面向林地作业的腿履复合移动机器人构型设计与越障策略研究

针对林地地面环境复杂、台阶和倒木障碍多的问题,设计一种腿履复合移动机器人。在分析犬类腿部骨骼结构参数和运动特性的基础上,设计3关节构型与履带复合的移动机器人腿部结构,为了尽可能减轻整机质量,将履带部件和机器人腿部的大腿结构有机融合。构建机器人单腿的运动学模型,分析机器人足端工作空间,提出针对腿履复合移动机器人的林地越障策略,仿真分析越障过程中机器人关节的动态特性。仿真结果表明:利用腿部关节摆动和履带推进的组合和适时切换,该腿履复合移动机器人能实现灵活的台阶和倒木障碍的跨越;越障过程中,除与障碍接触时刻的关节力矩突变外,腿部关节力矩变化平稳,履带运动模式和足式运动模式切换平顺。研究为下一步机器人样机研制和控制系统开发提供了技术基础。

可重构闭链步行平台的设计与越障策略研究

为解决闭链步行平台重构调节后越障攀爬效率与平顺性问题,基于Watt型闭链腿机构设计了包含机架杆长和倾角参数的耦合调节机构,在保持单重构动力的同时减小质心波动并降低驱动功率需求。建立了越障概率模型计算越障期望,研究了双参数重构下全周期障碍攀爬策略,进行了样机设计并开展了行走与越障试验,结果表明,双参数耦合调节设计可增加平台与障碍接触面的贴合度,提高越障平顺性。

立面三维可越障清洁机器人系统

针对目前立面清洁机器人壁面吸附能力与越障能力不足的缺点,课题组设计了一种基于4旋翼无人机技术的立面三维可越障清洁机器人机械系统。针对外墙清洁机器人的运动策略及越障策略,采用旋翼吸附的原理,设计了机器人系统结构及机器人本体结构组成;采用无人机技术和升降系统的设计,实现了机器人本体6自由度方向的运动能力;采用无人机技术和履带式行星轮,实现了机器人的越障功能。进行了样机实验,结果表明该机器人具备运动与越障的可行性和平稳性。

基于视觉的闭链多足机器人自主运动控制方法

闭链多足机器人环境适应性强、稳定性高,具备复杂户外环境下运动的潜力,然而现有基于模型的控制方法难以主动获取地形信息,在复杂户外环境中自主行走难度大;基于视觉的方法能够主动获取环境信息,但难以根据地形自主切换步态。为此,提出了基于视觉的闭链多足机器人自主运动控制方法,建立了从视觉图像到步态的直接映射。主要内容包括:通过运动学分析和数据拟合建立运动学模型和越障策略;采用融合YOLACT++的地形可通行域划分算法,基于中点像素采样法在可通域内生成导航路径。为验证所提方法,搭建了多地形组合仿真场景和实际场景并进行实验,结果表明闭链多足机器人能够在陌生环境下自主行走,且能够根据地形切换步态。