一种多模式轮腿移动机器人的设计与分析

移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.轮腿式移动机器人因具有良好的机动性与越障能力而受到青睐.然而现有轮腿式移动机器人机身大多不可变形,导致机器人运动模式较少,地形适应性一般.且机身易与障碍物发生碰撞,无法在具备良好的爬坡能力的同时保证跨越障碍物的效率.针对上述问题,本文提出了一种采用多连杆可变形机构作为机身的轮腿式移动机器人.在设计机器人轮腿及可变形机身的基础上,建立机器人整体运动学模型,据此规划机器人3种运动模式:同步步态、翻滚步态和蜷曲-伸展步态.开展机器人在典型地形(平坦地面、松软地形、上升坡度、下降坡度、障碍物)下的运动性能分析,揭示机器人结构参数与地形特征(爬坡角度、障碍物高度)映射关系.最后基于理论分析结果搭建物理样机并开展实验.实验结果表明,本文所设计的多模式轮腿移动机器人的最大爬坡角度和越障高度分别为44°和28 mm,具有良好的爬坡能力与越障性能.此外,得益于多模式运动特点,机器人在包含平坦地面及松软地形在内的多地形下均具有良好的通过性,验证了机器人方案的可行性.本文为多模式轮腿运动机器人的设计与应用提供有益参考.

基于Mecanum轮的轮腿式全方位移动机器人的研究及设计

为了保证移动机器人的机动性和灵活性,提高登台越障运动的能力,设计了一种基于Mecanum轮的轮腿式全方位移动机器人。采用M3508直流无刷减速电机和4个Mecanum轮相配合的方式,实现机器人的全方位运动;通过同步带传动,完成前后辅助腿的伸缩运动,达到登台越障效果;采用STM32F405RGT6单片机控制中心板驱动底盘驱动电机和辅助腿伸缩电机,完成指控动作;利用串级PID控制电机,减少稳态误差,提高系统稳定性。结果表明,基于Mecanum轮的轮腿式全方位移动机器人机动性强、登台越障能力相对于普通移动机器人得到显著提高。

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。

基于激光雷达的轮腿式机器人爬楼可通过性研究

基于现阶段移动侦察机器人的应用场景多处于城市环境的背景下,综合轮式速度快、腿式越障能力强的特点,设计了一款用于攀爬楼梯的轮腿式移动机器人。提出了轮腿式机器人攀爬楼梯的控制策略,并通过对比实验验证了轮腿式机器人在攀爬楼梯方面具有明显的优势,同时针对移动机器人在未知环境下无法对楼梯可通过性进行判断的问题,通过分析激光雷达扫描楼梯图像,建立线性回归模型得到楼梯的坡度,这为机器人在实际工程应用中路径规划提供了基础。

一种轮腿式森林防火机器人的研究与设计

随着机器人研究的进步,越来越多的移动机器人可以在很多场合实现人类难以完成的工作,该领域有无限的发展潜力和研究价值。由于森林地形的高度复杂性和不确定性、野外火灾发生具有危险性等,这些因素加大了对森林火情勘测的难度。本文结合GDA(Gravitationally Decoupled Actuation)方法并根据降低能耗原理,设计出了一种兼具轮式机器人的高速稳定性和腿式机器人的地形适应能力的轮腿式混合型机器人。通过Solidworks对轮腿结构进行构型设计及建模,基于烟雾识别、温度传感以及远程遥控技术,设计并搭建出火情监测云台,并基于STM32对轮腿式移动底盘的控制进行分析。