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。     

四连杆式自适应越障机器人

移动机器人适应复杂地形主要通过2种方式：一种是主动式,即通过传感器探测地形,主动调整移动机构以适应地形：另一种是被动式．即自适应式,机器人机构根据地形变形以适应地形。“四连杆式自适应越障机器人”是在轮式机器人的基础上通过双曲柄与2个四边形高架结构相联。从而结合了轮式与足式移动机器人的优点。     

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．     

小型轮/履变结构移动机器人设计及越障分析

针对非结构环境中路面软硬相间、平坦与崎岖并存的地形特征,提出了一种小型轮/履变结构移动机器人,兼具有轮式移动机器人的快速移动性和履带式机器人的高越障性的优点. 机器人主要由控制箱单元、两个相同的轮/履变结构行走单元和尾支杆单元组成. 本文旨在介绍机器人的系统构成和行走单元的关键机构设计——行走轮定位、四连杆变换机构及可伸缩履带,分析对台阶、楼梯类地形的越障性能. 实验结果表明:机器人采用的行走轮定位方法可靠,四连杆机构及可伸缩履带能够快速完成轮/履切换,对于台阶、楼梯典型地形具有高通过性,从而为轮/履复合机构技术实施途径和新的行走机理研究打下基础.      

轮履复合式变形车轮的设计与越障性能分析

不同行进结构对各种复杂的非结构化路面条件具有不同的适应性和通过性.文中结合轮式、履带式运动机构的优点,提出一种可以根据路面条件改变车辆行进模式的新型轮履复合式变形车轮.变形车轮由变径轮辋部件和履带轮部件组成.在同一驱动机构作用下,变形车轮能以轮式或履带式两种运动模式在复杂的路面上运动,使车辆具有良好的地面适应性和通过性.变形车轮采用模块化设计,可以代替普通充气式轮胎直接安装在车辆上.对变形车轮两种运动模式的分析表明:变径比越大,与轮式模式相比,履带模式的爬坡性能和翻越台阶性能优势越明显.     

多适应性轮足切换移动平台设计与分析

设计了一种结构紧凑、地形适应力强的轮足复合式移动平台.该移动平台兼具轮式、足式两种运动模式,可根据地形环境进行轮足切换;采用不同行进方式应对非结构化的复杂路面,并且可以搭载其他功能模块完成救援、侦察等重要任务,可高效服务于军事、勘测、野外考察等领域.详述该移动平台的结构特点,定量研究两种运动状态的驱动单元,分析足式运动、轮式转向和轮足切换方式;通过数值计算验证了该移动平台在行进过程中的平稳性和机构本体的可靠性.     

一种新型全方位轮式移动机器人的模型研究

在麦克纳姆轮等全方位轮的基础上,提出了一种新式全方位轮结构,然后用这种全方位轮构造出一种新型轮式移动机器人的走行机构。对这种新型全方位轮式移动机器人的运动学、动力学模型进行推导,并在此基础上给出这种轮式移动机器人的运动控制方法。最后给出了全方位轮式移动机器人的圆弧轨迹跟踪的仿真结果。     

单履带被动自适应机器人设计与运动学分析

针对地形狭窄、障碍物较高的非结构环境,基于被动自适应机理的研究,综合了轮式、履带式移动机器人的优点,设计了一种单履带轮-履复合被动自适应移动机器人.该机器人能够实现轮式、履带式、轮-履混合式三种运动模式,能够通过狭小过道与拐角,并且能越过比自身更高的障碍物.介绍了机器人的机构、运动过程和传动原理,通过建立机器人的数学模型,对轮-履复合模块变形进行了运动学分析和轮-履模式转换过程分析,再用虚拟样机技术在Adams中进行建模与仿真分析,从而验证了机器人结构变形时的运动特性和结构与参数设计的合理性.     

轮履变体式车辆底盘越障性能研究

对全地形轮履变体式车辆底盘的典型越障性能进行研究.首先,参考某型车辆底盘,设计轮履复合轮（即变体轮）尺寸,建立三维模型;通过运动学和力学分析,确定出变体轮跨越壕沟、攀爬台阶及爬坡的临界状态,得到最大越壕宽度、最大越台阶高度和极限爬坡度.结果表明,轮履变体式车辆底盘具有很强的环境适应能力和较高的越障性能,且整体越障性能优于传统轮式和履带式车辆.这些为轮履变体式底盘的结构优化以及未来轮履复合式车辆的广泛应用提供了充分的理论依据.     

四足偏心轮腿机器人的越障研究

针对轮式移动机器人越障效果不够理想的现状,提出一种基于偏心轮作为行走单元的四足偏心轮腿机器人的模型,经过理论研究证明该设想具有一定的可行性.设计制作了一种四足偏心轮腿机器人样机,以高层建筑物的楼梯作为连续台阶障碍物,进行攀爬障碍物的实验,实验结果表明该机器人具有较好的越障效果.     

曲柄滑块机构改良设计及动态分析

在曲柄滑块机构连杆和曲柄销之间附加偏心轮连杆,使得偏心轮在推动曲柄运动的同时,驱动行星轮机构传送驱动力到外部.通过对改良前后机构的动力特性分析与验证,发现改良过的曲柄滑块机构比传统的曲柄滑块机构有更大的输出扭矩.     

液压四足机器人新型腿结构设计与性能分析

为实现机器人的高负载、不平地面的高适应性运动要求,设计了一种新型的液压四足机器人腿结构。提出了腿模块机构,是带有平行四边形结构的四连杆腿模块机构,与传统的曲柄滑块四连杆机构进行了运动分析比较。基于MATLAB的SimMechanics软件模块,进行了仿真分析。结果表明带有平行四边形结构的四连杆腿模块机构具有较好的传动性能,该种腿结构的液压缸运动更为平稳,可确保机器人整体性能的优越性,为液压驱动的足式机器人腿结构设计提供新的设计途径。     

轮腿式机器人多运动模式运动学分析与建模

轮腿式移动机器人具有轮式、履带式和腿式等多种运动模式,对不同运动模式下的运动特性进行了分析,建立了轮式运动模式下的运动学方程,对履带运动模式下的转向运动学进行了运动学建模;通过对机器人在腿式模式的姿态描述,建立其运动学模型。为对轮腿式机器人进行综合运动分析,实现机器人控制提供了理论基础。     

轮履复合式变形车轮机构参数分析

针对非结构环境地形的特点,结合轮式、履带式移动机构在复杂地形环境中的运动特点,提出了一种可在轮式、履带式之间进行自由切换的轮履复合式变形车轮的设计。利用序列二次规划算法,得出了变形车轮各机构参数对接地长度的影响,为最优化机构参数的确定提供了理论基础。分析机构参数对车辆通过性能影响,其结果研究表明：变径比越大,与轮式模式相比,履带式运动的越障优势越明显;同时,相对履带式运动而言,轮式运动快速灵活的优势也越明显。     

关节式移动机器人越障动态稳定性分析与控制

通过对关节式移动机器人越障过程运动学和动力学分析,得出控制移动机器人越障时保证动态稳定性的约束条件.根据传感器感知信息,用模糊逻辑控制方法改变车体姿态以适应地形,实现局部自主越障.实验表明,加入动态稳定性约束后,提高了关节式移动机器人越障的稳定性和越障速度,减少了各关节的动作,改善了越障性能.     

基于Simulink的偏置式曲柄滑块机构运动仿真

针对偏置式曲柄滑块机构,建立了速度和加速度的闭环矢量方程,使用Simulink对偏置式曲柄滑块机构进行了运动学仿真,得到了连杆及滑块的运动曲线．使用这种方法可以方便的观察到机构运动特性的变化,为后续的动力学分析提供了基础．     

一种摇臂轮组与行星轮组相结合的爬楼越障机器人结构设计

为了提高轮式机器人移动的地形适应能力和越障能力,提出了一种摇臂结构与行星结构相组合的10轮多地形自适应移动机器人。该机器人采用摇臂结构轮组作为前驱轮组被动摆动适应地形变化,行星结构轮组作为后驱轮组主动翻转翻越障碍适应地形。利用Adams软件构建机器人爬楼越障动力学模型,仿真分析机器人爬楼越障过程。研制了物理样机,根据多级台阶、楼梯、斜坡、崎岖地形进行适应性测试。试验结果表明:该机器人能够连续通过5种不同尺寸的楼梯,且在50 s通过13级台阶,验证了该机器人的地形适应能力和越障能力。     

全方位轮移动机构的原理和应用

轮式移动机构在移动机器人中得到了广泛的应用。全方位轮移动机构具有一般的轮式移动机构无法取代的独特特性,对于研究移动机器人的自由行走具有重要意义。目前已有的全方位移动机构种类较多,该文着重阐述了麦克纳姆轮全方位移动机构的结构和原理。     

考虑关节间隙的插齿机主传动机构动态特性

针对插齿机的工作要求,设计了双曲柄-曲柄滑块机构为插齿机的主传动机构.建立了双曲柄-曲柄滑块机构的含关节间隙多体动力学的模型,并进行了运动仿真.研究了不同大小的关节间隙、不同位置关节间隙对滑块运动特性的影响.研究结果表明:同一关节处,随着间隙的增加,工作行程滑块的速度特性变差,但是滑块位移曲线不变;在不同关节施加同样大小的间隙,滑块的位移与速度均受到影响;关节E处的间隙会使得滑块速度波动幅值最大,同时会增加滑块行程,使得滑块回程时的最大速度滞后,但数值会增加.研究结果可对插齿机主传动机构的开发提供参考.     

传动角最优的曲柄滑块机构多变量优化设计

在给定的设计要求范围内,希望设计出的机构具有最优的有效力传动性能.通过对曲柄滑块机构的几何关系和工作行程传动角的分析,确定了曲柄滑块机构的设计变量和工作行程最小传动角公式,建立了以工作行程最小传动角最大为目标的多维变量非线性优化数学模型,并给出算例,通过对比计算验证了提出的传动角最优的曲柄滑块机构多维变量优化设计方法.在行程速比系数、滑块行程和偏距等没有精确要求的情况下,为提高曲柄滑块机构有效的力传动性能,提供了一种实用的方法.