轮足式机器人机构设计及越障性能分析

越障能力和地形适应能力是移动机器人性能评价的重要指标。以提高越障能力为目标,设计了一种轮足式越障机器人,采用头部连杆机构辅助越障,同时对其头部连杆机构进行了参数设计。利用瞬时功率守恒原理建立了越障机器人的运动学方程,得到了越障过程中的速度变化规律,在此基础上,采用Adams进行了机器人运动仿真,模拟机器人爬越台阶面的运动情况,并分析了机器人爬越台阶面的越障性能。结果表明,所设计的轮足式机器人具有良好的越障能力。

基于分数阶的电动轮足式机器人腿部阻抗控制研究

为了减少机器人足端落地冲击力,提高机器人对复杂地形的适应能力,将基于位置的阻抗控制应用于电动轮足式机器人足式运动过程的柔顺性控制,提出具有分数阶结构形式的阻抗控制器以改善系统的接触性能.由于位置闭环的带宽会影响目标阻抗的实现,引入逆位置环补偿环节以提高系统的阻抗跟踪性能.仿真与实验结果表明,分数阶阻抗控制不仅能够实现足端与地面的稳定接触,而且相比于常规的二阶质量-阻尼-弹簧阻抗控制,能实现更好的接触过渡性能.

基于自适应阻抗控制的轮足式机器人隔振控制研究

轮足式机器人在行进过程中不可避免要与环境发生交互,在环境信息(刚度与位置)未知与时变的情况下,传统的阻抗隔振力控制方法由于目标阻抗模型的参数固定,存在鲁棒性较差的问题.在阻抗控制的基础上,基于Lyapunov稳定性定理设计了自适应阻抗控制器.该方法通过一个位置补偿量来间接调整阻抗参数,使系统稳态误差为零,提高了控制方法对未知多变环境的适应性;针对机器人轮式运动通过不同减速带的隔振问题进行了实验,证实了自适应阻抗控制方法的优越性.

一种轮足式爬楼梯机器人的倾翻稳定性研究

为研究载人机器人的倾翻稳定性,针对一种新型轮足式爬楼梯机器人,提出了分析方法。考虑爬楼梯机器人具有人机交互的特殊性,将地形和人体坐姿对机器人的影响等效为干扰力和干扰力矩,结合力-角度量法和稳定锥方法计算机器人的动态稳定性指数。分析了机器人爬楼梯过程的动态稳定性并进行仿真,同时仿真比较了机器人的四种构型在440 N的干扰力和135 N·m干扰力矩作用下的抗倾翻性能。仿真结果表明了该轮足式爬楼梯机器人在运动过程中具有较好的稳定性。

轮足式爬壁机器人的磁吸附结构设计与优化

近年来,随着中国劳动力成本的不断上涨,机器人协助或代替人工作业已受到越来越多人的关注。通过开发爬壁特种机器人,可以减少对自然环境造成的污染,降低工作风险和强度,提高劳动效率。然而,在大型金属立面维护机器人作业过程中,永磁吸附会影响机器人的越障灵活性,提高越障灵活性变得尤为重要。针对一种具有越障能力的三段式轮足爬壁机器人本体模型,设计了一种体积小、单位磁能积大、磁铁-轭铁-磁铁交叉排布且能够在机器人越障时提供可靠吸附力的复合式变磁力吸附模块。通过设定优化函数对复合式变磁力吸附模块的各项参数进行逐级优化设计,包括复合式变磁力吸附模块与壁面间距、复合式变磁力吸附模块上部轭铁厚度及磁铁厚度、复合式变磁力吸附模块磁铁间隙轭铁厚度、磁铁宽度及间隙数,从而得到详细的复合式变磁力吸附模块模型,以132 mm(长)×212 mm(宽)×39 mm(高)的体积就满足了机器人越障状态下单组复合式变磁力吸附模块所需提供的3200 N吸附力。

轮足式包装搬运机器人减振装置设计

目的为了降低轮足式包装搬运机器人在仓储运输等工作过程中受到振动冲击时对工作性能的影响,实现轮腿结合处的减振功能需求。方法提出一种油压缓冲器与机械减振装置相结合的设计方案,分别用能量法和有限元法分析减振装置中主要弹性元件的刚度系数,比较采用不同结构弹性元件条件下驱动轮的刚度特性。结果设计了具有油压缓冲器与平面S形弹性片的轮足式包装搬运机器人驱动轮机构,并进行了样机的轮式移动实验和环境冲击实验。实验过程中机器人的本体运动幅度波动很小,运行平稳,表明轮足式包装搬运机器人减振装置能有效地减少落地冲击,降低环境对包装件的物理冲击,验证了该减振装置设计的合理性与实用性。结论该减振装置设计方案可以有效地减少轮足式包装搬运机器人在工作过程中受到的振动冲击,减小环境对包装件的物理作用,提高机械本体与电气元件的安全性,使它的工作性能更加稳定。

轮足式仿人机器人行走机构设计与仿真分析

针对轮足式仿人机器人行走机构的功能需求,利用SolidWorks软件对轮足式仿人机器人行走机构机械部分进行三维建模,采用D-H参数法建立机器人运动学模型并推导正逆运动学方程,利用SolidWorks、Adams软件对机器人行走机构进行了原地蹲起和跳跃的动力学仿真,完成行走机构的机械设计。

半轮足式机器人的设计及研究

为了保证火灾、地质灾害及煤矿事故等非规整地形下的移动机器人的运动效率和越障能力,提出一种半轮式越障结构并设计一种半轮足式移动机器人。其控制系统采用两块AT89C52芯片,一块用于接收控制信号,一块用于控制步态运动,两块芯片采用串口交换控制信息;对半轮足的运动控制及状态采集分别采用L298N芯片及反射型光电探测器RPR220,它们均受控于步态控制的AT89C52芯片。文中采用静态和动态分析相结合的方式分析了半轮足的越障能力和半轮足式移动机器人的越障能力及影响因素。为了折中运动效率和越障能力,规划四足步态和五足步态,依据静态稳定裕度法对半轮足机器人的稳定性进行分析。实验结果表明,所提出并设计的半轮足式移动机器人的越障能力和规划的步态与理论分析一致;验证了步态、弧度与越障能力之间的关系;步态中驱动力越大,越障能力越优;弧度越大(最大为π2),越障能力越优。

轮足式仿生软体机器人设计与运动分析

基于自然界中弯曲蠕虫的运动原理,借鉴其结构特点,设计一种双腔结构的轮足式仿生蠕动软体机器人,利用硅橡胶材料的超弹性特征,通过在多气囊结构中充气挤压变形使软体机器人本体结构发生弯曲,周期性的充放气实现软体机器人的蠕动运动。引入轮足式设计,将软体机器人软体基体的蠕动运动转变为车轮的旋转运动,加快蠕动型机器人的运动速度,通过向软体基体双腔充入不同气压,实现大角度转弯。分析了蠕动机器人周期性的直线运动和转向运动过程,研究了机器人运动过程中的非线性力学特性,测试了软体基体双腔充气状态下变形量与气压的关系以及单腔状态下转弯角度与气压的关系,分析了软体机器人的最快行进速度和最小转弯半径,确定了软体机器人的运动性能。

欠驱动式柔性轮足机器人的腿部结构及步态设计

轮足式机器人兼具轮式和足式机器人的移动速度快及越障能力强等优点,但也存在崎岖路面运动稳定性差、控制难度高的问题。腿部运动结构设计是影响轮足式机器人运动特性的重要因素。为此,本文采用柔性四连杆机构原理设计了一种新型的四足轮足机器人欠驱动式腿部结构,并基于D-H法建立该轮足机器人腿部的运动学模型;在求解机器人腿部运动空间的基础上,依据工作空间及机器人最大效率原则,规划了该机器人的步态;结合多足机器人规范化能量稳定裕度原理对机器人进行了运动步态分析,得到该轮足机器人周期步态规范化能量稳定裕度规律。通过基于Matlab腿部运动仿真及SolidWorks稳定性仿真,结果表明该四足轮足机器人腿部结构具有规划步态的可行性和较高稳定性。

四足轮腿式移动机器人的步态分析及轨迹规划

针对外星复杂的地表环境,基于2-UPS/(S+SPR)R闭环并联机构,设计了一种四足轮腿式移动机器人。通过对比机器人在运动过程中的稳定裕度与重心调整量得到最优步态,利用ZMP法衡量了机器人在静步态下的稳定性,并用改进的复合摆线法规划了足端的运动轨迹。在整个运动过程中,机械腿运动平稳,速度、加速度变化较为平滑,不会出现对机械腿造成损坏的较强冲击;且在抬腿和着地瞬间,速度、加速度均为0,不会对机身产生冲击。分析结果表明,该四足轮腿式移动机器人运动灵活且平稳,适用于外太空的探测。

多地形复用轮足履式机动平台设计与仿真分析

随着全球城市化进程的快速发展,地下空间作为一种丰富的空间资源,在军用和民用领域出现了极大的需求。然而地下空间复杂多变的地形,决定了设备需要具备良好的越障、地面快速行驶和轨道行驶的能力。对此,本文调研了国内外的机动平台的结构形式以及路轨两用技术的研究现状,发现现有的平台结构形式均不能全部满足上述需求。因此有必要针对地下空间的特点研发地下空间适用的复合地形高机动平台。本文设计了一种多地形复用轮足履式机动平台,在分析场景特点的基础上,对其大小尺寸、功率、驱动系统、动力系统、转向系统以及质量进行了分析计算。最后进行了上月台和驶过复杂崎岖路面的动力学仿真。结果表明,所设计的平台可以很好地适应地下空间的复杂地形,对加强国家安全、加快国家建设具有重要作用。

一种轮足组合式擦玻璃机器人机构设计研究

为提高擦玻璃装置的实用性和自动化水平,提出了一种新型轮足组合式擦玻璃机器人,能够实现自主越障和双向清洗功能,并通过改善整体运动性能提高清洗效率。通过对机器人清洗和越障状态进行力学分析,得到了保持安全稳定性的条件,为机器人合理的机构设计、选型和控制提供依据。

基于正交试验及能耗的轮足机器人腿长研究

参考仿生学原理,针对轮足式机器人的结构特点,对其进行了拓扑结构及运动学分析;采用正交试验的方法对腿长进行仿真分析,并基于能量消耗作为评价指标,得到了能量消耗最低的腿长组合。该结论为轮足式机器人腿长的尺寸确定提供了新的参考。

地面机动平台多模行走系统构型综述

地面机动平台多模行走系统主要包括轮履式、轮足式、轮履足式3种构型,给出了每种构型的结构分类及典型应用,并对其进行比较。可为地面机动平台论证提供参考。

Wheeled foot quadruped robot HITAN-I

In view of the robot running environment, the structure of wheeled foot and quadruped are adopted in this robot system, which combines the priorities of both wheeled robot and legged robot. Based on CAN bus, the two-class robot control system using multiple controllers and drivers is constructed. At the same time, serial inverse kinematics of swaying leg and parallel inverse kinematics of supporting legs are analyzed independently. The forward gait and turning gait are planned and experiment image is given at last.