变胞手爪攀爬机器人多姿态力学分析

为了同时满足在实际生产中对攀爬机器人越障能力和负载能力的高要求,设计了一种带变胞手爪的仿生攀爬机器人。变胞手爪在夹持过程中,手指在接触到管道之后进行限位,通过机构变胞,使各手指在一定角度内依次转动,能稳定抓取不同类型的管道。利用虚功原理建立了变胞手爪在夹紧管道时各手指与管道之间接触力和驱动力的静力学模型。根据理论计算结果,在ADAMS中对攀爬机器人在多种姿态下的攀爬运动特性进行了仿真分析,实现了攀爬机器人在不同管道上的攀爬。仿真结果表明,攀爬机器人在多姿态下具有可靠夹持能力和稳定运动能力,验证了攀爬机器人的结构设计和变胞手爪力学模型的正确性。

刚柔耦合变胞手爪夹持稳定性及适应性分析

针对目前手爪夹持式爬管机器人存在的稳定性和适应能力不足的问题,基于欠驱动和变胞原理,设计了一种刚柔耦合变胞手爪。首先对该手爪进行了结构设计及工作原理分析;其次基于弹性力学接触理论和摩擦学原理,提出了手爪夹持稳定性的判断方法;然后提出了基于刚柔耦合迭代分析的静摩擦力计算方法,计算了真实的夹持静摩擦力,通过对比刚性和刚柔耦合状态下手爪夹持的静摩擦力大小,验证了刚柔耦合结构具有更高的夹持稳定性;最后利用Adams进行了各类管道的夹持仿真,验证了该手爪具有较好的适应性。

基于变胞机构的仿生爬管机器人结构设计与力学分析

现有的爬管机器人在设计时常侧重于适应性、越障能力和负载能力的某一方面,无法同时满足实际作业中对各方面性能的综合需求。为此,基于仿生学原理和变胞理论设计了一种新型爬管机器人,兼具适应性、越障能力和负载能力三方面的性能。建立了变胞手爪和机器人整体的静力学模型,分析了机器人在3种状态下所需的手爪夹紧力和足部摩擦力;设计了爬管机器人在竖直攀爬和翻转运动时的步态,并基于Adams对爬管机器人进行了运动学和动力学仿真,得到爬管过程中夹紧力以及摩擦力的变化规律;实现了机器人在管道上的稳定运动,验证了机器人结构设计及力学模型的正确性。