统总结,以期为中国月面六足机器人的工程应用提供参考。

基于弧形腿的可调多辐条六足机器人设计研究

近年来在紧急救灾作业、海底测量、行星探测等领域机器人的投入使用力度越来越大。轮腿结合的复合式机器人兼具高移动性和较强的地形适应能力,这一点备受国内外科研人员的关注。本文以RHex机器人为蓝本提出一种多辐条的弧形腿结构,每个轮腿可以根据不同地形安装1个、2个或4个弧形辐条,以此结构设计新型六足机器人并对机器人行进步态进行研究,该机器人相比于RHex有更高的稳定性和运行速度。

六轮机器人逆运动学的几何诱导迭代法研究

机器人控制对实时性要求高,其逆运动学的快速求解是机器人控制领域的重要问题。在传统的逆运动学求解方法中,大多采用数值迭代的方法,该方法具有一定的通用性,但是该方法同时也有迭代收敛慢或者不收敛的问题。针对数值迭代法在机器人逆运动学求解过程中遇到的运算量大、收敛速度慢、结果唯一性难保证、无法确保实时性要求的问题,提出利用机器人机构的几何特点加速迭代收敛的方法。研究机构的几何特点,找出其表达参数,仅对必要的变量进行迭代运算,其他关节变量由机构几何特点获得的解析式求得。在满足实时性要求的前提下,该方法能以较少的迭代次数达到需要的求解精度。六轮机器人是广泛研究的一种月球探测车模型,机构较为复杂。针对该具体结构的数值仿真表明,该方法快速有效。

轮腿臂复合的月球移动作业机器人研究

月球探测机器人不仅要具备高适应性、高移动性的移动能力,还需要实现复杂的钻取土壤等作业任务。设计了一种轮腿臂复合的月球移动作业机器人,以中心对称六足机器人为基础,采用模块化思想设计了腿、轮腿和腿臂复合分支,不仅能实现高适应性、高机动性的轮腿复合运动,还能实现复杂的双臂协同作业。引入1个具有剪叉的被动轮,保证轮行模式下机器人的稳定性。建立了机器人3种模式:足行模式、腿臂模式、轮臂模式的运动学模型,并设计了模式之间的切换运动规划。基于ROS环境,仿真验证了所提出的运动学模型和运动规划的可行性,使机器人在切换模式与夹取物体中保持运动整体的连续性。

一种适应月面极端地形六支链轮足机器人设计与步态验证

针对未来月球探测大范围移动、复杂地形进入任务需求,设计了一种六支链轮足复合机器人,可满足可折展、高冗余度、高安全性的月面使用要求;设计了机器人足式、腿式、轮足结合通过极端地形条件的特殊步态,在仿真环境及地面模拟地形条件下对机器人构型及步态设计开展了验证,仿真及试验结果表明,六支链轮足复合机器人对崎岖地形、大障碍地形等复杂地形有较强的适应能力.多种移动模式、灵活步态为未来机器人在月面的多样化应用提供了更大的可能性,可为后续无人及载人月球探测提供方案参考.

月球探测车移动系统的关键技术分析

为研究月球探测车移动系统,基于月球的复杂环境特征,确定月球探测车移动系统应具备的主要功能。在对以往的腿式、轮式和履带式等各类型移动系统结构特点综合分析的基础上,确定六轮摇臂-转向架式移动系统的设计方案,该系统具有性能优越、自适应能力强等特点。通过深入研究该系统的具体结构,得到其主要的技术性能参数。并对其轮系结构、转向机构、能源系统的特点及所涉及的关键技术进行深入探讨。

基于协调运动控制的摇臂式探测车路径多属性决策

为保证探测车行驶路径节能、快速、安全,在协调运动控制的基础上,对多条待选路径进行多属性决策。根据六轮摇臂式探测车的准静力学模型和基于速度投影定理的运动学模型计算协调运动控制的目标转矩和目标转速。根据摇臂式移动系统的被动变形适应性计算探测车处于任意地形时摇臂的摆角,建立了地形参数与协调运动控制参数之间的关系。在此基础上,计算各条待选路径对通过路径所需能量、通过路径所需时间、路径地形起伏状况和路径长度等属性的属性值。利用TOPSIS法进行多属性决策,从中选择最优路径。数值仿真结果表明,多属性决策系统所选择的最优路径,兼顾节能、快速、安全等因素,避免了单属性决策的片面性。

月球探测车研究现状及发展趋势

简述了月球探测车的研究历程,其发展经历了轮式、腿式、履带式及轮腿式等形式,分析了其各自的特点,发展趋势向着小型化、智能化、协作化、低能耗和功能集成的方向发展。

一种星球探测六足轮腿机器人的设计与运动规划

针对星球探测,设计了一种具有高度对称性的六足轮腿机器人。为适应星球表面的复杂环境,该机器人具有不仅在机身水平面内中心对称而且关于机身水平面对称的结构,同时能够通过腿部构型的变化实现两种运动方式:轮行模式和足行模式。机器人的膝关节采用双平行四边形的传动机构,克服了现有足式机器人膝关节平行四边形机构传动的奇异问题,增加了膝关节的转动范围,实现了单腿关于机身水平面的对称运动。设计了一种基于指数坐标在SE(3)空间上规划的自适应步态,机器人可以利用该自适应步态在没有视觉传感器和局部地图的条件下,仅依靠足底力传感器和机身的惯性测量单元,实现自主连续稳定的行走。利用该机器人结构的高度对称性,提出了一种倾倒恢复策略以适应星球探测过程中的需求。以Adams和MATLAB为虚拟的仿真环境,对六足轮腿机器人的运动模式切换、自适应步态及倾倒恢复进行了仿真,验证了可行性。