微小型机器人嵌入式自驾仪设计

分析了不同类型微小型机器人对自驾系统的共性需求.提出了一种基于ARM(AdvancedRISCMicroprocessor)和μCOS-II的嵌入式自驾仪设计方法,给出了从需求分析、功能设计、结构设计、硬件设计、软件设计的系统设计过程,并分别从上述各方面对自驾仪的通用性进行了探讨.层次化的体系结构、模块化的硬件、结构化的软件以及无精确模型的模糊控制方法使得设计出的自驾仪经过简单的硬件调整和软件定制,就能适用于仿生机器鱼、履带机器人、小型无人机等不同的微小型机器人平台.经过多次试验验证,该自驾仪性能稳定、具有一定的通用性,弥补了专用自驾仪在多元异构群体中应用时的成本高、协调控制困难、兼容性和维护性差等不足.

模块化可重构履带式微小型机器人的研究

研制了一种模块化可重构履带式微小型机器人.单个微小型机器人可以独立运行,多个微小型机器人可以重构成链形机器人和环形机器人.微小型机器人结构紧凑、体积小、重量轻.采用了微控制器和PC机两级控制体系,两级间采用蓝牙通讯.实验结果验证链形机器人具有较强的越障能力,能爬越楼梯;环形机器人具有高速及路面适应能力强的特点.

压电陶瓷驱动微小型机器人的运动分析与仿真

为满足桌面工厂对机器人在平面内大行程、高精度和全方位运动的要求,研制了一种压电陶瓷驱动的微小型机器人.该机器人采用stick-and-slip运动原理,通过压电陶瓷和电磁铁的配合动作,在铁磁性工作表面上实现了前进、后退、左转、右转和原地旋转运动.在假设平行配置的压电陶瓷驱动器在每一步的运动过程中保持平行基础上,分析了一步运动中机器人的4个支撑脚的坐标变化情况,进而推导出在该条件下反映机器人位姿变化的运动学差分模型.计算结果显示,机器人直线运动最大步长为0.042 0 mm,旋转运动最大偏转角度为0.185°/步.通过开环轨迹控制、点-点位姿控制和路径跟踪闭环控制实验,验证了机器人应用于桌面工厂时的可行性.

面向微小型机器人的5.8GHz微波能量传输系统

提出了面向微小型机器人的5.8GHz微波能量传输系统,采用Ritz-Galerkin(RG)方法建立了微波能量传输系统射频整流电路模型,分析了整流二极管的整流性能,得到了输入功率与输出电压、整流效率与负载比之间的关系.设计了八木振子天线,提高了能量接收的定向性.最后搭建了微小型机器人微波能量传输实验系统,开展了利用微波传输能量驱动微机器人的实验,验证了利用微波能量传输系统为微小型机器人供能的可行性.

无线微小型机器人及其驱动控制

研制了一种面向微操作的微小型机器人,并开发了其无缆化控制系统。该机器人机械本体由基于宏／微复合驱动的移动定位平台和3自由度球基微操作器构成。机器人总体尺寸不超过90 mm×70 mm×60 mm。机器人的宏动部分采用轮式驱动,选用轴直径为3 mm的微型电动机,运动速度可达100 mm／s,定位精度0．5 mm,运动分辨率0．1mm。微动部分基于尺蠖蠕动原理通过压电陶瓷和电磁体配合,速度可达200μm／s,定位精度50μm,运动分辨率2 μm。球基微操作器基于黏滑原理利用3根四分压电陶瓷管驱动,可实现旋转和俯仰运动,运动分辨率可达0．001。。所有驱动电路均集成到机器人本体内,采用锂聚合物电池供电,通过蓝牙模块和上位机的图像处理系统通信。嵌入式控制软件将机器人的运动全部分解为简单运动,控制算法采用多线程方式,保证了驱动控制的实时性,并且具有很强的抗干扰能力。

微小型机器人的新型步行机构——柔铰五杆机构

基于微小机械设计的一体化思想 ,通过分析五杆机构在小范围运动状态下近似线性的传动特性 ,把平面多自由度的闭链五杆机构和易于实现尺寸微小型化的柔性铰链结合在一起 ,提出了一种柔铰五杆机构 .给出了这一机构的设计理论和方法 ,并应用到微小型机器人的步行机构上 ,对其进行了仿真验证 .结果表明 。

双压电膜驱动微小型机器人建模与实验测试

该文分析了基于双压电膜驱动微小机器人的惯性冲击式运动原理,建立了机器人压电振子的等效电学模型,采用有限元法对双压电膜驱动器进行模态分析,确定了微小型机器人运动的激励信号频率,并求解了双压电膜等效电学模型中的电学参数。在此基础上对该微小机器人进行了实验测试,结果表明,机器人最高速度为200mm/min,最大输出力为0.1N。

微小型机器人嵌入式远程实时控制系统设计

云平台控制系统不能将机器人的运动状态数据反馈给相关操作模块,使其不能在短时间内完成控制动作。为解决此问题,设计新型微小型机器人嵌入式远程实时控制系统。通过嵌入式控制框架设计、多直流控制电机设计、实时控制节点设计三个环节,完成系统的硬件运行模块搭建;通过逻辑控制流程设计、实时数据库设计、远程数据传输方式设计三个步骤,完成系统的软件运行模块搭建。对比云平台控制系统、微小型机器人嵌入式远程实时控制系统的运行数据可知,随着新型系统的应用,控制动作完成时间缩短50%,运动状态数据反馈速率提升50%。

基于视觉反馈的全自动微小型轮式机器人

为实现精密定位与全方位运动,采用两个微型电机对角驱动原理,设计了一种新的全方位微小型轮式移动机器人.利用蓝牙技术在短距离内进行无线数据传输的优点,来实现机器人无缆化、自动化,以及对机器人的运动控制与位置控制.通过实验测试,机器人达到了0.05 mm的运动分辨率.最后采用CCD相机作为测量元件,并利用所建立的实验系统,引导机器人完成了对目标的自动跟踪实验研究.

全方位精密微小型移动机器人的运动分析

采用压电陶瓷作为微驱动元件,设计了一种尺寸为50 mm×50 mm×10 mm,基于尺蠖蠕动原理工作的新型全方位精密微小型移动机器人,以其作为负载平台,用于精密操作过程中对微小元件的搬运、操作、精密定位等.在介绍尺蠖蠕动工作原理的基础上,对机器人的运动特性进行了分析,建立了机器人全方位运动模型.对机器人进行了分辨率、定位精度以及全方位运动等的实验研究,实验结果表明,该机器人负载能力约为750 g,最大工作频率可达40 Hz,运动速度可达208μm/s,运动分辨率可达50 nm,开环直线定位偏离率约为5%;在采用了逐次逼近法进行误差补偿和显微视觉实现闭环控制后,定位精度可达100 nm,可以作为一种通用的高精密移动定位平台,在机器人上集成多种精密微操作器件后,可完成多种微作业任务.

压电双层膜驱动管内移动微小型机器人的研究

提出了一种新型管内移动微小型机器人,采用压电双层膜驱动器和惯性冲击式原理（IDM）,实现在直径为φ16~18mm的直管内的稳定运动.对惯性冲击原理进行了理论分析和动态仿真,通过实验,验证了微小型机器人的运动原理和运动能力实验结果表明,在峰值为50V和频率为1100Hz的锯齿波电压驱动下,该微小型机器人的直线运动速率可以达到3.5mm/s.理论分析与实验结果验证了惯性冲击原理在本设计中的可行性和有效性,并为管内移动微小型机器人的优化设计提供了理论依据.

微小型自主侦察机器人设计

针对室内狭窄区域的侦察需求,设计了微小型自主侦察机器人BMS-1的机构系统和控制系统,并对传感器进行了配置。通过实验测试证实,该机器人能够避开障碍物,寻找并躲避在隐蔽处,具有一定的自主侦察能力。

一种基于粘滑运动原理的微小型机器人建模与实验

为实现微小型机器人的精密运动定位,提出一种基于粘滑运动原理的足式微小型机器人.机器人足由双压电膜驱动,本身为空间不等截面的弹性梁结构.首先建立了柔性足的有限自由度模型和机器人系统的动力学模型.然后根据粘滑驱动中的粘滞和滑移过程的不同特点,分别对粘滞过程的静力学与滑移过程的瞬态动力学进行了分析,得到了机器人运动位移、分辨力与驱动电压之间的关系,并分析了粘滞-滑移过程中摩擦力的变化以及足尖的状态切换过程.分析结果表明,在粘滞阶段,基体的静态位移与驱动电压近似呈线性关系,且随驱动电压的增高而增大;在滑移阶段,由于柔性足的振动及振动与摩擦力的耦合关系,足端的滑移距离及基体位移与驱动电压之间存在非线性关系.建立了机器人样机,对机器人的运动分辨力和位移响应进行了测试,实验数据显示,基于粘滑运动原理,机器人可以实现0.88μm的高运动分辨力.

面向显微操作的混合驱动式微小型机器人的开发与应用

提出了一种适用于显微操作的混合驱动式微小型机器人,它由平面行走模块和纵向微动模块两部分组成.其中,平面行走模块采用尺蠖蠕动式驱动原理,在堆叠式压电陶瓷的驱动下通过2块电磁铁的协调动作可以实现在铁磁性工作台上的前后移动、左右转弯及原地旋转运动;纵向微动模块采用线性音圈电机(LVCM)驱动,通过改进传统音圈电机的结构形式,克服了重力方向驱动时容易产生高频率的振动、重复精度差等非线性问题,实现无摩擦的竖直方向运动.分析了各模块的驱动原理、性能和负载特性,并通过显微操作自动对焦实验验证了所开发的混合驱动式微小型机器人的有效性和其应用的可行性.

基于粒子滤波的微小型移动机器人红外定位研究

对微小型移动机器人之间的协作定位问题进行了研究.根据微小型机器人的结构特点,建立了它们之间的红外定位模型.在红外定位的基础上,将粒子滤波算法应用于微小型移动机器人的状态估计中.结合红外传感器信息更新各时刻机器人位姿信息的粒子集,并利用粒子集逼近机器人当前时刻的位姿状态.通过实验和误差分析,对所建立的基于粒子滤波的红外定位方法的可行性进行了验证.

微小型仿生变体驱动机器人的研究

为了满足各种极限环境下的检测和作业要求 ,需要研制一类环境适应性强 ,负载能力大的机器人。本文运用变体仿生学的原理 ,结合机械手 D- H法 ,研制成功微小型仿生变体驱动机器人。实验证明 ,机器人控制灵活 ,具有较大的负载能力和很强的环境适应能力 。

微小型自主侦察机器人控制系统设计

狭窄区域侦察和大面积探测在军用和民用领域都有着较大的应用需求,这使得微小型自主机器人成为了研究热点之一。然而,体积和重量的限制导致微小型机器人运算能力、通信能力和传感能力十分有限,因此,微小型自主侦察机器人控制系统的设计成为难题。在微小型自主侦察机器人BMS-1中,通过配置不同传感器和采用适当的控制算法,实现了避障和寻找并躲避在隐蔽处等基本自主行为,最后进行了实验测试和得出了相关结论,提出了本文的创新所在。

微小型自主侦察机器人系统

安全是人人关心的主题，而现在各种恐怖、犯罪事件困扰着许多圆家，本项目正是在这样的时代背景下应运而生，通过这种携带摄像头的微小型机器人能够广泛运用于各类犯罪现场。机器人将获取到的即时图像并通过无线模块传输到操纵人员的手提式控制单元，操纵人员通过图像遥控机器人运动，使其成为一双可以移动的“眼睛”．

微小型翻转爬楼梯机器人抗跌落技术

微小型地面移动机器人高越障性能与便携性是一对难以解决的矛盾。北京理工大学研制的小型四轮机器人采用车体翻转方式实现了小型移动机器人爬楼梯功能,该机器人重约2.5 kg,便于携带,可短距离抛掷使用。针对上述翻转爬楼梯机器人样机,提出跌落分析3项关注点及评估标准,建立了橡胶材料的超弹性本构关系模型及金属材料考虑应变率的弹塑性模型。基于Abaqus建立有限元模型,对高度1 m情况下水平、竖直、侧向竖直三种典型跌落姿态进行仿真计算,寻找机构存在问题,并在车轮、壳体、电机轴联接方式等方面提出改进措施。对改进后结构进行对比计算,结果验证了改进措施的有效性,改进后机器人能够承载高度3 m的跌落冲击。

PTR2000在分布式微小型机器人中的应用

在分布式微小型机器人无线通信系统的设计中,采用PTR2000作为无线收发模块,各机器人采用Atmega16作为微控制器,采用半双工的通信方式和CRC-16校验算法进行纠错和校验,并制定相应的通信协议,可以有效地提高通信质量。