全地形移动机器人轮-地几何接触角估计

研究全地形移动机器人在不平坦地形中轮-地几何接触角的实时估计问题.本文以带有被动柔顺机构的六轮全地形移动机器人为对象,抛弃轮-地接触点位于车轮支撑臂延长线上这一假设,通过定义轮-地几何接触角δ来反映轮-地接触点在轮缘上位置的变化和地形不平坦给机器人运动带来的影响,将机器人看成是一个串-并联多刚体系统,基于速度闭链理论建立考虑地形不平坦和车轮滑移的机器人运动学模型,并针对轮-地几何接触角δ难以直接测量的问题,提出一种基于模型的卡尔曼滤波实时估计方法.利用卡尔曼滤波对机器人内部传感器的测量值进行噪声处理,基于机器人整体运动学模型对各个轮-地几何接触角进行实时估计,物理实验数据的处理结果验证了本文方法的有效性,从而为机器人运动学的精确计算和高质量的导航控制奠定了基础.

全地形移动机器人建模与控制研究综述

本文主要针对复杂地形给移动机器人机动性和安全性所带来的相关问题,从机器人建模、轮—地接触模型、车轮滑移、牵引力控制及稳定性控制等方面,对全地形移动机器人建模与控制的相关研究进行了全面综述,并分析了国内外研究现状,特别是近年来所取得的最新成果.最后,指出了目前存在的问题及将来可能的发展趋势.

基于状态构形矢量和状态构形矩阵的可重构模块星球机器人构形水

可重构模块星球机器人系统由母体和多个子机器人模块组成,单个模块可以独立运动和操作,多个模块可以重构组合成不同构形,模块采用非对称式轮手一体机构,具有姿态方位性和运动方向性,重构目的是组成在某种环境下更好地完成有向性运动的构形。基于此,提出矢量构形概念,将运动趋势方向和方位性融合到构形拓扑结构中。在模块矢量分析模型基础上,提出并构建状态构形矢量(State configuration vector,SCV)和状态构形矩阵(State configuration matrix,SCM),对非对称式单模块和整体构形的状态信息进行描述,同时支持预定义的数学变换操作,可以表达并触发模块的基础动作、构形重构。提出离散模块组合重构成目标构形的优化分析算法,通过实例仿真计算获得优化分析的选择结果。

基于SolidWorks斜齿轮、蜗轮三维建模的研究

详细阐述利用VB6.0进行SolidWorks二次开发的关键技术,论述斜齿轮的三维参数化建模系统开发的具体过程,对比了不同建模方法的特点,提出齿轮三维建模误差分析的两种方法,为模型应用提供了理论指导,同时对该研究方法的拓展性应用举出实例,给出用VB开发SolidWorks一般方法。

新型轮—腿—履带复合移动机构及稳定性分析

为提高反恐防暴机器人对非结构环境的适应能力,设计出了一种具有良好的机动性能和转向性能的新型轮—腿—履带复合移动机构.通过机器人机构分析与本体的稳定性分析,论证了其结构设计的可行性及好的稳定性.

输电线巡检机器人行走动力特性与位姿分析

根据跨越超高压输电线路障碍物的类型,提出一种新的双臂自主越障巡检机器人机构。该机器人采用复合轮爪机构在架空地线上连续行走并跨越障碍。由于架空地线呈悬链线状,机器人在连续行走过程中会出现上坡和下坡,对行走动力特性的影响非常明显。在上坡时行走电动机提供驱动力矩,在下坡时行走电动机提供制动力矩,以保持匀速巡线。详细分析了机器人在架空地线上行走时所处的加速、匀速、减速和停止的各个状态,驱动机器人所需的驱动力矩以及它们与机构参数之间的关系,并应用优化方法给出各个状态电动机驱动力矩最小时,机器人机构参数对应的最优解,为巡检机器人的设计和控制系统方案的确定提供了理论依据。

一种基于反作用力的仿人机器人ZMP建模与测量

“零力矩点”是判定仿人机器人动态稳定运动的重要指标。本文根据零力矩点的概念,利用机器人车体的几何及动力学关系,建立基于反作用力的正交轮式移动仿人机器人的零力矩点模型;提出了基于电流传感器、电机编码器等传感器的零力矩点的实时测量方法,并给出了该方法的结构框图。由于轮式移动仿人机器人与地面呈点式接触,难于安装力传感器,所以这种方法尤其适用于轮式移动仿人机器人。

一种轮式移动机器人实时速度估计方法

环境和机器人自身的不确定性影响轮式移动机器人的轨迹跟踪控制性能,此时仅仅使用里程计往往不能正确表达机器人的状态信息。在无速度传感器的情况下,讨论了使用加速度传感器和位置传感器的输出实时估计轮式移动机器人的速度。首先使用滑模观测器进行里程计信号处理,然后对车体加速度信号进行带通滤波提取车体扰动信息,通过频域融合信号表达轮式移动机器人的速度,并针对正交轮式全方位移动机器人进行了轨迹跟踪控制研究。试验结果表明采用融合数据可以更准确提供机器人的状态信息并得到更好的控制性能。

可重构星球探测机器人的机构设计

基于可重构思想设计了一种可重构星球探测机器人系统。系统由一个母体和几个子机器人组成,其中子机 器人包括车轮和手臂两部分,可以作为独立作业的机器人,具有移动状态和工作状态两种模式。子机器人具有在 一个驱动力作用下处于不同约束环境中时,表现为不同形式输出的特点,容易实现两种模式下的灵活运动。并深 入研究了机构参数对子机器人运动的影响,用试验和仿真进行了验证,这为机器人的参数化设计及运动中的参数 化调整提供了重要的理论依据。

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。

可重构星球探测机器人的空间对接研究

提出了以改装后的位置敏感传感器来引导机器人完成自动对接的方法,分析了具体工作原理。对可重构星球探测机器人在运动模式下完成对接的两种姿态进行了比较,分别用一般方法和改进后的规划方法计算出了对接工作空间,比较结果说明,机器人在运动模式下三角边着地有利于完成自动对接。对工作模式机器人在工作空间内的运动进行了静力学分析,分析结果表明,机器人在工作空间内可以自由运动。用VC和OpenGL搭建的平台对空间对接进行了仿真试验,试验结果验证了对接工作空间计算的正确性和完成空间自动对接的可能性。

一类轮式机器人的水平姿势控制

本文介绍了一类轮式机器人的结构及其水平姿势控制方案,给出了控制系统的硬件组成、软件框图。

轮式移动宜人机器人技术研究

轮式移动宜人机器人项目研究的主要目的是开发自主式仿人机器人样机 ,探索先进的机器人理论和技术。轮式移动宜人机器人由正交轮式移动平台、腰部、躯干及头部和双臂组成 ,共 2 1个自由度。整体结构包括 :电源系统、机械系统、控制系统和传感系统。电源系统采用车载电池供电。机械系统包括变刚度结构 ,提高了机器人与人交互作业的安全性。控制系统分为中央协调层和执行层结构。传感系统主要实现关节位置检测、姿态检测、力检测和视觉。文章讨论了此机器人的研究进展。

非完整自主车基于圆轨迹的道路避障

本文就四轮非完整自主车提出了一种基于圆轨迹的道路避障策略。先将道路上的障碍按照障碍距离自主车的远近划分层次,使一个层次的障碍能在自主车视场中全部出现。然后给出基于圆轨迹的避障算法,即自主车沿由自主车出发位姿和子目标点确定的圆弧轨迹走行。在此之前推导四轮非完整车的运动模型为提出避障策略的基础准备。尽量减小自主车在走行过程中运动状态的改变,基于圆轨迹避障策略能够很好地满足这一要求。最后引入代价函数,给出对于此方法的评价,体现了本方法的优越性。

轮式仿人机器人动态稳定性分析及腰部控制研究

仿人机器人研究从仿生学角度具有拟人功能的智能机器人，它需要结合机构、控制、传感和材料等技术。随着社会经济与科技水平的发展，使仿人机器人引入人类环境，与人类一同工作、合作和交互成为可能，仿人机器人的研究也成为当今机器人研究中的热点内容之一。本论文以中科院沈阳自动化研究所机器人学重点实验室承担的国家863计划“十五”项目——“宜人化双臂操作型服务机器人”为依托，以本项目中的轮式仿人机器人为研究对象。本论文的主要内容包括：对项目样机中的差动腰部机构的运动学、动力学建模，腰部机构基于运动学的控制算法及实验研究；仿人机器人的整体动力学建模，基于动力学模型的腰部机构控制算法与仿真研究；依据零力矩点(ZMP)理论完成轮式仿人机器人的ZMP建模及其动态稳定性的深入分析。人类的腰部具有高度的灵活性、柔韧性，是人体系统运动的调节中枢。仿人机器人的腰部机构同样应具有调节系统平衡、协调系统运动的作用。本文中仿人机器人的腰部采用新颖的差动并联驱动的腰部机构。本文建立了该机构的运动学和动力学模型，采用分解运动速度控制实现了差动腰部机构的运动学控制，并进行了实验研究。仿人机器人是一个多自由度、非线性、具有复杂运动学、动力学特性的多刚体系统。本文在合理简化的基础上，利用高效牛顿－欧拉动力学建模方法完成了本轮式仿人机器人的整体动力学建模，分析了各关节间的动力学影响，并在此基础上给出了仿人机器人腰部机构动力学模型，该模型考虑了车体、手臂运动及手部外负载的动力学影响。本文还对基于动力学模型的腰部机构带计算力矩补偿的PD伺服控制与腰部机构基于运动学的PD伺服控制进行了仿真比较研究，仿真结果表明，基于动力学模型的腰部机构计算力矩控制算法能有效地提高腰部机构的位姿跟踪精度。本轮式仿人机器人移动性好，但支撑点少，上身重量偏大，它的动态稳定性成为不容忽视的问题。零力矩点理论是用于判定机械系统动态平衡的经典理论，至今仍被广泛应用。本文基于零力矩点概念，结合机器人的高效牛顿－欧拉动力学模型，建立了仿人机器人的基于车体坐标系的迭代ZMP计算模型，该模型考虑了机器人关节的质量、惯量等参数，包含了惯性力、离心力、重力等对ZMP的影响。经分析可知，腰部机构的运动模式和车体运动加速度是影响ZMP的主要因素，进而给出了ZMP的简化计算模型，依据该简化模型，本文深入讨论了腰部机构与车体的协调运动和轮式仿人机器人的动态稳定性之间的关系，为考虑机器人动态稳定性的腰部机构运动规划及仿人机器人的动态稳定性控制奠定了基础。