一种关节式轮履混合机器人的设计与运动分析

针对移动机器人在发展中存在的问题,综合轮式、履带式等不同移动机构的特点,设计了一种关节式轮履混合机器人,详细分析了其机械结构。该机器人具有多种运动模式,根据运动环境的不同,可以在纯轮式运动与纯履带式运动间切换。基于齐次坐标变换矩阵分析了机器人的质心稳定性与越障性能,建立了其质心方程与越障方程。实验证明,这种机器人能够充分发挥轮式运动与履带运动的优点,机动灵活,速度快,并且具有很强的地形适应能力和越障能力。     

小型轮履腿复合式机器人设计及运动特性分析

针对在室内外环境下对小型移动机器人的运动要求,综合轮式、履带式和腿式运动机构的优点,研制开发了一种多运动模式的小型轮履腿复合式移动机器人。该机器人可以进行轮式高速运动、履带或腿式越障等多种模式的运动。对其运动特性、越障性能、自动复位功能进行了详细的分析。采用的嵌入式控制系统保证了机器人功耗低、可靠性好、实时性高的控制要求。试验表明,这种移动机器人运动灵活,具有很好的环境适应性和较高的越障能力。     

矿井救援机器人可变形行走机构设计

针对灾变后矿井下的非结构化环境,以提高机器人的越障能力与增强机器人对地形适应能力为目标,设计出一种矿井救援机器人可变形行走机构。通过对机器人跨越垂直障碍过程的分析建立了机器人越障过程的动力学模型。在此基础上,通过ADAMS进行运动仿真,模拟机器人在平面行走的情况以及爬越台阶的运动情况。仿真结果表明:本救援机器人可变形行走机构具有良好的越障能力,同时建立机器人3D打印样机并进行实验验证,实验表明:机器人具有良好的越障能力、较强的环境适应能力、结构紧凑、转向灵活等特点,进一步验证了机构的可行性和越障原理的正确性,为矿井救援机器人的进一步研究提供了理论依据。     

一种可变径轮腿式越障机器人的设计与研究

针对地面移动机器人在非结构化地形中越障存在的局限性，提出一种基于平面齿轮连杆杆组的可变径轮腿式越障机器人的设计方案。首先对越障机器人的变径机构在轮式和轮腿式两种模式之间的变换原理进行了介绍。当遇到障碍物时，变径机构可依据障碍物的高度来变换模式从而进行越障运动。在此基础上通过计算其变形比以及运动学分析仿真，验证了该变径机构设计的合理性、较强的越障能力和模式变换时的可靠性和稳定性。其次通过构建力学模型来分析两种模式下机器人的越障能力，得出其在不同模式下的极限越障高度。最后，基于ADAMS软件对机器人在单台阶、连续台阶以及复杂路面时的越障能力进行运动仿真。结果表明该越障机器人在面对不同工况时都具有较好的越障能力，验证了设计方案的可行性。     

轮腿式爬楼梯移动机器人的设计及运动特性分析

针对非结构化复杂环境对移动机器人的运动要求,结合轮式和腿式移动机构的优点,设计了一种高效、稳定的轮腿式爬楼梯移动机器人。设计了机器人的主要结构,分析了机器人的稳定性及转向性能。平地行走、转向、越障、上下楼梯等实验结果表明:设计的轮腿式爬楼梯移动机器人结构简单,运动灵活,控制方便,控制精度高,不需对运行步态进行预先规划,它不仅可以在崎岖不平的环境中实现快速行驶,而且实现了快速稳定的爬楼梯功能,具有很强的越障能力和环境适应能力。     

基于DSP的自主越障机器人控制系统设计

提出了一种基于DSP技术的移动机器人控制系统设计,该控制系统采用嵌入式工控机 DSP运动控制卡,较好地实现了机器人的实时控制.介绍了机器人的机械系统结构,基于嵌入式工控机和DSP运动控制卡的开放式控制系统的硬件组成和软件设计,以及基于无线通讯网络的遥操作技术.通过爬越台阶、楼梯等越障实验,验证了其自主越障能力和环境适应能力.     

具有越障功能的小型地面移动机器人

针对在危险环境下对移动机器人的运动要求，研究了机器人系统的总体设计，提出了一种具有越障功能的小型地面轮履复合式移动机器人，阐述了其机构设计度其实现。分析了谊机器人通过台阶、斜面、楼梯等障碍时的越障特性。研制完成的第一台样机具有结构简单、体积小、质量轻的特点，通过实验验证了该机器人运动灵活，具有很好的环境适应性和越障能力。     

轮足式机器人机构设计及越障性能分析

越障能力和地形适应能力是移动机器人性能评价的重要指标。以提高越障能力为目标,设计了一种轮足式越障机器人,采用头部连杆机构辅助越障,同时对其头部连杆机构进行了参数设计。利用瞬时功率守恒原理建立了越障机器人的运动学方程,得到了越障过程中的速度变化规律,在此基础上,采用Adams进行了机器人运动仿真,模拟机器人爬越台阶面的运动情况,并分析了机器人爬越台阶面的越障性能。结果表明,所设计的轮足式机器人具有良好的越障能力。     

基于行星轮系的移动机器人及其特性分析

提出了一种新的移动机器人——基于行星轮系的移动机器人,并主要研究了其越障性能、跨沟性能和静态稳定性,证明这种机器人具有很好的环境适应能力,越障能力强。     

轮腿复合式变位越障机器人结构构型与典型运动过程分析

针对非结构环境的特性,提出一种适用于非结构环境的新型轮腿复合式变位越障移动机器人。这种移动机器人创新点在于机器人通过自身的变位变形不需要辅助即可实现将负载运送到高度差较大的升高表面上来实现大越障,比如完成跨越台阶、进入车子等一系列动作,并且可以保持机器人负载平面始终与地面平行,具有很强的环境适应能力和越障能力,本文中主要对该移动机器人在非结构环境下的斜坡行走、上下台阶、越沟功能进行运动性能分析。     

多移动机器人协同模式及其倾翻稳定性研究

针对山地果园单个移动机器人爬坡能力不足及稳定性差等问题，提出了一种多移动机器人协同操作的方法。在原有六足机器人结构的基础上增加了用于多机协同操作的连接件，得到了用于多机协同操作的机器人单体。将3个六足机器人单体通过协同操作得到了3种典型协同模式：串行模式、并行模式、三角模式。最后采用稳定锥法对足式移动机器人系统的单体模式及3种典型协同模式在6种典型地形情况下的静态、动态稳定性分别进行了分析。理论分析及仿真实验结果表明：3种典型协同模式间可进行两两切换；在6种典型地形情况下，通过多机协同操作及协同模式切换的方式可提高足式机器人系统的稳定性。     

多运动状态下的移动机器人故障诊断方法

本文提出了一种处理不同运动状态下移动机器人故障的诊断方法。该方法将移动机器人的运动状态分为5种：静止状态、直线运动状态、3种不同的转动状态。在不同的运动状态下，考虑不同模式的故障（左轮编码器故障、右轮编码器故障和陀螺仪故障等）。利用卡尔曼滤波器组，处理每一种运动状态下不同模式的故障发生的概率。最后，根据故障发生的概率值判断故障模式发生的可能性。与其他故障诊断方法相比，文中的故障诊断方法有效改善了误诊和漏诊现象。仿真结果表明在轮式移动机器人故障诊断上的可行性。     

轮式全方位移动机器人几种转向方式的研究

全方位移动机器人由于具有平面上全部三个自由度、较高灵活性和机动性等优点，近年来得到了广泛的研究。四轮驱动的全方位移动机器人在躲避障碍物的同时能否精确到达指定地点取决于各个轮子的转向和驱动方式。在进行了全方位移动机器人的几种典型转向方式动力学建模的基础上，结合实验数据分析比较了几种转向方式的优劣性，为今后全方位移动机器人的动力学研究提供一些有价值的参考。     

Multiple-motion mode switching robot platform

Developing an intelligent robot platform that has multiple motion modes and can actively adjust the motion mode according to an operation situation is necessary in resolving the inability of single-mode robots to adapt completely to complex environments. In this study, we designed a robot that has multiple motion modes and can switch freely in these existing modes. The robot has the following modes: Four-legged walking, two-legged walking, pulse scrolling, and crawler movement. In the robot’s design, these modes are not just simple mechanisms involving superposition and motion switching. These modes involve a degree of freedom in reuse, thereby reducing the number of drives and obtaining a compact structure while achieving a coherent transition of each action mode. For higher load ratios, motion continuity are increased. The robot platform can balance itself during movement by adjusting its own mechanism or providing additional force and change its shape and posture over some obstacles by adjusting its own mechanism.

     

一种小型自主移动式搬运机器人的设计与实现

模拟真实的工作环境,设计出了一种小型自主移动式搬运机器人.该机器人结构轻巧,成本低廉,易于制作.介绍了该机器人的组成、工作循环和控制软件流程框图.实践表明,该机器工作稳定可靠、性能达到设计要求.     

具有转向能力的管内机器人的研究及发展

随着管道结构的复杂化,管内机器人的转向能力受到越来越多的重视,已成为评价管内机器人运动性能的指标之一.通过阐述管内机器人的转向能力,介绍了在管内中的转向方式-铰链式、差动驱动式和蠕动式,详细分析了当前国内外几种典型的具有转向能力的管内机器人的结构特点及转向特性.进一步总结出影响转向能力的关键技术,并对其发展趋势作了展望.     

Steering control algorithm for efficient drive of a mobile robot with steerable omni-directional wheels

Omnidirectional mobile robots are capable of arbitrary motion in an arbitrary direction without changing the direction of wheels because they can perform 3-DOF motions on a plane. This paper presents a novel mobile robot design with steerable omnidirectional wheels. This robot can operate in either omnidirectional or differential drive modes, depending on the drive conditions. In the omnidirectional mode, the robot has 3 DOF in motion and 1 DOF in steering, which can function as a continuously variable transmission (CVT). The CVT function can be used to enhance the efficiency of the robot operation by increasing the range of the velocity ratio of the robot velocity to wheel velocity. The structure and kinematics of this robot are presented in detail. In the proposed steering control algorithm, the steering angle is controlled such that the motors may operate in the region of high velocity and low torque, thus operating with maximum efficiency. Various tests demonstrate that the motion control of the proposed robot works satisfactorily and the proposed steering control algorithm for CVT can provide a higher efficiency than the algorithm using a fixed steering angle. In addition, it is shown that the differential drive mode can give better efficiency than the omnidirectionaldrive mode.     

DEVELOPMENT AND MOTION ANALYSIS OF MINIATURE WHEEL-TRACK-LEGGED MOBILE ROBOT

A miniature wheel-track-legged mobile robot to carry out military and civilian missions in both indoor and outdoor environments is presented. Firstly, the mechanical design is discussed, which consists of four wheeled and four independently controlled tracked arms, embedded control system and teleoperation. Then the locomotion modes of the mobile robot and motion analysis are analyzed. The mobile robot can move using wheeled, tracked and legged modes, and it has the characteristics of posture-recovering, high mobility, small size and light weight. Finally, the effectiveness of the deve-loped mobile robot is confirmed by experiments such as posture recovering when tipped over, climb-ing stairs and traversing the high step.     

磁隙式爬壁机器人的研制

大面积钢质表面预处理(如船舶表面除锈、大型储罐表面除漆等)专用的重载爬壁机器人设计,其技术关键是机器人的吸附效应,即吸附可靠、行走灵活。传统的爬壁机器人有两种吸附方式:真空吸盘式(其不适应重载)和磁吸式(其爬壁运行不灵活)。磁隙式爬壁机器人将真空吸盘式与磁吸式相结合,互补增强机器人的吸附效应,其磁隙结构即将磁履接触壁面吸附改为磁块单独安装不与壁面直接接触,通过调节其间隙改变磁隙效应。该机器人质量75 kg,且要重载几十米长的超高压软管和真空管,作业时管内充满水,专用于船舶表面自动化除锈等作业,实现了钢质表面用水作业,即除即干不返锈的目标。介绍爬壁机器人的设计原理、受力分析、磁隙效应和工业试验。应用表明磁隙式爬壁机器人满足了重载作业、灵活行进、吸附可靠的诸项要求。