一种爬杆机器人的结构设计与性能分析

针对城市杆状建筑的清洗和维护问题,设计了一种新型爬杆机器人,采用一个驱动机构完成了移动和夹持两种功能。研究了爬杆机器人在攀爬过程中的步态,并建立了爬杆机器人的虚拟样机,利用多刚体动力学仿真软件ADAMS完成了机器人攀爬过程的仿真,分析了机器人攀爬过程中的位移、电机转矩与机械手夹持力的变化情况。仿真结果表明,机器人能够按照预定方向完成平稳的运动,电机转矩有一定波动但不影响机器人的攀爬稳定性。通过仿真分析可知,单侧机械手与灯杆之间平均接触力大小约为32.4 N,机器人对灯杆直径变化有一定的适应能力。     

仿壁虎机器人侧爬型地壁过渡步态Matlab仿真

通过观察自然界大壁虎的地壁过渡步态,结合已有仿壁虎机器人自身的结构特点,设计了一种仿壁虎机器人的侧爬型地壁过渡步态。利用Matlab软件求解了足端脚掌的运动空间以及落脚点的选择,对关键步态进行仿真,从而实现机器人的地壁过渡。对关键步态中间进行插值,以同样的方法求解即可得到整个过渡过程中的步态运动系列和电机旋转角度。研究表明,斜爬型过渡方式能够实现机器人互相垂直的地、壁面间的过渡运动。     

轮足式风电机爬壁机器人的设计与分析

为解决人工维护风电机施工难度高、效率低、劳动强度大等问题，基于爬壁机器人研究现状，提出了轮足式4吸盘风电机爬壁机器人的机械本体结构方案。采用Creo软件对机器人的前后吸盘、三腔星轮式吸盘及前后叉架等进行机械结构设计，借助CAD软件对机器人翻越内直角时各种运动姿态进行分析；建立数学模型，通过MATLAB软件对计算结果进行仿真分析，得出防止机器人滑落的最小安全吸附力；运用ADAMS软件对爬壁机器人虚拟模型进行运动学分析，同时应用爬壁机器人样机进行运动试验予以验证。结果表明：爬壁机器人能够在最小安全吸附力条件下，完成机器人单一曲面越障及翻越内直角时越障的运动要求，从而得出轮足式4吸盘风电机爬壁机器人设计方案可行，为后续研究提供有益参考借鉴。     

一种自锁式爬杆机器人的设计与分析

针对传统爬杆机器人携带重物能力有限,故障后易造成意外伤害等问题,应用自锁原理设计一种新型自锁式爬杆机器人。介绍了机器人的结构设计方案与工作原理,进行了机器人的自锁条件分析、载重能力计算和运动稳定性分析。在此基础上,对机器人在变直径圆柱杆上爬行过程的控制方法进行分析。分析结果表明,设计的机器人能够携带重物在变直径圆柱杆上稳定爬行,满足电线杆高空作业要求。     

一种新型的气动爬杆机器人

随着人工智能技术的迅速发展,各类智能机器人的研究也越来越受到人们关注。面向实际生活和工业应用中存在大量爬杆作业的需求,在分析现有爬杆机器人在实际应用中所存在问题的基础上,设计了一款能够快速攀上固定高台的新型气动驱动机器人。该机器人利用双作用气缸为主要执行元件,通过设计六连杆机构对圆柱杆进行夹紧,通过气缸提升实现机器人的爬杆动作,然后通过摩擦轮带动机器人旋转上台进行工作。首先对机器人进行了结构设计和建模,再通过COMSOL软件分析主要零件的力学性能,并在AMESim软件中完成提升和夹紧机构的运动仿真。分析结果表明,该气动爬杆机器人能够满足快速爬杆的要求。     

六足爬壁机器人的运动学建模与仿真

六足机器人因其运动灵活、承载能力强和稳定性好等优点得到广泛的应用。为对六足爬壁机器人运动进行控制,首先要建立其运动学模型。因基于旋量理论的建模方法能够简化运动学计算过程的复杂性,基于旋量理论建立了六足爬壁机器人正运动学模型,并在此基础上求解机器人逆运动学。同时为了对比分析所建模型的准确性,我们在ADMAS上建立机器人虚拟样机仿真模型,并且设计步态,使虚拟样机末端执行器按照预定的轨迹运动。其次在MATLAB软件下根据建立的逆运动学模型求解机器人末端执行器按预定轨迹运动时各关节转动角度。通过对比两个模型各关节转动角度随时间变化的曲线,以及各关节角度误差和末端位移误差来验证建立的机器人运动学模型的正确性。研究结果表明,基于旋量理论建立的六足爬壁机器人的运动学模型精度高,能够作为多足机器人研究的基础。     

丝杆移动型爬杆机器人的机构设计与分析

夹持式机器人已成为主要的攀爬机器人,其两端手臂对攀爬对象夹持的安全性与可靠性是机器人重要的前提条件。丝杆移动型爬杆机器人的攀爬过程分为手臂台升降、身体复位和绕杆检测三个阶段。首先对机器人前两个阶段的丝杆进行受力分析,确定整机设计参数;再通过ADAMS对机械臂与杆的夹持过程进行动力学分析,根据机械手加速度曲线优选最佳受力时间,进一步分析各杆的角加速度,确定整机的可靠性;最后将机械臂简化为梁单元,进行有限元非线性屈曲分析,验证梁的安全性,并对携带传感器的机械臂进行优化,减轻重量。     

手臂康复机器人的动力学分析

介绍的手臂康复训练机器人可用于因受外伤或疾病造成的手臂运动障碍患者.它可以实现水平面和竖直面的轨迹运动,具有主动和阻尼2种工作模式,能够对肩关节、肘关节进行训练.分析了机器人的结构及其动力学模型,将人的手臂简化为圆台型刚体,关节简化为绕固定轴转动的回转关节,采用Matlab/Simulink的Mechanics构建了包括康复训练机器人和人的手臂在内的整个康复训练系统的动力学模型,仿真结果验证了动力学模型的有效性.     

关节-轮式爬杆机器人多姿态力学模型与稳定性研究

现有的爬杆机器人在研究中常侧重于越障能力或负载能力某一方面,无法同时满足实际生产对这两方面提出的高要求,为此设计了一种新型关节—轮式爬杆机器人,兼具了轮式机器人较强的负载能力和关节式机器人良好的越障能力。建立了爬杆机器人在轴向、周向、翻转运动姿态下的整体力学模型和基于稳态侧偏理论的弹性车轮力学模型,研究了夹紧力对运动方向和稳定性的影响。根据理论计算结果,在ADAMS中对爬杆机器人虚拟样机进行动力学仿真,实现了三种姿态下的稳定运动,验证了机器人设计及力学模型的正确性。     

气动蠕动爬杆机器人

提出了一种以气压驱动的蠕动爬杆机器人的设计方案。该方案以气缸活塞的运动带动连杆机构运动，实现机器人对圆柱杆的夹紧；用橡胶驱动器连接上下两个夹紧机构，利用橡胶管在气压作用下的伸缩性，配合夹紧机构，实现机器人以蠕动方式爬升圆柱杆；具体分析了该机器人的夹紧和蠕动功能实现的原理。     

基于Sarrus结构的5自由度拟人手臂运动学研究

针对目前机器人拟人手臂的结构特点及局限,提出一种将Sarrus结构作为运动关节的新型手臂,并设计一种基于Sarrus结构的5自由度拟人手臂.为验证该优越性并研究其工作空间,同时为结构设计优化提供基础,用齐次坐标变换法对正向运动学进行分析,推导出腕部质心到基准坐标系的姿态变换矩阵,并通过数值计算,得到手腕质心的轨迹曲线.分析结果表明基于Sarrus结构的拟人手臂在具备一般机器人手臂性能的同时,还具有高度的柔性;采用这种新型关节的手臂能够克服自身连杆的限制,并且能够在结构上进一步拓展其工作空间,满足不断变化的工作和环境需求.     

轻型液压平动搬运机械手研制

设计了轻型平动搬运机械手的手部、腕部以及伸缩臂的机械结构,并选用液压驱动控制方式控制机械手的旋转和抓放动作。在液压传动机构中,机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸,手腕回转采用回转油缸,立柱的转动采用齿轮齿条油缸,机械手的升降采用升降油缸,夹持器的夹持采用夹持油缸。同时,对机械手的力学性能进行了分析,结果表明本机械手可以实现空间抓放物体,动作灵活多样,结构紧凑,重量轻,效率高。     

运用RGRR-Ⅰ构造5RP混联机器人手臂的构型研究

传统的串联结构的关节式机器人手臂存在在刚度低的缺点。并联双自由度转动机构RGRR-Ⅰ刚度高,且有着工作空间/机构尺寸比大、活动构件少、制造容易等一系列优点。基于关节式机器人手臂的工作要求,运用并联双自由度转动机构RGRR-Ⅰ构造出实现绕XYZ三个直线运动坐标移动,两个运动轴坐标回转的混联五轴联动机器人手臂,并分析其工作机理,建立起有关模型。该研究也为其他混联机器人手臂的设计研究提供了借鉴。     

新型微创手术器械串并联机构设计及运动学分析

针对单孔腹腔镜外科手术对器械尺寸及灵活性要求,设计了一种由柔性杆和钢丝绳组合驱动的四自由度微创手术分离钳。基于方位特征集(POC集)方法进行并联机构结构综合,提出实现腕部关节两转动的4SPS-1U的新型并联机构单元,并通过串联该并联机构单元,实现微创手术器械腕部±90°俯仰和±90°偏转大角度转动。对腕部4SPS-1U并联机构单元正、逆运动学进行分析;根据期望工作空间,确定构造腕关节的并联单元个数,可为进一步新型微创手术器械设计及研究提供理论和应用基础。     

一种基于气动肌肉的新型爬壁机器人运动机构设计

运用新型的气动人工肌肉,作为动力源,为新型的爬壁机器人提供动力。通过控制无杆气缸的运动,爬壁机器人手臂可上下摆动。手臂上气动肌肉的收缩用以将机身提起,完成上升运动。该爬壁机器人的吸附方式采用传统的多吸盘吸附方式。     

基于连杆机构的犬类机器人步态仿生分析

犬类腿部运动的仿真模拟对仿生导盲犬的设计具有重要作用，在对于仿生导盲犬的设计中，采用简单常见的连杆机构，通过若干（两个以上）有确定相对运动的构件用低副（转动副或移动副）连接组成的机构，利用低副是面接触，其耐磨损的特点，来实现设计中对犬类腿部运动的仿真模拟，组成腿部结构的各连杆之间连接的位置均存在转动副，且各连杆之间交错分布。针对犬类的踱步（pace）步态、小跑（trot）步态与奔跑（run）步态三种步态分别进行仿真模拟，借助Adams软件，通过对连杆机构的转动副施加不同的驱动函数，使仿生导盲犬的运动与真实犬类步态拟合。     

液压摆动机机械手设计

该文对液压摆动机械手进行了设计,主要用于缝纫机针的抛光工作,可用几台机械手相配合实现生产自动化的自动生产线.为了实现所需功能,采用了液压驱动的方式来实现机械手手臂的上下摆动、手臂的回转运动、手腕的回转运动以及手部的夹持运动.     

柔性杆连接的仿壁虎机器人结构设计

设计并研制具有柔性元件的可采用人造壁虎脚掌吸附材料的足式仿壁虎机器人结构。针对采用人造壁虎脚掌吸附的足式爬壁机器人,仿照生物壁虎设计基于连杆的仿壁虎机器人结构,进行运动原理分析,对机构进行简化,以及自由度计算。设计相应的运动步态,选用对角线步态实现机器人的直线行走以及转弯动作。为简化机构并使运动柔顺,采用柔性杆作为仿壁虎机器人的身体连接件,通过对机构自由度的计算,分析机构的可行性,并结合静力学分析对柔性杆的选择进行讨论。在Adams软件环境下建立虚拟样机进行仿真和测量,对各关节的受力情况进行分析。通过实物样机爬行试验,验证了设计的有效性和可行性。     

基于动作捕捉技术对仿人机器人运动学分析与步态仿真

以人类的构造为原型,基于仿生学的角度,设计了一种下肢单腿7自由度的仿人机器人.通过三维光学动作捕捉系统采集人体正常行走时的运动位置坐标,分析数据,获取人体步态行走时的关节角度及下肢各关节力矩变化规律;建立了下肢7自由度运动学模型并进行逆运动学分析,求解出下肢各关节角度的变化情况,并根据步态规划求解出仿人机器人步行运动过程中下肢各关节转动角度;在UG环境中建立下肢7自由度的仿人机器人三维模型,并利用多体动力学软件Adams进行动力学仿真,结合步态运动规划求解出的角度变化情况对仿真参数进行设置,通过虚拟样机完成仿人机器人的步态行走,并将仿真数据和动作捕捉实验获取的数据结果进行对比.研究结果显示,仿人机器人能够实现稳定的步态行走,确认了整体建模思路、运动学分析以及动力学仿真的准确性.以实验结果为基准,仿真所获得的髋关节和膝关节力矩值相对于实验值的相对误差分别为6.7％和9.6％,均在合理的范围内,为仿人机器人结构设计和电机选型提供了依据.     

工业机器人知识讲座 第四讲 工业机器人操作机（下）

(2) 腕 机器人的腕部位于小臂的前端,是联接末端执行器(如手爪)的部件。在结构上,腕部必须十分紧凑、轻巧,以减小操作机末端的运动惯量和重力矩;它往往用硬铝合金材料来制作,并且常采用分离部局。把它的驱动件(电机)布置在其后的小臂上,在运动方面,腕关节可具有绕3个互相垂直轴的3个转动(图1)。但根据作业不同,腕部的自由度