An Active Endoscopy Robotic System for Direct Tracheal Inspection

The development of active endoscopy techniques is one important area of medical robot.This paper designed a new flexible and active endoscopy robotic system for direct tracheal inspection.The mobile mechanism of the robot is based on the inchworm movement actuated by pneumatic rubber actuator.There are five air chambers controlled independently,by adjusting pressures in air chambers,the robot can move in a straight mode or in a bending mode.The inspection sensors and some therapy surgery tools can be equipped in the front of the robot.The prototype was made and its mechanical characteristics were analyzed.The robot could move smoothly in a small plastic tube,and the robot is respectable to be used for inspection in human trachea directly.

综采工作面巡检机器人设计及应用

对于综采工作面可视化远程干预模式,采用巡检机器人代替人工巡检是实现智能开采的重要手段,在系统分析综采工作面巡检机器人研究现状的基础上,提出了包括巡检机器人自适应工作面、多传感器融合的环境感知与定位等难点,通过设计一种适用于综采工作面的巡检机器人系统,解决了巡检机器人自适应综采工作面的难题,并实现工作面环境视频图像采集、滚筒跟踪、快速巡检等功能。经现场验证,巡检机器人主机续航时间≥3.5 h,续航里程≥4.5 km,定位精度≤0.1 m,最大巡检速度可达0.35 m/s,为真正实现巡检机器人代人巡检提供完整、可靠的解决方案。

高压线巡检机器人动力学建模及分析

受导线柔性特性的影响,高压线巡检机器人与导线构成了非线性,强耦合的动力学系统。提出了一种双臂移动巡检机器人结构,并研究了该机器人与导线的建模方法。用Newton-Euler法建立了机器人的动力学子模型,机器人的基座设在导线上,并不固定。用有限元法建立了导线的子模型,并考虑了应力刚化效应。所建的机器人-导线系统模型体现了机器人与导线的动力学耦合关系。利用该模型进行了动力学和运动学仿真,分析了导线的振动和变形对机器人运动的影响。

输电线巡检机器人位姿变化的柔性关节控制策略

为降低输电线巡检机器人的柔性关节输出速度的波动程度,采用极点配置方法设计柔性关节伺服驱动系统控制器参数.该参数的选择随机器人位姿变化而变化,从而使机器人柔性关节伺服驱动系统能够获得平稳的输出速度.首先建立了机器人柔性关节伺服驱动系统动力学方程,并求得电机转速到电机电磁转矩的传递函数;接下来将PI控制策略应用于柔性关节伺服控制,求得控制系统闭环传递函数;然后采用相同阻尼系数的极点配置策略设计控制器参数;最后开展了巡检机器人越障情况下变位姿工况的柔性关节控制实验,结果说明可通过适当选择极点配置参数使柔性关节获得良好的输出速度.

双臂巡检机器人沿输电线路行走特性研究

传统双臂巡检机器人沿大跨度输电线路行走过程中存在行走轮受力不均、易脱线等问题.针对这些问题,分别建立了传统双臂巡检机器人和带柔索双臂巡检机器人行走轮受力模型,对比分析表明:与传统双臂巡检机器人相比,随着线路倾斜角度增大,带柔索双臂巡检机器人两臂行走轮受力较均匀,不会出现脱线现象.在相同质量参数和结构参数条件下,采用虚拟样机技术分析了2种类型机器人沿输电线路行走时行走轮受力情况,仿真结果表明,传统双臂巡检机器人在线路倾斜角度达到28°时,出现单臂挂线现象;而带柔索双臂巡检机器人在线路倾斜角度达到37°时,仍能保持稳定地双臂挂线.综合分析表明,带柔索双臂巡检机器人的结构设计在线路行走方面具有明显优势,对于倾斜角较大的大跨度输电线路具有更强的适应能力,行走稳定性更好.

双臂巡检机器人越障能力分析

研究了手臂固定式、手臂移动式和带柔索式三种类型双臂巡检机器人的越障能力,通过理论分析建立了三种类型双臂巡检机器人相应的越障能力数学模型,在设定基本相同的质量参数和结构参数前提下,计算得到了三种类型巡检机器人在不同线路坡度下的最大越障距离.计算结果表明:带柔索双臂巡检机器人的手臂结构运动更为灵活,机器人越障能力更大,且越障距离可根据障碍物大小自由调节,因此带柔索双臂巡检机器人的结构设计具有明显优势,更易实现机器人轻量化设计.

新型双臂巡线机器人越障过程受力分析

巡线机器人越障机构的设计是影响巡线机器人应用的关键技术,新型双臂式高压输电线路巡线机器人的手臂采用了旋转关节并联柔索的复合结构。介绍了巡线机器人的基本结构及相关参数,根据机器人越障机理将其划分为6个主要阶段,建立了每个阶段机器人手臂各关节及柔索的力学模型。通过计算机仿真分析,给出了机器人越障过程中双臂各关节的转矩曲线以及柔索的拉力曲线,结果显示越障过程中双臂各关节的转矩很小,机器人的重量主要由柔索承担,越障过程中力的变化较为平稳。

综采工作面巡检机器人柔性轨道设计与运动学仿真

煤矿井下综采工作面空间狭小、设备动作频繁,位置关系复杂等问题,导致常规巡检机器人难以直接在工作面运行,自动化监测难度大。根据工况需求,结合环境及设备群动作特点,提出工作面巡检轨道设计要求,采用模块化设计、仿真模拟和样机试验的方法,设计一种新型跨座式巡检机器人柔性轨道,实现在工作面环境的安装调节及当安装设备发生动作变形时轨道自身的自适应补偿。首先设计了巡检机器人柔性轨道的机械结构并确定安装运行方式。其次,以轨道跨接在刮板输送机线缆槽一侧为例,分析刮板输送机在平直、弯曲和起伏3种工况下的弯曲和俯仰变形量,并对柔性轨道进行运动学仿真。在3种工况下,该轨道可随工作面设备完成水平弯曲0~5.4°、竖直倾斜0~6°、伸缩变形0~120 mm,满足实际工况要求。巡检机器人通过柔性轨道时,其主运动方向始终保持匀速直线运动,水平或竖直方向在柔性过度段存在波动,波动幅值均在安全允许范围内。最后搭建柔性轨道物理样机及工作面试验平台,对工作面巡检机器人柔性轨道进行性能验证。结果表明:新型跨座式巡检机器人柔性轨道结构设计合理,可以适应工作面巡检的不同工况,对实现煤矿井下综采工作面机器人巡检具有重要意义。

锅炉热交换器承压管管外检测机器人末端执行器的研究

介绍了一种适用于火电站锅炉承压管管道外检测机器人的新型柔性臂及其定位机构 ,该柔性臂占用体积小 ,工作空间大 ,能够深入到管道组细长缝隙内检测 ,它的最大特点是能够进行刚柔转化 ,详细叙述了其转换原理 ,建立了柔性臂各关节的力学模型 ;定位机构提高了柔性臂的稳定性 ,为安装各种检测设备提供了一个可靠的操作平台 ,对该机构的可行性、工作原理和避障能力进行了分析 。

综采巡检机器人关键技术研究

智能化综采工作面安装了大量固定传感器,但依然存在监控盲区和监控滞后的问题。引入巡检机器人技术,对综采工作面的全覆盖和实时监控,是智能化开采的必要技术手段。从国家宏观政策和智能开采技术2个层面,分析了智能开采对综采巡检机器人的迫切需求,根据综采工作面巡检机器人的发展现状,总结了综采工作面应用机器人需要解决的柔性轨道、移动通信无缝漫游、远程控制和自主操作等技术难题。通过研究用于综采巡检机器人的跨式柔性轨道、行走控制、移动通信、移动精确定位、惯性导航、动态图像采集和控制采煤机调高等7项关键技术,提出了建立巡检机器人的感知理论技术装备体系、研究井下机器人动力供应技术、建立高性能的无缝漫游移动通信系统、开发超高清热成像和毫米波对综采生产时的三维实景呈现技术、研制集成视觉雷达和煤层探测的超前探测机载装置等5个重点研究方向。在薄煤层综采工作面进行了工业试验,研制的巡检机器人搭载三维激光雷达和惯性导航系统,沿采煤机电缆槽上铺设的轨道边行走边检测,达到了60 m/min的最大巡检速度,实现了双频WiFi零切换的无缝漫游高速通信,根据机载激光雷达扫描和惯性导航系统建立了综采工作面三维截割地质模型,进行了巡检模式下的智能割煤工艺试验,工作面直线度检测和找直偏差不超过150 mm,验证了巡检机器人能够为智能开采提供安全、高效的技术保障。

柔性轨道式环境巡检机器人设计原理与试验

针对煤矿井下特种巡检机器人运动受限于三维环境重建和非结构环境运动轨迹规划等关键技术问题,设计了一种固定柔性轨道式悬挂巡检机器人平台。采用模块化思想设计出防爆多轮悬挂式巡检机器人本体结构;通过理论计算分析多行走轮与多驱动轮情况下机器人在柔性轨道上的驱动能力,建立多轮牵引力数学模型,并根据多轮牵引力数学模型获取水平柔性轨道与给定爬坡角轨道下机器人的具体驱动能力参数,根据所获取的驱动能力参数观察多行走轮与多驱动轮下牵引力的存在形式,最终选择双轮双驱的机器人行走方式。对异侧驱动模块安装方式进行仿真试验,对同侧异轴及异侧异轴驱动模块安装方式进行实物试验。结果表明:采用双轮双驱的行走方式可保证巡检机器人良好的水平行走能力及爬坡能力,其中质量20 kg机器人的坡度角可达25°;异侧异轴驱动模块安装机器人绕运动方向的最大摆角绝对值为2°,同侧异轴驱动模块安装机器人绕运动方向的最大摆角绝对值为5.82°,双轮双驱中驱动模块异侧安装可降低机器人机身的摆动,但是异侧异轴及异侧同轴安装方式并不能消除机身摆动。该机器人在满足基本巡检功能外可提高非结构井下环境的适应性,可增强井下布控的灵活性,降低轨道铺设及回收投入,为煤矿环境巡检提供了新特种巡检平台。

电厂锅炉热交换承压管管外检测机器人

针对当前电厂锅炉带鳍片的热交换管人工无法检测的问题,提出了一种利用移动机器人和柔性机械臂技术进行自动检测的方法:并对该检测机器人的总体机械设计、管道检测系统及控制系统等进行了介绍。该机器人已在山东省几个电厂锅炉检测中得到验证。

果园巡检机器人长臂抖动抑制方法

针对果园巡检机器人长臂因抖动而严重制约图像采集效率的问题,该研究提出基于臂体上3个部位的仰角构建单一反馈量进行抖动抑制的方法。首先基于臂体外伸段的有限元模态分析结果,通过固有频率和静变形的等效,建立三杆两扭簧等效机构的动力学模型。并基于微分平坦理论将3个倾角传感器读数合成为一个系统输出量,以平坦输出量作为被控量,采用PID控制器进行抑振试验,再利用自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)思想中对广义扰动的处理方法,将被控模型等效为二阶系统形式,并将模型信息代入到扩张状态观测器中进行对比试验。试验结果表明,基于本文构建的方法均能起到快速抑制长臂抖动的作用。在冲击作用致使末端产生10°幅值的抖动情况下,PID控制器实现了7 s内抑制大幅抖动,自抗扰控制器实现了8 s内快速抑制大幅抖动的效果。PID控制器的输出出现3次饱和现象且小幅较高频率抖动不易消除,而自抗扰控制器仅出现一次饱和,具有抖动抑制过程平滑的优点。本文的控制算法简洁适于在单片机等微型计算机系统中应用,系统结构简单成本低,可为现代农业装备研发与应用中解决长臂类结构抖动的主动抑制问题提供理论参考。

面向EAST腔远程检测的虚拟现实仿真系统设计与实现

针对先进实验超导托卡马克(EAST)腔远程检测可视化和安全性的需要,设计并实现了一个高效的虚拟现实仿真系统。该系统采用高性能的开源三维图形渲染引擎Open Scene Graph开发。虚拟现实仿真系统接收控制系统发送来的柔性内窥机械臂的实时位置数据来更新虚拟现实仿真系统中虚拟柔性内窥机械臂的位置。能通过快速碰撞检测确保远程检测的安全。该虚拟现实仿真系统还具有3D显示、操作培训等功能,也可以在规划的轨迹应用到柔性内窥机械臂之前进行正确性的验证。另外,通过虚拟现实仿真系统可以直接控制远程柔性内窥机械臂执行任务。

变电站室内柔索驱动巡检机器人系统设计与运动学分析

针对变电站室内巡检机器人在复杂场景下运动系统误差大导致巡检点位覆盖范围窄的问题,提出一种柔索驱动巡检机器人系统方案。综合考虑变电站巡检路线特点,从伺服驱动系统、运动控制系统和机器视觉系统三个方面进行了巡检机器人的系统硬件设计,并从运动控制软件和视觉系统软件进行了系统软件设计。同时建立柔性承载机构的运动学模型,采用该模型进行了水平和垂直定点巡检轨迹仿真。经南方电网某66 kV变电站示范应用表明,所设计的柔索驱动巡检机器人水平与垂直运动误差可控制在0.03 mm内,有效提高了运动系统精度,在变电站室内巡检中应用前景广阔。

煤矿综采工作面巡检机器人系统研究

针对煤矿井下综采工作面生产安全、设备运行状况监测等问题,设计了一种柔性轨道式综采工作面巡检机器人系统。重点介绍了该机器人系统的组成结构,分别论述了巡检机器人本体、基站和远程工作站的设计方法,阐述了适用于工作面狭小空间、多弯曲度的柔性轨道组成和结构设计,最后介绍了包括多机器人协作方法等巡检机器人系统的控制软件设计方法。研究表明:该巡检机器人系统监测功能齐全、适应能力强,解决了在煤矿井下工作面有限空间内、复杂工况下的生产监控问题。

基于机器人的锅炉鳍片管道自动检测技术

针对当前火电厂锅炉带鳍片的热交换管道人力无法检测的现状,给出了一种利用移动机器人技术进行自动检测的方法,介绍了一种适用于火电站锅炉承压管管道外检测机器人的新型柔性臂及其定位机构,并介绍了机器人系统检测探头和控制系统的设计。

综采工作面巡检机器人设计及应用

介绍了煤矿机器人在煤矿少人化、无人化开采技术中的需求背景,提出了应用综采工作面巡检机器人代替巡视人员的技术思路,概括了巡检机器人的系统方案,并重点介绍了巡检机器人本体、无线通信平台以及柔性巡检轨道设计方案。通过在示范工作面开展技术应用,实现了依靠巡检机器人对工作面采场的多维度精准感知、监测,为煤矿智能化开采提供了重要技术支撑。

安全气囊柔性制造系统关键部件智能检测单元

介绍了在新型汽车安全气囊柔性制造系统中用来检测安全气囊关键零部件外观质量的专用检测单元,根据关键零部件的检测要求设计相应的检测设备和检测步骤,确保进入注塑流程的关键零部件质量合格,型号匹配,从而保证安全气囊成品的可靠性和安全性。

面向煤矿巡检任务的新型仿生爬线机器人关键技术

煤矿轨道巡检机器人为煤矿机器人的一个重要分支,针对传统轨道巡检机器人因巷道形变导致轨道错位引发的卡死以及轨道施工复杂成本高等问题,研发出一种基于仿生学原理的新型爬线巡检机器人。借鉴自然界生物长臂猿运动方式,提出了轨道巡检机器人仿生式结构,利用手爪的交替抓持实现行走,具有良好的越障能力以及柔性轨道的自适应能力;提出一种分布式控制系统,完成了控制系统整体架构以及软件功能的详细设计,并对机器人驱动能力进行了详细计算。通过实验验证了机器人运动性能。