轮-履复合可变形机器人的移动机构参数分析

针对非结构环境地形特点,结合轮式、履带式移动机构在复杂地形环境中的运动特点,设计了一种适应于非结构环境的轮-履互换、履带几何形状可变化的复合型移动机器人。该轮-履复合型移动机器人的机构系统由一个控制箱体和两个相同的轮-履复合移动单元模块组成。每个轮-履复合移动单元模块由运动轮和几何形状可变的履带轮构成,在一个驱动力的作用下根据不同的约束环境而表现为轮式和履带式两种运动特征,同时此单元模块具有轮-履互换、履带几何形状可变等特点。运用理论推导、参数优化等方法对轮-履复合移动单元模块的机构参数进行了分析综合,并经仿真分析验证了机构参数选择的合理性,为轮-履复合、履带可变形移动机器人的机构参数化设计提供了理论依据。

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。

一种“轮-足-手”多模式复合移动机器人

设计了一种具有“轮-足-手”多种模式切换的移动机器人,在它的腿部设计了一种轮腿复合机构,可以实现足式和轮式两种结构,使机器人能够自由在六足、六轮、四足+双手、四轮+双手多种模式下自由切换,胜任多种复杂的工作。分析了六足运动和四足运动模式下的步态,以及轮式运动的规律,通过建模与仿真实验验证,为具有“轮-足-手”多模式的移动机器人在救援、探测、巡检等领域的应用,提供了一个可行的思路和设计方案。

机器人柔性轮-爪变形机构设计及运动分析

为了提高轮式机器人的越障能力、改善机器人平地运动的平稳性,设计了柔性轮-爪变形机构及机器人运动模式转换传动方案。详细介绍了变形轮的变形原理,并对变形轮的变形过程进行了运动学分析以及Adams运动学仿真,仿真结果与理论结果基本一致。通过理论与仿真相互验证,确定了准确的舵机脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)波控制范围的设置。为验证所提出方案的可行性,以变形轮半径80 mm为例,通过Adams虚拟样机仿真及样机平台实验,验证了所提出变形轮的越障能力。结果表明,在平地运动时,机器人采用柔性结构具有更强的平稳性。

具有自适应能力轮—履复合变形移动机器人的开发

针对非结构环境中路面软硬相间、平坦与崎岖并存的地形特征,结合轮式、履带式移动机构的运动优点,提出并研制一种对非结构环境具有自适应能力的轮—履复合变形移动机器人(NEZA-I)。NEZA-I由控制箱体单元和两个相同的可变形轮—履复合(Transformable wheel-track,TWT)移动模块组成。每个TWT模块在一个驱动力作用下能以轮式和履带式两种运动模式在复杂路面上运动,也能根据地面约束力变化而改变运动模式(即轮—履互换)和调整运动姿态(即改变履带几何形状)。对移动机构平台的设计方法不仅可提高驱动电动机的使用效率,也可简化对机器人的控制。试验表明,NEZA-I可通过调整自身机构以合理的运动模式及姿态通过复杂路面环境,具有较好的环境自适应性和越障性能,验证了该移动机构系统设计的合理性。

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-履复合被动自适应机器人设计与参数分析

针对地形狭窄、障碍物较高的非结构环境,提出了一种可正反向越障的轮-履复合被动自适应机器人。该机器人由车体模块、尾轮模块和两个左、右对称布置的轮-履复合模块组成。简述该机器人的整体结构和模式转换原理,并详细介绍了其动力传递过程和运动过程。通过建立机器人轮-履复合模块数学模型,分析各构件的运动关系,对轮-履模块的模式转换过程及受力情况进行研究,并研究了轮-履复合模块结构变形过程中履带长度的变化情况。分析结果验证了参数设计的合理性和方案的可行性。

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。

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。

轮履复合式煤矿井下环境探测机器人的结构设计及运动特性分析

针对矿难发生后煤矿井下环境的特点,结合目前轮式、履带式移动机器人运动机构的优点,设计一种8自由度用于煤矿井下环境探测的轮履复合式机器人。详细介绍了机器人的结构设计和运动特性。该机器人设计了四轮驱动装置以及三节式复合结构,具有较好的机动性能,较强的越障、跨沟能力和严格的防爆性能。

轮履复合式农业机器人平台越障运动规划

介绍了轮履复合式农业机器人平台的结构及运动特点,对其越障过程进行了详细的分析和规划,建立了越障过程中初始姿态参数的约束方程。实物试验证明,按照本文的规划方法进行控制,农业机器人平台可顺利攀越温室大棚等环境中常见的障碍。

轮履复合式机器人移动平台转向性能分析

提出了一种轮履复合式机器人移动平台,设计了移动平台的结构,重点对移动平台的质心位置和转向性能进行了分析,分析了该移动平台在平地、上坡、下坡的稳定性,并采用数值计算的方法分析该移动平台的转向半径与速度、坡度之间的关系,为移动平台实现安全转向提供了参考。

基于变胞原理的轮履复合式机器人行走机构

研究了1种三构态变胞机构,能够及时转换构态,实现末端参考点的预定轨迹。对该机构进行了构态变换分析,给出了在不同构态时机构的自由度、邻接矩阵及构态变换时的变胞方程。根据机构在不同构态时的性质,将该变胞机构应用于移动机器人的设计中,提出了1种轮履复合式机器人行走机构。该机构融合了轮式机构高速和履带式机构通过能力强的优点,具有3种运动模式,能通过构态的变换来满足野外环境中的不同运动需求。

多运动态可重构轮履复合式机器人机械设计

针对复杂的室外地形特征,结合轮式、履带式移动机构的运动优点,提出并研制一种可重构的具有多种运动模式的轮-履复合机器人.该机器人由控制单元、两个相同的可重构车轮、翻转机构和车体组成,具有轮式、履带式、翻转式3种运动模式.轮式工作形态,机器人为两轮机器人,运行速度快,可全方位运动;履带工作状态,机器人可以适应砾石地、沙地、草地等多种复杂地形,具备较强的越障能力;翻转工作状态,履带轮整体翻转,可跨越栏杆等垂直障碍.机器人轮-履转换由车轮内部的并联四连杆机构实现,可根据地面特征选择运行模式,根据障碍类型选择越障方式.在建立运动学和力学模型的基础上,结合数字仿真方法对结构进行了参数化研究,此设计方法优化了转换机构的运动轨迹,降低了对驱动电动机的性能要求,提高了电动机的使用效率.试验表明,机器人可通过调整自身机构以合理的运动模式通过沙地、草地等路面环境,攀越阶梯和栏杆等复杂障碍,具有良好的环境适应性和越障性能,验证了该移动平台系统设计的合理性.

球—轮复合可变形机器人的结构设计与分析

设计一种将球形机器人与轮式机器人运动特点相结合的可变形移动机器人。该移动机器人可以适应多种复杂的地形环境,自身几何形状发生变化以实现球形和轮式机器人互换。球—轮复合型移动机器人的机构系统由可变形球壳、球体推进装置和轮式驱动装置组成。通过对可变形球壳的拉伸和收缩实现球形和轮式机器人之间的角色交换。运用理论推导和参数优化等方法对球—轮复合型移动机器人中的变形球壳、车轮、和驱动重摆的结构尺寸进行分析,并通过仿真试验验证了机构尺寸参数选择的合理性,为该复合型移动机器人的机构设计提供了理论依据。最后通过实物试验验证,证实了该移动机器人实现的可行性。

轮-腿复合移动机器人RUPU-RUPR球面并联腿机构动力学研究

提出了一种二自由度球面并联腿机构,并以该机构为基础,设计了一种结构简单且越障性能良好的轮-腿复合移动机器人。阐述了该机构的组成,采用解析几何法和闭环约束方程构建了RUPU-RUPR球面并联腿机构的位置逆解、工作空间、速度和加速度模型,并验证了其准确性。运用牛顿-欧拉法建立了RUPU-RUPR球面并联腿机构的动力学模型。在给定动平台的运动规律和外力后,通过动力学方程求解出RUPR驱动支链驱动力,RUPU驱动支链驱动力矩以及RUPR驱动支链约束力矩,并给出动力学模型仿真解。结果表明该机构具有良好的工作性能。

一种旋转式轮履复合机器人设计

轮式机器人和履带式机器人各有优缺点,为了综合运用2种机器人的行走机构,设计一种共用同一驱动装置的新型轮履复合式机器人,实现轮式行走和履带式行走的切换。在Solid Worsks对机器人进行三维建模,在Solid Works Simuation中对机器人底盘进行静应力分析,同时通过高位双目摄像头完成对机器人周围环境的采集,经过视差计算后,在Matlab 3D中进行环境建模,完成对机器人在复杂环境下的路径规划。