核探测机器人底盘设计与越障性能仿真验证

为减少核辐射对工作人员身体的损伤,设计了一款可用于强辐射环境的、具有较好通过性和地形适应能力的附有减震系统的核环境探测机器人。该机器人搭载多种探测传感器并对关键驱控部分进行了辐射屏蔽,可在强辐射环境下完成探查、巡检作业;机器人的履带移动底盘设计采用驱动轮与地面具有一定角度的离地角同时使诱导轮接地的方法以保证机器人具有较好的越障性能和地形适应能力;底盘设计了减震结构以减少机器人震动对探测器造成的影响。通过理论分析确定了移动底盘相关参数,通过三维绘图软件SolidWorks建立了机器人三维模型,利用动力学仿真软件RecurDyn对机器人底盘越障能力进行了仿真分析,得出了机器人在越障过程中其质心与驱动扭矩的变化关系,验证了底盘越障可靠性,为实验样机的研制奠定了理论基础。     

具有自适应性仿生腿及行走方式可切换式汽车

高性能移动机器人主要用于灾难搜救、星球探测、军事侦察、矿山开采等非结构化环境中,其移动系统可分为轮式、腿式、履带式以及轮腿结合式4类。其中,轮腿式机器人不仅具备腿式机器人的高越障性能和对复杂地形的高适应性能,还兼备轮式机器人在平整地面上滚动的高速高效性能。具有自适应性仿生腿及行走方式可切换式汽车综合了轮式系统和腿式系统的优势,具备多种运动姿态,包括滚动、攀爬楼梯等,具有运行平稳、带负载能力强以及越障性能好的优点。可作为移动机器人平台搭载相关设备完成星球探测、军事侦察、扫雷排险等多种工作。     

一种复杂环境高机动性轮式移动平台

移动机器人在星球探测,户外侦查,灾难搜救,以及军事等领域有着广阔的应用前景。为了设计一款能代替人类在复杂环境进行作业的小型高速移动机器人,侧重于横向非结构地形,提出了一种拥有被动悬架的轮式移动平台,对其结构进行了三维建模,对越障结构和减震系统进行了力学计算,为评估其越障性能进行了动力学仿真,为其动力系统和控制系统进行了选型和配置,组装一代样机并进行了实验。实验结果表明该样机能够较好地适应横向地形。     

任务型履带单兵机器人系统设计与越障性能分析

军事用途机器人的应用很大程度上降低了士兵及工作人员作业的危险性,针对当前单兵机器人普遍具有的结构复杂、携带不便等问题,设计并研制了一种便于携带的任务型单兵机器人,其轻质、灵活的特点可快速响应侦察、排爆、采样等任务的需要。为分析机器人的越障机理并提高越障性能,通过建立质心运动学模型,对机械臂俯仰角、机器人俯仰角与凸台越障最大高度进行理论分析,并通过仿真实验得到了机械臂不同姿态下机器人越障的质心位置变化曲线以及对应的驱动转矩曲线,以此确定了最佳越障姿态,最终通过实物实验验证了结构设计的合理性及理论分析的正确性。为后续单兵机器人的发展和移动机器人越障性能的改善提供参考。     

关节式双履带移动机器人越障稳定性分析

通过对外部环境的复杂情况及各类影响因素的观测与分析,设计了一种基于非结构环境的关节式双履带移动机器人,该机器人平台由前、后两壳体组成,两壳体由旋转关节相连接,调节式活动装置和履带压紧机构的设计保证了机器人的越障稳定性。在此基础上,以攀越二维崎岖地形、正斜坡地形以及楼梯等三种典型地形为例,对机器人的越障稳定性进行分析和仿真。最后经过实验验证关节式双履带移动机器人的结构设计的合理性和理论分析的正确性。     

隔爆型移动机器人平台的研制

工作在矿山、石油、化工、消防等特殊行业的作业人员,常常处于危险的爆炸性气体环境中,因此研制一种隔爆型移动机器人平台,以替代作业人员进入危险区域进行作业变得十分重要。本文主要针对煤矿井下环境,依据对煤矿中探测设备的防爆设计要求,设计了一种隔爆型移动机器人平台。该机器人平台具有体积小、重量轻、行动灵活,可实现单兵背负等特点。实验测试表明该机器人的运动性能满足矿用救灾探测机器人的要求,并可在此平台基础上设计出可在其他爆炸性气体环境中使用的移动机器人平台。     

一种检测用植物油罐爬壁机器人爬越焊缝能力分析

为了进一步提高大型立式植物油罐壁面检测作业的安全性,提出了一种新型的植物油罐爬壁机器人并对其爬越焊缝时的情况进行了受力分析。建立了机器人前从动轮越障、两主动轮同时越障和单个主动轮越障3种情况下的力学模型,并对其进行简化,得出机器人在遇到障碍时,不同状况下对磁吸附力的影响关系。确定出越障时所需的临界吸附力,为机器人吸附机构的磁吸附力的确定提供依据。     

多悬挂轮式机器人底盘通过性研究

为提高服务机器人通过性能，提出一种多悬挂底盘结构。通过对现有服务机器人调研，分析主要性能指标并完成多悬挂轮式机器人底盘设计。分别建立多悬挂及传统结构底盘数学模型，对比分析越障高度和爬坡角度。基于ADAMS搭建台阶及斜坡工况进行动力学仿真，得到两种底盘的最大越障高度、最大爬坡角度及动力学特性。最后搭建实物样机，对多悬挂底盘进行实验，验证其通过性能。结果表明：多悬挂底盘适用于通过性能要求高的场合，传统底盘适用于车身稳定性要求高的场合，可根据不同的应用场景选择相应的底盘形式。     

高机动越障机器人攀登机构的关键问题解析

介绍了一种适合于野外非结构环境下的移动机器人，它由双曲柄加弹簧的攀登机构和两个四边形高架机构的组合变形机构组成，越障过程表现出足与轮的双重功能，具有很强的自越障能力．基于六轮高机动性越障机器人，对攀登机构进行了力学建模，采用ADAMS仿真和实验法，对攀登机构的结构参数进行了优化，并采用虚位移原理对有弹簧和无弹簧的力学分析进行了比较，定量地分析验证了弹簧在越障过程中所起的至关重要的作用．     

螺旋驱动式管内机器人越障性能优化设计

受当前管道连接工艺限制,各类管道连接处易形成环形凸台或环形凹槽障碍,因此管内机器人需具备一定的越障能力.相比地面机器人越障,管道内部封闭且受限的空间环境使机器人越障机理更为复杂.针对一类螺旋驱动式管内机器人,为了定量分析其越障运动并获得约束下最优越障性能,分别构建机器人在环形凸台和环形凹槽障碍环境的准静态越障模型,包含螺旋轮越障和从动轮越障两种状态.以机器人牵引能力、驱动电机转矩等为约束条件,构建机器人综合越障性能数学模型,基于指数惯性权重改进粒子群算法优化求解最优越障性能下的决策参数向量.将所提综合越障性能优化方法应用于螺旋轮角差动式管内机器人的设计中.试验结果表明:该机器人能够顺利通过PVC管道内2mm环形凹槽障碍和不锈钢管道内2mm环形凸台障碍,验证了所提方法的有效性.