轮-履复合可变形机器人的移动机构参数分析

针对非结构环境地形特点,结合轮式、履带式移动机构在复杂地形环境中的运动特点,设计了一种适应于非结构环境的轮-履互换、履带几何形状可变化的复合型移动机器人。该轮-履复合型移动机器人的机构系统由一个控制箱体和两个相同的轮-履复合移动单元模块组成。每个轮-履复合移动单元模块由运动轮和几何形状可变的履带轮构成,在一个驱动力的作用下根据不同的约束环境而表现为轮式和履带式两种运动特征,同时此单元模块具有轮-履互换、履带几何形状可变等特点。运用理论推导、参数优化等方法对轮-履复合移动单元模块的机构参数进行了分析综合,并经仿真分析验证了机构参数选择的合理性,为轮-履复合、履带可变形移动机器人的机构参数化设计提供了理论依据。

地面移动机器人越障动力学建模与分析

对采用轮—腿—履带复合型移动机构的地面移动机器人进行了研究,首先分别描述了机器人采用腿—履带、轮—腿—履带两种方式的越障过程,进而对腿—履带复合越障过程进行了动力学建模,分析了电机驱动力矩与机器人速度及障碍物高度等之间的关系,为确定机器人的复杂环境适应能力提供理论依据.

一种轮足复合式爬壁机器人机构建模与分析

基于行星轮系运动及双足真空吸附原理,提出了一种新型爬壁机器人机构,介绍了机构的构型及结构特点,推导了运动学方程,分析了沿直线行走、平面旋转和跨越交叉壁面三种运动模式.仿真结果表明该机构具有移动速度快、运动灵活、跨越交叉壁面能力强等特点.

全地形轮式移动机器人运动学建模与分析

提出全地形轮式移动机器人的正逆运动学问题。将机器人看成一个混合串-并联多刚体系统,从每个轮-地接触点到机器人车体分别构成一个串联子系统,抛弃车轮纯滚动假设,在轮-地接触点处建立瞬时坐标系,考虑车轮的平面滑移,从而对每个串联子系统形成一个封闭的速度链。对于每个速度闭链,可直接在驱动轮轮心处写出从机器人各驱动轮到机器人本体之间的运动方程,将每个速度闭链的运动方程合并即可得到机器人的整体运动学模型。以一个具有被动柔顺机构的六轮全地形移动机器人为对象进行推导,该方法既考虑了地形不平的影响,又考虑了车轮的前向、侧向及转向滑移,已知机构参数后就可以直接写出机器人的速度方程,且便于运动学求解。该方法对于轮式移动机器人的运动学建模具有一般性,且具有物理意义明确、推导过程简洁等特点。

轮式移动仿人机器人的动力学建模与分析

利用高效迭代牛顿-欧拉方法对一个21自由度的轮式移动仿人机器人进行了整体动力学建模,该模型虽然维数较高,但消除了分块建模中需要对模块之间相互作用力进行建模的难点问题,并且由于机器人双臂的对称结构,当合理规划双臂运动时,动力学模型将得到部分简化。本文还对某关节运动时在各个关节所产生的力或力矩进行了仿真分析。解析及仿真结果表明,合理规划上臂各关节的协调运动,将极大地削弱车体及腰部各关节所受的力或力矩扰动,为基于动力学的机器人运动控制以及稳定性分析提供理论依据。

轮-腿-履带复合移动机器人的研究

中国科学院沈阳自动化研究所自行研制的灵豹复合移动机器人,采用轮-腿-履带复合移动机构,构建了嵌入式控制系统,设计了模糊控制器控制机器人行走,实现了机械臂的自主联动控制。机器人运动控制更加简便,系统具备良好的适应性和运动稳定性。

月球机器人仿真中一种消除轮地交互误差的方法

利用虚拟现实技术虚拟出月球机器人在月面上的作业环境和作业过程,是提高机器人作业的安全系数和工作效率的一条有效途径。在3D重建得到的虚拟月面环境中,如果采用通常的单纯基于运动学(或者动力学)模型的仿真方法,对机器人的作业和运动进行虚拟,那么机器人与地形交互的过程中容易产生接触偏差。而且,随着仿真时间的推进,这种接触偏差会逐渐积累并不断增大,进而严重影响仿真测试的精度和效果。为了消除月球机器人仿真中的轮地交互误差,在分析误差来源的基础上,提出了基于运动学优化的解决方法。最后利用实际的虚拟现实仿真系统,验证了所提出方法的有效性。

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。