地面机动平台可重构轮履复合推进机构研究现状与展望

可重构轮履复合推进机构兼具轮式推进机构的快速性和履带推进机构的通过性,是提高地面机动平台在极端地形上综合性能的关键技术,在各类机器人和特种车辆上都得到了一定应用.文中在系统调研国内外相关文献的基础上,按轮履构型重构互换原理对推进机构进行分类,着重对比分析了不同构型的结构特点和应用场景,指出了可重构轮履复合推进机构的主要技术难点和发展前景.

轮履式救援机器人结构设计

轮履式救援机器人是一种在紧急救援和灾害应对中发挥关键作用的机器人系统。本文旨在探讨轮履式救援机器人的结构设计,以提高其在复杂环境下的性能和适应性。本文提出了一种具有灵活机动性和高稳定性的轮履式救援机器人设计方案。其原理是采用双履带爬行机器人,经过调节履带角度,实现机器人自由移动,从而达到翻越屏障的目的,并且依靠带有摄像头的机械手臂实现多方位探测巡逻。运用SolidWorks软件对轮履式救援机器人的三维进行模拟装配,验证本论文方案设计的可行性。通过结构设计、材料选择和自主性控制的综合考虑,可以使这类机器人更加适应各种复杂环境,提高救援效能。

轮履复合巡检机器人行走机构的设计及动态仿真分析

针对传统巡检机器人行走机构对非结构化地形适应性差的问题,设计了轮履复合巡检机器人行走机构,并进行动态仿真分析。所设计的轮履复合巡检机器人行走机构前轮采用三角形履带,对地面损伤少,非结构化地形适应性好;后轮采用普通圆形车轮,降低机器人移动能耗。采用理论方法对所设计的轮履复合巡检机器人行走机构的爬坡性能以及越障性能进行分析,获得了理论上的最大爬坡度、越过垂直障碍物最大高度以及通过沟槽障碍物最大宽度。最后借助RecurDyn软件建立了轮履复合巡检机器人多体动力学模型,对不同路面、不同爬坡角度、不同垂直障碍物高度以及不同沟槽宽度进行仿真。结果表明,在爬坡、越障时履带轮张紧力增加,张紧力波动大,驱动轮扭矩增加,驱动轮扭矩波动大。

轮履式爬楼梯轮椅及轮履切换动力学分析

针对目前轮履复合式爬梯轮椅存在轮胎易干涉履带、爬梯时轮椅与顶端平台易发生碰撞等问题,设计了一种以关节型摆臂履带底盘为爬楼梯机构、新型轮履切换方式的轮履式爬楼梯轮椅。建立其数学模型,分析得出质心坐标、攀爬楼梯质心垂向位移曲线以及在轮履切换4个阶段时,摆臂电动机和电动推杆的动力学变化曲线;采用RecurDyn软件对轮椅的上下楼梯模式和轮履切换模式进行仿真,结果表明,轮椅在上下楼梯过程中平稳、安全,轮履切换4个阶段动力学的理论值与仿真情况相符。研究为该类爬梯轮椅的机械结构设计以及电动推杆选型、摆臂电动机选型提供了理论依据。

轮履复合式机器人的结构设计与越障性能研究

为了稳定发挥轮履复合式机器人的最佳越障性能,研制了一种能够根据环境切换多种运动模式的新型轮履复合式机器人。该机器人可以通过独立旋转机体和摆臂切换直立运动和履带运动模式,同时可以通过摆臂的转动大幅度地调节机器人的重心位置,具有较好的越障性能。在对机器人进行步态规划和运动机理分析的基础上,对跨越台阶这种典型运动过程进行了运动学和动力学分析,验证了机器人模式切换的可行性,并计算得到了机器人能够攀爬的台阶高度的最大理论值。最后,根据计算获得的理论数值,利用仿真软件对机器人台阶攀爬过程进行仿真,验证了计算数值的准确性和机器人的越障性能。

轮履模式可切换的移动机器人建模与控制

针对履带式机器人存在身体重、能效低、磨损大等问题,提出一种模式可切换的轮履复合式移动机器人,用动态平衡的双轮运动来克服传统履带式移动的弊端,从而兼顾轮式和履带的优点。将机器人等效为倒立摆系统,运用拉格朗日方法建立了非线性动力学模型;针对机器人不同摆臂姿态下的动态平衡和轮履2种模式的平稳切换,基于线性化模型设计了线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR),并在状态反馈处加入平衡点姿态补偿。仿真结果表明,姿态补偿后的LQR控制器不仅能实现在不同摆臂姿态下对参考输入的快速无超调响应,而且能有效抑制摆臂运动带来的干扰,使得机器人的位置偏差小于0.02 m,俯仰角偏差小于0.0074 rad,保证了轮履模式切换过程的快速与稳定。

基于北斗的轮履复合式清扫车

传统的垃圾清扫依靠大量的人力,拾捡效率低且成本较大,为此设计了基于北斗的轮履复合式清扫车,利用北斗卫星对路况的实时检测及定位功能,实现对街道车流量等信息采集,并自主规划清扫路线。此外,对清扫车的车体结构进行了整体改造,车轮与履带的复合行进模式能够通过大部分清扫工作过程中遇到的复杂地形。

轮履复合式爬梯助残机器人设计与优化

由于社会越来越重视残疾人的需求,各种帮助残疾人的机器人也越来越多。然而,在爬楼方面仍有巨大的潜力可以挖掘,许多拥有爬楼梯功能的助残机器人都存在一些问题。为了提升残疾人的生活质量,本文提出了一种新型的助残机器人,它具备自动爬楼的能力,并对其进行了合理优化。

轮履复合救援机器人的乘适性分析与优化

研究了一种新型轮履复合式救援机器人,它可通过轮履结构的转换在灾难现场等复杂环境中高效地解救和运送伤员。出于对解救伤员在运送过程中安全性、舒适性的考虑,对救援机器人以轮式状态运送伤员的过程进行了振动分析,并利用ADAMS建立救援机器人轮式结构的动力学模型,对其在实际路况的运行进行了仿真分析。考虑人体不同部位不同方向具有不同的频率加权,利用MATLAB设计相应滤波器对仿真所得振动曲线进行处理以计算救援机器人的乘适性。以获取更好的乘适性为目标,通过MATLAB优化工具箱对救援机器人悬架参数进行了优化设计,并进一步验证了优化结果的合理性。

轮履组合式环保机器人的设计与分析

针对室外复杂环境,结合轮式行走机构与履带式行走机构的优点,设计了一种轮履组合式环保机器人,阐述了轮履变换装置及实现。运用大型三维软件UG NX建立了机器人的模型。通过齐次坐标变换建立了机器人的运动学模型,并对正运动学及逆运动学进行了求解。运用UG的运动仿真模块对机械手进行了运动学仿真,结果表明该机械手能够很好的完成收集垃圾任务。

轮履复合式安保机器人移动系统研究

提出了一种新型轮履复合式安保机器人的移动系统设计方案,该移动系统的轮履复合结构设计是机器人底盘设计的关键。根据不同工况路面的移动要求,在轮履复合机构的作用下,机器人可实现轮式移动和履带式移动的变换以调整其运动姿态。结合典型的爬楼越障运动详细分析了机器人的越障过程,进而分析了该机器人的尺度综合。最后进行样机试验,试验结果表明该机器人的轮履复合式移动底盘具有很高的机动性和较强的越障性,且可适应多种复杂路况。

轮履复合式机器人的设计与实现

复合变结构的移动机器人具有更强的非结构化地形适应性。结合变胞机构理论,提出了一种轮履复合式机器人的结构。它可以按照环境要求变为轮式或履带式移动机器人,利用车轮实现高速远距离运动,而用履带来适应复杂地形,也可以轮履并用来跨越障碍。研究了机器人系统的总体结构,设计了其机械结构和控制系统,并制作完成了样机。试验表明,样机能够按照轮式和履带式模式运动,并顺利完成模式转换,具有较强的环境适应能力。

履带变构式轮履复合爬楼轮椅设计

针对爬楼轮椅楼道通过性和平地行走时无需拆分爬楼机构的要求,对爬楼轮椅转向技术和履带驱动技术进行研究,提出一种基于大轮摆动的履带变构式轮履复合爬楼轮椅方案。对爬楼轮椅的大轮摆动机构、履带爬楼机构和履带折叠机构分别进行结构设计,根据功能要求分别对其上楼过程、下楼过程进行分析,论证了方案的可行性,最后通过样机试验,验证了履带变构式轮履复合爬楼轮椅能够在乘坐者自主操作下平稳有效地实现各项功能。

轮履复合式机器人设计及其可包容地形分析

针对野外环境的要求,设计了一种轮履复合式机器人。该机器人采用对称结构,由两组履带、4个车轮、运动模式调整装置和车体组成。它可以用车轮实现高速运动,用履带来适应复杂地形,也可以轮履并用来跨越障碍。研究了机器人系统的核心部件——运动模式调整装置的结构与工作原理,分析了机器人通过台阶、凸台、壕沟、斜面及楼梯等典型障碍时的运动特性及可包容的地形。研制完成的样机结构简单、变换灵活,具有良好的环境适应性。

轮履复合式变形车轮的设计与越障性能分析

不同行进结构对各种复杂的非结构化路面条件具有不同的适应性和通过性.文中结合轮式、履带式运动机构的优点,提出一种可以根据路面条件改变车辆行进模式的新型轮履复合式变形车轮.变形车轮由变径轮辋部件和履带轮部件组成.在同一驱动机构作用下,变形车轮能以轮式或履带式两种运动模式在复杂的路面上运动,使车辆具有良好的地面适应性和通过性.变形车轮采用模块化设计,可以代替普通充气式轮胎直接安装在车辆上.对变形车轮两种运动模式的分析表明:变径比越大,与轮式模式相比,履带模式的爬坡性能和翻越台阶性能优势越明显.

新型轮履复合式移动底盘的动力学仿真分析

提出了一种全地形,可实现轮-履快速转换的移动底盘设计方案,通过安装轮履复合变体式车轮(以下简称变体轮),可实现移动底盘在行驶过程中高机动性与高通过性相结合的目的,介绍了变体轮的工作机理,对移动底盘的驱动方案进行了选择,分析了机构越障过程中的动力输出特性,在此基础上利用多体系统动力学仿真软件RecurDyn建立了移动底盘车辆模型,并进行了越障能力仿真分析,为下一步的结构优化奠定了基础。

电动轮履两用救援灭火小车的创新设计

为保障消防员在高危环境和地形复杂的灾难现场的人身安全及提高救援效率,提出并设计了一种具有全地形通过能力和现场环境实时显示功能的电动轮履两用救援灭火小车。提出小车的总体设计思想,并分别对该小车的行走系统、控制与环境监测系统和消防系统进行详细的描述。在某消防队进行的实体模型演示效果验证了该设计的可行性。

轮履复合式农业机器人越避障控制研究

轮履复合式农业机器人具有行走灵活,通过能力强的特点,本文将模糊逻辑理论应用于轮履复合式农业机器人的越避障控制,设计了模糊控制器,建立了模糊控制规则,MATLAB仿真实验证明,该控制器可有效控制机器人攀越和避过障碍物。

一种轮履复合式森林巡防机器人

研制一种适合林区崎岖路面行驶的小型轮履复合式机器人。机器人主要由移动底盘、竖直升降机构、导航定位模块、无线通信模块和监控设备等部分组成。机械系统采用轻量化设计,确保机器人机动性;电气系统采用模块化设计,以利于快速装配和维修。样机试验表明,机器人具有良好的机动性,可攀爬100 mm垂直高度障碍,跨越300 mm宽度沟壑,在崎岖路面上可达到1 m/s的直线行进速度。升降机构上搭载的外围传感设备可将现场温度、湿度、风速和场景等信息通过无线通信实时回传至上位机,同时通过导航定位模块确定自身地理位置辅助监控人员进行决策,从而大大提高森林火灾救援和盗砍盗伐监控的作业效率。

多姿态轮履复合机器人移动机构设计与分析

对现有传统机器人的移动行走机构进行了研究分析,提出了一种基于变体轮技术的新型轮履复合移动机构设计方案。分别对该变体轮的工作机理和整体结构进行了介绍和设计,并对其整体模型和布局做了简要介绍。比较分析了基于变体轮技术的机器人与传统的机器人,尤其是整体式履带机器人,凸显了较大的优势。着重阐述了该机器人的几种典型运动模式,且对基于四连杆机构的液压伸展臂的运动学做了分析,为机器人的越障动作规划奠定了理论基础。