一种水上行走机器人红外遥控器的设计与实现

讨论了一种水上行走机器人红外遥控器的设计与实现问题,该遥控器可用于遥控WaterDancerⅡ-a型水上行走机器人.基于对功能和性能的考虑,该遥控器采用以红外光为载体、发射控制编码信号、由机器人接收信号并解码的遥控模式.该遥控装置采用集中控制模式,以MSP430超低功耗单片机为主控制器,并使用红外发射管、红外接收头、显示数码管、按键等器件.控制软件采用C语言编制,主要完成遥控信号的编码与调制等功能.该遥控器实现了水上行走机器人的前进、后退、转弯、调速以及自主/手动运行模式切换等遥控功能.实验表明该遥控器实现了设计目标,且性能良好.

水上行走机器人

水上行走机器人仿生水黾,利用液体的表面张力在水面上站立和行走,是近年来机器人研究领域新出现的研究方向.本文综合分析了水上行走机器人相关理论与技术及系统研制等方面的国内外研究现状,并对该领域未来的研究重点、关键技术和发展方向进行了展望.

仿水黾机器人驱动机构电磁铁的驱动特性研究

提出一种以电磁铁作为驱动通过解耦控制两驱动腿实现划水运动的仿水黾机器人新构型,研究了仿水黾机器人的电磁驱动特性,分析电磁铁的电流、电压、弹簧等特性参数与驱动机构的驱动特性及机器人速度性能间的关系,最后通过样机的实验来验证分析的正确性,从而实现了仿水黾机器人用电磁铁二元逻辑控制替代电机复杂伺服驱动的新构想.

受水黾启发水上行走机器人控制系统开发

受水黾在水面上能快速滑行或跳跃运动机理的启发,研究一种水上行走机器人.根据功能仿生原理并考虑机器人的负载能力,该机器人前后4腿采用漂浮原理支撑,两中间腿模仿水黾中腿划水功能产生划水动作.进行了水上行走机器人遥控控制系统开发,并在实验室环境下进行机器人运动实验研究.研究水上行走机器人的长远目标是实现机器人独立在远距离水面等环境下自主工作.

仿水黾机器人控制系统的研究与开发

研究一种利用昆虫水黾的划动机理来推进机器人在水上运动的仿水黾机器人的控制系统,其采用单片机为核心控制器,控制3个微小型电磁铁分别驱动机器人两单腿并联双滑块驱动机构,实现机器人的运动控制。进行了机器人控制思想研究和控制系统软、硬件开发,并在实验室环境下对水上行走机器人样机性能进行了实验研究,实验结果表明,设计的仿水黾机器人可以很好地实现在水面上前进、转弯等运动。

水上行走机器人支撑腿的设计与布局

研究了水上行走机器人支撑腿形状设计与布局问题.首先将支撑腿视为欧拉-伯努利弹性曲梁,通过对其柔性变形的几何分析与应力应变分析,提出了一种支撑腿形状优化设计方法,方法的目标是获得最大支撑力.对方法的正确性和有效性进行了仿真和实验验证.其次通过分析支撑腿间距对支撑力的影响,以及支撑腿布局与机器人抗翻转能力的关系,提出支撑腿布局的设计方法.针对采用10条支撑腿的Water DancerⅡ-a机器人,给出了一种满足要求的布局方案.

仿水黾机器人划水腿刚柔耦合动力学建模与仿真研究

仿水黾机器人一般采用轻型材料制作并且是在较高速度下运行,构件的弹性变形将直接影响机器人系统的运动特性.本文采用假设模态法来描述划水腿的变形,在Lagrange方程的基础上建立仿水黾机器人驱动机构划水腿的刚柔耦合动力学模型,数值仿真曲线描绘出划水腿的柔性变形对末端轨迹的影响.该研究为该机器人今后进行主动控制,获得更快的运动速度,准确运行轨迹路线奠定基础.

一种水上行走机器人的设计与实现

研究了水上行走机器人的设计问题,提出了机器人驱动腿设计算法,给出了机器人结构、控制系统和软件的设计方法和实例.设计并实现了一种采用双电机驱动、能转向和调速、通过红外信号遥控的水上机器人,并对机器人进行了性能测试.该机器人仿生水黾重量轻、体积小、功耗低.实验表明其性能超过了现有同类机器人.

水上行走机器人腿部静力学分析

水上行走机器人仿生水黾,利用腿部产生的表面张力在液体表面站立和行走.通过静力学分析可计算机器人载重能力,并给出腿部形状设计准则.建立了水上行走机器人支撑腿的静力学模型,分析了表面张力最大值条件即水面打破条件,提出了腿部支撑力及其最大允许入水深度的计算方法.采用该方法,使用Matlab计算得到了几种不同材料的表面张力与接触角关系曲线,计算了几种材料支撑腿的支撑力及其允许入水深度的最大值,并通过与实验数据相比较,验证了计算方法和结果的正确性.

仿生水黾机器人腿部接触角对其水面支撑力影响研究

基于水黾腿部疏水原理,提出一种水上微小机器人腿部用钢丝制备方法,同时利用Young-Laplace方程对其漂浮机理进一步进行详尽的力学分析,即水黾腿部材料与水的接触角越大,能够获得水面提供的支撑力也越大。

包含新型机构的仿水黾机器人设计及实现

针对模拟水黾优异的水面驱动方式,基于仿生学原理,研究并适当改进水黾水面行走原理,提出了一种新型水面行走机构。通过运用一种具有超越离合、相位记忆和单向传动功能的新型内棘轮式齿轮机构作为传动控制机构制造了一种水上行走机器人样机,进行了机器人的控制系统软、硬件自主开发。并且在实验室条件下对样机进行了性能测试。实验结果表明,所设计的仿水黾机器人可以很好地实现前进、转弯等运动;此外小的转弯半径是该机器人最突出的优点,从而能够在更窄的航道内灵活地运动。

水黾仿生特性与工程应用研究进展

水黾是一种在湖泊、池塘、湿地中常见的小型昆虫,凭借其腿部具有微纳复合结构而呈现的超疏水特性可稳定站立在水面,受到普遍关注并逐步成为研究热点。已有学者对水黾运动特性开展研究,以期获取设计灵感用以研制功能优异的超疏水表面与功能完善的仿生水黾机器人。从水黾运动特性入手,综述了运动支撑力的测试方法,重点关注以水黾为仿生原型在工程仿生领域中超疏水表面制备、水上行走机器人和跳跃机器人研制的发展现状。超疏水表面的制备应从微形貌特征、制备工艺和生产成本等方面深入研究,仿生水黾机器人的研制需进一步考虑运动、驱动方式和支撑特性。基于水黾腿部微形貌结构特征研制超疏水功效显著且持久的超疏水表面,以及性能优异、功能完备、运动特性高度相似的仿生水黾机器人将是未来发展的主要趋势。

仿生水黾机器人的漂浮特征

水黾是一种栖息于静水面或溪流缓流水面上的常见昆虫。它主要利用水的表面张力实现在水面上的漂浮。由于其独特的漂浮机制和高效的划水方式,近年来,引起了越来越多的学者的研究兴趣。此文在Yun Seong Song等建立的支撑腿数学模型的基础上,进一步研究超疏水材料在仿生水黾机器人研制中的应用价值,即超疏水材料制成的支撑腿可以增加机器人在水上漂浮的安全性及减小运动阻力。为了进一步提高仿生水黾机器人的承载能力,增加支撑腿与水面的接触长度是关键。本文提出采用多根腿并排的方法进一步提高腿部的支撑能力。通过对平行腿不同间距时提供的最大支撑力研究,确定了一定区域内设置不同平行腿间隔时,支撑腿获得的最大支撑力的计算方法。计算结果与实验数据符合得较好。