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.

可轮式运动的小型双足机器人控制系统设计

设计了一种可轮式运动的小型双足机器人控制系统。以单片机为核心控制器,采用舵机驱动关节完成足式运动,采用直流电机驱动车轮完成轮式运动。HMR3000作为传感器进行姿态角检测,辅助机器人完成各种运动。分析了其足式运动、轮式运动和轮足互换的过程并进行了实验验证。结果表明,控制系统为机器人提供了很好的运动控制平台,满足机器人的控制要求。

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。

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。

轮腿式六足智能消防机器人设计研究

火灾发生后室内外环境变化迅速,消除人员有时很难深入现场进行抢险救援,足式机器人的地形适应能力较强,为此,文章研究轮腿式六足智能消防机器人设计方法,设置轮腿式六足机器人各腿的受力参数,根据正向运动学原理定义消防机器人的摆腿范围,完成轮腿式六足智能消防机器人的设计。以楼梯爬坡为测试条件进行对照测试,测试结果表明,该文设计的轮腿式六足机器人,整个路段的重心轨迹与楼梯轮廓一致,具有较好的稳定性。在模拟火灾环境时,对障碍路段的轨迹重建时间平均为0.04 s,符合救援应用要求。

六足机器人轮腿结构设计与仿真分析

针对移动机器人在复杂地形环境适应能力弱的问题,设计一种新型六足轮腿复合式机器人。对机器人的基本结构及轮腿结构进行设计,阐明轮-腿模式转换机理,简述腿式三足步态及轮式步态规划,利用ADAMS软件对机器人进行动态仿真,并对轮腿结构进行有限元分析。仿真结果表明:六足机器人轮腿结构满足设计要求,能通过转换轮腿结构使机器人以腿式或轮式模式移动,兼具腿式、轮式2种机器人的优点。

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。

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。

一种低驱动自由度高越障能力的轮腿式机器人设计

针对轮腿式移动机器人机构控制复杂及越障能力有限等问题,通过对六足轮腿式机器人行走规律进行分析,创新性地设计了一种空间多平行四边形的双自由度连杆机构,该机构有效地降低了行走机构所需的驱动电机数量,优化了轮腿式机器人的机构控制。面向不同的地形状况,对机器人各行走轮进行协同控制设计,构建出多种越障模式,以增强机器人的越障能力。对机器人各驱动轮进行特定布局设计,保证系统重心始终处于其"支撑六边形"的中间区域,有效抑制"重心瞬移"现象,以实现对机器人轮足轨迹的稳定性控制。最后,通过仿真分析,验证了文中设计的六足轮腿式机器人在提高越障稳定性及越障高度方面的有效性。

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。

基于弧形腿的可调多辐条六足机器人设计研究

近年来在紧急救灾作业、海底测量、行星探测等领域机器人的投入使用力度越来越大。轮腿结合的复合式机器人兼具高移动性和较强的地形适应能力,这一点备受国内外科研人员的关注。本文以RHex机器人为蓝本提出一种多辐条的弧形腿结构,每个轮腿可以根据不同地形安装1个、2个或4个弧形辐条,以此结构设计新型六足机器人并对机器人行进步态进行研究,该机器人相比于RHex有更高的稳定性和运行速度。

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。

基于异形Stewart平台的电动并联式六轮足机器人

针对现有的机器人承载能力不足、复杂环境下适应能力弱以及运行速度慢等特点,创新性地提出了一种基于异形Stewart平台的电动并联式六轮足机器人,该机器人集成了轮式运动与足式运动的优点,可实现轮式、足式以及轮足复合式运动。首先,对机器人的机械结构与控制系统进行设计,然后,为了实现在复杂环境下稳定的行走,足式上设计三足"对角步态"、"两足步态"和"单足步态"的稳定行走算法,实现了机器人稳定且匀速行走;设计了一种在足式步态中调整"支撑项"与"腾空项"占空比的控制算法,克服了足端与地面接触瞬间对机身整体速度带来的影响。轮式运动设计了6轮协同控制,具备6轮独立驱动、独立转向等功能。轮足复合式运动模式下具有变高度、变支撑面、变轮距等功能。通过对电动并联式六轮足机器人多种运动模式进行试验,结果验证了电动并联式六轮足机器人性能的优越性以及控制算法的有效性。

电动并联六轮足机器人的运动驱动与多模态控制方法

提出一种并联六轮足移动机器人.该机器人设有多模式Stewart型腿结构,其负载能力大,集成了轮式运动和足式运动的优点,可实现足式、轮式、轮足复合式运动.首先,阐述了机器人设计思路,对电动并联六轮足机器人的硬件系统和控制系统进行设计.其次,针对足式运动模式,设计了一套完整的足式"三角"步态和稳定行走算法,该算法可降低足端与地面之间的垂直方向冲击,防止足式运动拖腿或打滑;针对轮式运动模式,设计并介绍了6轮协同控制和轮式协同转向原理;针对轮足复合式运动模式,介绍了变高度、变支撑面、变轮距、主动隔振控制原理,重点分析了主动隔振控制和变轮距控制,可实现主动隔振及姿态平稳控制,提高了机器人在崎岖颠簸地形下的轮足复合式运动的稳定性.最后,对电动并联六轮足机器人的足式、轮式、轮足复合式运动模式进行实验,实验结果验证了本文提出的并联六轮足移动机器人设计的可行性和各运动模式下驱动与控制算法的有效性.