Motion design of a hybrid wheeled/legged robot for lunar exploration

The robot consists of a quadruped mechanism and two active dual-wheel casters possesses the advan-tages of wheeled and legged mechanism, and can quickly move on the relatively plane ground with the wheeledmechanism, and can walk on the extremely uneven terrain with the legged mechanism. The effectiveness of themotion design of the hybrid robot is illustrated by simulation results.

月面六足机器人机构设计与行走控制方法综述

随着中国后续月面探测任务向更加复杂特殊地形深入,对具有强地形适应性的月面机器人提出了迫切需求。六足机器人具有机构冗余、行走静态稳定的特点,是应对月面复杂地形高机动性移动的典型解决方案。调研了国内外月面六足机器人的研究现状,对比了不同月面六足机器人的技术特点。在此基础上,梳理了现有六足机器人的机构设计和行走控制方法,对机器人单腿机构、足端构型、多足布局方式、步态规划与切换、足力分配与柔顺等方面进行了系统总结,以期为中国月面六足机器人的工程应用提供参考。

双曲柄滑块联动月球车设计及样机研制

以轮式月球车为研究对象,提出了一种六轮月球车双曲柄滑块联动悬架系统,对其结构特点、地面自适应和越障原理进行了分析,采用模块化思想完成了双曲柄滑块联动月球车的机械设计,并进行了样机研制和场地试验。室内测试和场地试验表明,双曲柄滑块联动月球车通过曲柄滑块机构将车轮竖直方向的位移转化为滑块水平方向的位移,具有较好的平顺性、地面自适应能力和综合移动性能,主要移动性能指标(速度0·1m/s、越障0·2m、爬坡30°)基本满足探月需求。

轮式移动机器人运动学建模方法

研究轮式移动机器人运动学建模方法问题。提出用于不规则地形下的轮式移动机器人运动学建模方法——轮心建模法(Wheel-center modeling,WCM)在分析多刚体链式机构运动的速度特性以及不规则地形上轮式移动机构转动角速度特性的基础上,建立车轮轮心速度的矢量表达式,即确立WCM。以六轮摇臂转向架月球漫游车的运动学建模为例,分析各关节转动角速度矢量在车体坐标系下的投影,并根据转动矢量方向在车体坐标系中变化与否,将矢量叉乘的投影写成不同的形式,利用车轮轮心坐标系、轮地接触坐标系相对于车体中心坐标系的齐次变换矩阵中的相应元素,将车轮轮心的速度矢量表达式投影到车体中心坐标系下,建立车体运动学模型,从中阐述WCM的方法和过程,并分析WCM的特点。用试验和仿真验证该建模方法的正确性。

管道形轮腿式月球探测机器人

提出了一种由两个机器人单元组成的管道形、轮腿式月球探测机器人（PWLER）。每个机器人单元由管道连接而成的机体、圆柱形太阳能电池板、6条可独立运动的轮腿和1个探测球组成。机器人单元之间通过1根连接轴和3个相互平行的伸缩部件相连。每个伸缩部件由绳子、普通螺旋弹簧和电动机组成。PWLER在结构上的最大特点是采用轮腿和管道结构。PWLER有很多独特的性能,例如:能越过宽度为前、后轮之间距离1/3 的壕沟和高度为1/3腿长的台阶;爬坡时能保持机体处于水平状态;通过增加管道,可很容易地进行容积和探测功能的扩展;倾翻对PWLER的行驶没有影响。PWLER倾翻的仿真试验表明PWLER具有良好的倾翻稳定性。

五轮铰接式月球机器人的全局路径规划

为了满足五轮铰接式月球机器人 (FWALR)的避障及在月面上作业的要求 ,针对 FWALR的结构特点、月球上凹凸不平的三维地形和机器人车轮与地面的相互作用 ,提出了基于虚拟传感器的双向全局路径规划方法和降维法 .用此方法对 FWALR进行了全局路径规划及仿真试验 。

轮式星体探测机器人抗倾覆性研究

建立了轮式星体探测机器人的抗倾覆性评价模型,对六轮摇臂星体探测机器人和双曲柄滑块探测机器人的抗倾覆性进行分析和比较,提出一种提高自适应悬架机器人移动性能的措施和方法,实现了一种可主动配置的六轮摇臂星体探测机器人。仿真结果表明,通过主动配置,机器人的行驶平顺性和抗倾覆性均得到明显提高,能更好地满足探月需求。

二级半转轮腿机构月球探测车及其移动性能分析

根据半转机构原理,设计了一种新型的轮腿式月球探测车,其移动机构由车体支架、4个结构相同的轮腿及转向支架3部分构成。轮腿采用二级半转机构,由电机独立驱动和转向,通过2个串联的行星轮系来传递驱动力矩。并从路面适应性、转向灵活性、车身起伏度、地面几何通过性、抗侧倾能力和垂直越障能力等方面分析了该月球探测车的移动性能。分析表明,该探测车适合在高低起伏的月球表面环境行走。

2种坐标系下月球车转向动力学模型

结合汽车理论和车辆地面力学相关原理,建立六轮式月球车在2种坐标系(地面坐标系和车体坐标系)的转向动力学模型,并分别对这2种模型的特征方程进行了对比分析.结果表明,在2种坐标系下,六轮式月球车的转向动力学方程本质是一致的,且均是多输入多输出线性微分方程组.通过对方程组及其特征方程的分析,得到了月球车的行驶性能与月球车的主要结构参数、行驶速度等参量之间的具体关系式,为进一步深入研究和设计月球车的力学特性及运动控制提供了理论基础.最后通过仿真实验验证了月球车在转向时并不是车速越小越好,而是应该根据车体质量、结构参数、路面条件等因素选择合理的行驶速度.

五轮铰接式月球机器人(FWALR)的智能模糊控制

提出了模糊比例变量的概念 ,利用此概念解决了室外复杂三维路径的模糊描述问题 ,并在此基础上用模糊数学理论解决了在月球微重力作用下、复杂三维地形中作业的 FWALR(五轮铰接式月球机器人 )的模糊控制问题 .仿真试验表明 。

管道形轮腿式月球探测机器人的运动学建模

针对月球的微重力特性、地形的不连续性、部分驱动轮打滑、部分车轮短时间离开地面甚至机器人发生侧翻的复杂情况 ,用移动机器人在不同时刻不同斜面上的运动学模型组成机器人在崎岖不平地面上行驶的复合运动学模型的方法 (TPCM) ,为管道形轮腿式月球探测机器人(PWLER)建立了正向和逆向运动学模型 .运用正向运动学模型 ,根据PWLER各驱动轮的转速可估算出机器人相对于绝对坐标系的位置和姿态 .运用逆向运动学模型 ,根据PWLER期望的前进速度和转弯半径可确定出各驱动轮的速度 .

面向月球探测多机器人通信系统的Ad hoc路由协议优化设计

Ad hoc网络作为一种不依赖于任何固定设施的临时性多跳自治系统,是解决月球探测过程中多机器人通信问题的可行选择。由于月球探测多机器人通信系统对节能和实时性等方面的特殊要求,现有的Ad hoc网络路由协议还难以满足工程设计和实际应用的需求。因而,结合月球探测环境下的实际工程需要,对现有的Ad hoc网络路由协议进行优化设计就成为关键。在分析月球探测多机器人通信系统拓扑结构的基础上,给出了系统中各节点的能量消耗模型;进而,建立了路径寻优的数学模型,在动态源路由协议DSR的基础上设计了一种基于能量约束的Ad hoc网络路由协议。该协议综合考虑了通信系统对于节能和实时性两方面的需求,将路由跳数、路由传送功率、节点剩余电池能量作为路由度量,采用改进的离散Bellman-Ford算法进行最优路径的求解。仿真实验结果表明,该协议在保证通信系统实时性的前提下,可延长网络生存时间,能为月球探测多机器人系统提供更可靠的通信保障。

月球探测机器人移动系统的研究现状和发展趋势

综述了月球探测机器人移动系统的研究状况,分析了研究中存在的问题,并预测了它的发展趋势。

星表移动探测机器人研究现状综述

星表移动探测机器人是多学科、高新技术的结晶,用于非结构化环境中的星球表面探测,能有效减轻人类工作强度、保护人身安全以及代替人类完成恶劣环境下的科研探测工作,有着巨大的经济和社会效益。本文对已发射的探测器进行了统计,系统梳理了成功着陆月球、火星的探测机器人的技术参数、结构与机构组成等,综合对比了各国在星表移动探测机器人研制方面的技术状态。结合国内外的研究现状和成果,重点针对星表移动探测机器人移动系统的研究进行了梳理,将星表移动探测机器人从运动形式上划分为轮式、腿式、履带式及其他类型4种形式,对每类机器人的研究进展、技术参数、结构与机构形式、运动形态等进行了系统回顾和详细分析。结合星表移动探测机器人面临的探测任务及发展方向,对星表移动探测机器人未来发展趋势进行了展望。