变胞工程机器人设计及其稳定性探究

为使变胞工程机器人能够应对更复杂的地形,研究通过轮腿式和滑槽式魔方机构增大机器内部空间,实现躯干各层转动和子块位置互换的功能,从而设计了一种新型的变胞工程机器人。结果表明:变胞工程机器人改进后的滑槽式结构加工难度降低,子块不易脱离。该机器人构型的前后转动层由电机驱动,在越障时左右转动层可以自适应旋转。当其最小稳定角为25.69°、重心高度为56.45 mm时,运动的稳定性最好,不易发生倾翻。此外,机器人采用的三足步态可以保持快速移动,并具有较小的位移偏移量。新型的变胞工程机器人具有较高的稳定性,在地域探险中具有较高的应用价值。

机械自适应型管道机器人驱动单元的设计

提出了一种新型差动式管道机器人——机械自适应型管道机器人,其驱动单元是由三轴差速式驱动模块与弹性全主动轮腿式管径适应模块组成。三轴差速式驱动模块可根据管道拓扑约束自动调节驱动单元各行走轮转速,避免了因行走轮滑移产生的寄生功率;弹性全主动轮腿式管径适应模块通过径向的伸缩来适应管径的变化,其全主动结构保证了行走轮在悬空状态下仍可提供足够的拖动力。文中提出的机械自适应型管道机器人驱动单元管道适应能力强,其新颖的结构组成与驱动原理丰富了管道机器人的自适应驱动理论。

可变形轮腿式机器人行走机构设计与研究

针对当前轮腿式越障机器人的局限性,设计了一种新型的车轮可变结构机器人,该机器人可以在轮腿之间自如切换。介绍了可变结构车轮的工作原理,该机构在平坦地面上运动以轮子模式行走,当遇到障碍物切换为类花瓣模式越过障碍。对车轮在两种模式下的直行与转弯过程进行理论分析,建立了运动学仿真模型,并对模型进行求解。为了验证分析结果,采用Adams软件对车轮的越障过程与复杂路面行走进行了运动仿真。仿真结果表明,设计的车轮结构可行性较高,具有轮式机构的稳定性,同时具有腿式机构较高的越障能力,使机器人可以适应多种复杂的路况环境。

轮腿可变式移动机器人的结构设计

针对移动机器人在复杂多变环境下执行搜救侦察任务时机动性、越障性存在的不足,课题组提出了一种新型轮腿可变式移动机器人的设计方案。课题组通过对变径机构的设计使得机器人可以实现轮式和轮腿式2种工作模式的自如变换;采用修正的Kutzbach-Grubler公式对变径机构自由度进行了分析;利用速度瞬心法对移动机器人以轮式模式工作时进行运动学求解;利用拉格朗日法建立了移动机器人的动力学模型;最后通过ADAMS软件对移动机器人进行仿真实验分析。研究结果表明:该机器人整机结构设计合理,运动平稳,具有较强的机动性与地形适应性。该研究弥补了单一运动模式的机器人在地形适应能力上的不足。

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。

仿生轮腿式爬梯底盘结构设计分析与应用

针对现有的以履带组合式、升降伸缩式、行星轮式、连杆式为底盘的爬梯装置在克服台阶等障碍物时统一存在的水平不稳定、动力消耗大和操作较难等问题,该文设计了一款可实现自调节底盘保持恒水平稳定的仿生轮腿式爬梯底盘结构。提出了以该结构为应用点的辅助老人上、下楼装置,完成了其机械结构方案设计、控制逻辑方案设计和核心零部件的运动学仿真分析及强度校核。基于FTdesigner技术搭建出物理样机模型并开展原理性、功能性和稳定性测试研究,试验与仿真数据表明,该装置完全自适应调节座椅水平度,具有功耗低、便捷度高、稳定性强等特点。

轮腿可变式移动机器人越障研究

针对传统轮式和腿式移动机器人对复杂的地形环境适应能力不足的问题,设计了一种基于齿轮副结构的轮腿可变式移动机器人。应用SolidWork建模软件对机器人行进机构和总体装配方案进行设计;通过对机器人运动环境和越障过程受力分析,优化机器人翻越连续台阶过程;应用ADAMS软件对机器人越障过程进行仿真分析并搭建物理样机对仿真结果进行验证。试验结果表明,所设计的机器人能够高效翻越障碍地形,证明上述设计的可行性和仿真的正确性。

助力爬楼装置分析研究

对腿足式、轮组式、履带式和复合式四大类助力爬楼装置从结构、运动方式、体积、安全性和功能等方面进行详细的对比与分析,重点分析了各类助力爬楼装置的机械结构与功能。通过分析可知,每种助力爬楼装置都有其利弊:腿足式爬楼装置对楼梯适应性强,但稳定性差;轮组式爬楼装置稳定性好,但体积较大;履带式爬楼装置运动平稳,但结构笨重,对楼梯损害程度大;复合式爬楼装置将2种或2种以上的原始爬楼装置结合为一体,进行了有效的扬长避短,实现了运动过程的优化,但仍有改进空间。通过对各种助力爬楼装置的比较发现,研发一款综合性能好、能解决上述问题、保证老年人安全的创新型爬楼装置,帮助行动不便的老年人解决爬楼问题,具有较为广阔的市场前景。

基于可控伸缩轮的移动机器人研究

目前移动机器人按实现爬楼梯功能的原理主要分为轮式、腿式、履带式、变形式和复合式。复合式包括轮腿式、关节履带式、轮履式等。针对移动机器人环境适应性的问题,提出一种新的楼梯攀爬结构——可控伸缩轮,可控伸缩轮结构结合了变形式和轮腿式的特点,通过内置的减速电动机驱动伸缩控制盘,伸缩控制盘通过连接件将动力传递给轮腿,使轮腿在径向一定的范围内可以交替伸缩从而实现稳定攀爬楼梯。最后对可控伸缩轮交替伸缩和基于可控伸缩轮的移动机器人的楼梯攀爬进行了仿真。仿真结果表明,可控伸缩轮可顺利交替伸缩,基于可控伸缩轮的移动机器人成功攀爬楼梯,可控伸缩轮可以提高移动机器人的越障能力,提高移动机器人的环境适应性。

机械陀螺仪式双足机器人机械设计及优化分析

为了研究轮腿式双足机器人在行走过程中的平衡状态,以机械陀螺仪为研究对象,设计了一种机械陀螺仪式的平衡机器人。根据低速飞轮的惯性原理,结合高速“陀螺仪效应”,利用Creo建立双足机器人的三维模型;基于创成式优化设计理论,在ANSYS平台对模型进行仿真分析;在保证机器人整体强度和刚度的前提下,对设计结构进行轻量化优化;将优化结果进行对比分析。结果表明:在规定条件下,可以将机器人的整体质量降低55.7%,在实现结构轻量化的同时保证了机器人的运动特性。利用ADAMS软件对带有机械陀螺仪的足式机构进行了动力学仿真,仿真结果验证了设计的正确性。

一种轮腿式越障机器人的设计与分析

针对轮腿式越障机器人,设计了一种新型可变结构的车轮,使得机器人可以在轮腿之间切换。介绍了可变结构的车轮的工作原理,在Pro/E中建立了三维模型;对车轮的展开范围进行了理论分析。为了验证分析结果,在ADAMS中对车轮的展开过程进行运动仿真。仿真结果与理论分析结果相近,说明所设计的车轮结构具有可行性。最后分析了该车轮的越障性能,结果表明,当车轮展开后,理论越障高度是展开前的2.2倍,并且成功攀越了200 mm高的台阶,表明该车轮结构具有较高的越障能力,可以应用到轮腿式越障机器人中。