灾难救援机器人研究现状、关键性能及展望

对日本、美国和中国等国家灾难救援机器人的研究现状和研究计划进行综述。根据世界各国救援机器人技术的研究现状,结合救援机器人在实际应用中取得的经验和教训,归纳和总结出救援机器人的关键性能为：存活能力、运动能力、感知能力、通信能力和作业能力。研究结果表明,灾难救援机器人研究逐步从试验研究转入到实际应用,多种技术融合化、多智能体网络化是今后灾难救援机器人研究的发展方向。防灾、减灾和救灾事关人民生命和财产安全,是国家公共安全的重要组成部分。救援机器人技术是国家发展迫切需要的战略必争的核心技术之一,将在国民经济和安全中起着重要作用并具有重大的战略意义。

超高压输电线路巡检机器人越障控制问题的研究

给出了一种超高压输电线路巡检机器人控制系统的设计与实现方法.根据机器人的作业任务,提出了基于传感器信息、约束信息以及动作反馈信息作为输入,产生式系统作为动作输出的越障控制方式.仿真结果表明此方法对于机器人的越障过程是有效的.

蛇形机器人的转弯和侧移运动研究

介绍了沈阳自动化研究所研制的蛇形机器人机械结构和控制结构。在分析蛇形曲线的基础上,提出幅值调整法、相位调整法和侧移调整法三种新方法,来处理蛇形机器人侧向滑动带来的方位偏转和完成蛇形机器人自主转弯控制,并给出几种方法的量化关系,建立动力学仿真模型进行了运动仿真。幅值调整法虽然使蛇形机器人转弯角度受到限制但却保证了运动的连续性和稳定性。相位调整法能够使蛇形机器人准确地完成转弯运动。侧移调整法能够实现蛇形机器人前进过程中的侧向位置调整,同时保证运动方向的准确性。将上述方法应用到蛇形机器人的控制中,用仿真和试验验证了以上方法的有效性。

蛇形机器人研究现况与进展

仿生技术与机器人技术的结合 ,使机器人从结构设计到运动模式的选择都有了新的进展 ,这大大扩大了机器人的应用领域 .本文阐述了仿蛇形机器人的应用背景和研究现状 。

一种具有三维运动能力的蛇形机器人的研究

分析了生物蛇的 3种典型运动模式 ,介绍了研制出的具有三维运动能力的蛇形机器人 ,实现了生物蛇的

空间柔性双臂机器人系统建模、控制与仿真研究

空间柔性多臂机器人系统是高度非线性,强耦合的动力学系统,其动力学的研究是比较复杂和困难的问题.本文针对极为复杂的空间柔性双臂机器人系统,建立了其系统动力学模型,利用逆动力学控制算法对该动力学模型实现了轨迹跟踪控制,仿真结果表明该方法具有较好的控制效果,分析了在仿真过程中出现的有关数值算法的问题.

双足爬壁机器人壁面凹过渡步态规划研究

针对腿足式爬壁机器人在壁面过渡时的步态规划问题,以一种真空吸附式双足爬壁机器人为研究对象,在步态分析的基础上,基于有限状态机建立了机器人的步态模型,进而提出了基于加权插值和BP神经网络的双足爬壁机器人壁面凹过渡在线步态规划算法,为提高机器人壁面过渡的自主控制能力奠定了基础.仿真分析和实验结果表明,该步态规划算法对于实际的机器人系统是有效的和可行的.

可重构模块机器人倾翻稳定性研究

介绍了一种可重构模块机器人,它可以通过构形的变化来提高系统的稳定性和抗倾翻能力.该机器人由3个模块组成,采用履带驱动,具有直线、三角、并排3种对称构形.在对移动机器人的倾翻因素和倾翻对策等问题进行分析的基础上,提出稳定锥方法,用倾翻性能指数对移动机器人的静、动态稳定性进行综合判定.讨论了变形机器人3种对称构形在仰俯、偏转、倾斜等干扰组合作用下的倾翻性能指数和综合稳定性,并进行了仿真实验和非结构环境实验.

水下机器人主动升沉补偿系统研究

介绍一种基于水下机器人常规液压收放绞车的主动升沉补偿系统,利用加速度传感器获得母船的升沉运动信号,控制绞车的运转来降低母船的升沉运动对水下机器人的影响。通过理论计算建立主动升沉补偿系统的数学模型,仿真分析绞车运动对水下机器人升沉运动的补偿效果,并利用主动升沉补偿系统实验台验证基于常规液压收放绞车的主动升沉补偿方案的可行性。

机器人化纳米操作系统驱动器驱动与探针定位研究

对基于AFM的机器人化纳米操作系统而言,一个关键问题是如何实现纳米操作时探针的高精度驱动与定位。对此,本文基于对压电陶瓷驱动器的迟滞/非线性特性及现有驱动方法的详细分析,提出"基于复现扫描轨迹的驱动方法"来对操作时的驱动器进行驱动;另外,还对管式驱动器弯曲运动所产生的运动学耦合误差、探针悬臂变形所引起的针尖偏移误差进行了定量分析与补偿。采用上述驱动方法及进行误差补偿后,可以大大提高探针的定位精度,从而使纳米操作与装配得以高精度进行。纳米刻画实验验证了该新型驱动方法及误差补偿的有效性。

CT与C型臂辅助遥控型脊柱微创手术机器人系统打孔可靠性研究

目的利用术前电子计算机X射线断层扫描技术(CT)和术中C型臂X线机辅助遥控型脊柱微创手术机器人系统进行牛脊骨标本打孔,评价该系统的精确性。探讨实验前CT、术中C型臂系统辅助遥控型脊柱手术机器人系统打孔的可行性。方法遥控型脊柱微创手术机器人系统由中科院沈阳自动化研究所与第三军医大学新桥医院骨科合作研发,可进行遥控打孔。由于该系统目前尚不能与虚拟手术系统或导航系统结合,因此本实验中预先在牛脊骨标本棘突置入克氏针作为标志物,然后进行CT摄影并以此为依据进行术前计划。根据C型臂X线机影像调整手术机器人系统前端夹持气钻位置,当C型臂X线机影像显示该气钻位置与椎弓根理想置钉位置重合时,遥控机器人系统进行打孔操作。之后再次拍摄CT并评估该系统精确性。结果遥控脊柱微创手术机器人系统进行打孔操作,可避免打孔过程中X射线对医师的损伤,该系统平均打孔时间为330(280～378)s/孔,平均X线透视次数为6(5～8)次。打孔数据与计划角度差值无统计学差异(P=0.209)。该系统存在一定的学习曲线,熟悉该系统后,应用此方法角度偏差能控制在4°之内。结论脊柱微创手术机器人系统打孔精确,利用实验前CT扫描结果进行实验前计划,根据该计划辅以C型臂系统遥控脊柱微创手术机器人系统进行打孔具有可行性。

仿人机器人控制系统的研究与实现

根据仿人机器人控制性能的要求,设计开发了关节控制器,并通过CAN总线把各个关节控制器、力传感器及上位机连接在一起,构成了分布式控制系统.利用无线局域网技术,实现了语音、视频等多媒体信息的传输,把监控台、头部、上身和移动平台连接在一起,构成了仿人机器人完整的控制系统.最后提出了一些设想以提高系统的性能.

蛇形机器人伸缩运动仿生研究

对生物蛇在不同环境中的运动步态进行了观察与试验,试验发现蛇具备垂直平面内的伸缩运动功能。详尽分析了水平面内和垂直面内伸缩运动的运动机理、运动特点和它们所能适应的特殊环境。分别建立了两种伸缩运动的数学模型,并对数学模型进行了运动学分析。根据蛇的伸缩运动机理,设计了蛇形机器人的仿生机械结构。最后根据数学模型,对蛇形机器人进行了伸缩运动试验,验证了这两种运动步态的可实现性。

基于AFM的机器人化纳米操作中纳观力的初步研究

针对基于原子力显微镜(AFM)的机器人化纳米操作,对探针作用下探针—基片—微粒之间纳观力的作用规律进行了初步分析.指出起主要作用的纳观力为范德华力、接触斥力、纳米摩擦力、毛细作用力以及纳米静电力等五种,并初步推导了各种纳观力的表达形式.通过力—距离曲线仿真与实验验证了所进行分析的合理性;该分析有助于进行纳米操作的精确控制.

基于多传感器的可变形机器人自主控制方法研究

将GPS、电子罗盘、倾角仪、码盘传感器等应用到可变形机器人自主运动控制中.针对可变形机器人自身结构特点,提出了一种基于多传感器信息融合的可变形机器人在野外环境中自主控制的方法.该方法主要实现了在非结构环境中机器人的自主变形、自主避障和自主导航定位等功能.实验验证了该方法的有效性.

可变形机器人协同转向运动研究

可变形机器人AMOEBA-I具有多种构形和多种转向方式.为实现机器人转向性能的优化,提出了可变形机器人的协同转向方法,并建立了相应的数学模型,对不同构形下的协同转向方式进行了理论分析.设定了机器人三个模块在协同转向过程中的运动关系,在此基础上给出了可变形机器人协同转向性能的评价指标.通过理论和实验比较了不同构形下的协同转向方式,实验验证了协同转向方法的有效性.

蛇形机器人平面运动控制方法的研究

介绍了蛇形机器人实现转弯运动的一种新方法--幅值调整法,并用实验验证了该方法.选取位移传感器安装到蛇形机器人的一个单元上,来测量侧向滑动距离和偏转角度.综合幅值调整法和传感器信息,提出了蛇形机器人自主运动控制规律.最后给出计算机仿真结果.

链式可重构机器人单模块结构设计与运动实验

提出了一种新型模块化链式移动机器人机构,它具有可重构、自动变形的特点。单个标准模块主要由中间通孔式连接手臂、履带驱动链传动装置、模块偏转锥齿轮传动装置、模块俯仰链传动装置、连接柄等组成。模块间由偏转关节、连接柄、连接臂和仰俯关节进行连接组合。为提高单个模块的机动性和实现运动自主功能,对标准模块进行了适当改进,单模块机器人采用了履带、轮、臂、腿组合的移动机构,具有三维空间的运动能力。最后对单模块机器人样机在垂直壁障碍、平地支腿、平地转弯、斜坡、楼梯等情况下的运动能力进行了实验,为进一步实现多模块机器人的自重构和环境应用打下了基础。

仿人机器人系统的研究与实现

针对仿人机器人的结构和控制性能的要求,设计开发了机器人的关节控制器,并利用CAN总线把各个关节和力传感器及上位机连接在一起,构成了有效可靠的分布式控制系统;利用无线局域网技术,实现了语音、视频等多媒体信息的传输,构成了仿人机器人完整的控制系统。最后提出了一些设想以提高系统的性能。

一种可重构模块化机器人系统的运动学研究

介绍了一种可重构模块化机器人系统,进行了基于指数积法的模块化机器人的运动学研究。采用装配映射矩阵描述模块装配的拓扑结构信息。利用拓扑结构信息和模块坐标系间的齐次变换,获得了各个关节的旋量坐标并自动生成了基于全局指数积法的机器人运动学正解模型。通过对旋量坐标的伴随矩阵变换获得了机器人的空间雅克比矩阵,进而采用速度变换的方法得到了夹爪坐标系相对于空间坐标系的雅克比矩阵。采用Newton-Raphson迭代方法,利用雅克比矩阵的广义逆实现了运动学逆解的求解。并通过仿真实验验证了逆解求解方法的有效性。