魔方还原机器人的结构分析

机器人的应用,由开始应用在工业上一些比较危险的工作,到现在应用领域逐渐生活化,而基于LAP 15W8K61S4的魔方还原机器人能够在短短几秒内完成魔方的复原工作,更高效快速地解决还原问题。在研究魔方还原机器人的基础下,通过改进魔方机器人的机械结构,设计了一款占地面积小、响应速度快、操作系统稳定的魔方机器人。该改进使机器人成本降低、普及性广,同时也可以引用在其他领域,适用性强。     

基于STM32和Android的解魔方机器人设计与实现

解魔方机器人使用智能手机作为上位机,在执行机构的配合下对魔方六个面进行拍照、颜色识别和二阶段还原算法计算。STM32单片机作为下位机,解析还原指令控制舵机运转。机器人创新性的采用KNN分类算法进行颜色识别,排除了光照强度的影响。解魔方机器人还对二阶段算法进行了面向机器人的优化,并对算法得到的还原指令进行五叉树模型优化,排除了机器人结构的影响。实验结果表明解魔方机器人的颜色识别成功率接近100%,并且能够在70 s以内还原魔方。     

工业机器人机械结构模块化设计

在对工业机器人进行市场调查、功能分析的基础上,对机器人进行模块划分,将工业机器人分为4种通用模块,分别是执行器模块、绕z轴旋转臂模块、绕x (y)轴俯摆臂模块及底座平台模块,这4种模块间共有3种通用的标准接口。用户设计机器人产品时,只需要根据实际工况选择合适的模块种类,按照标准的方式进行模块装配,即可完成机器人设计,极大地提高了工业机器人的设计效率。     

基于Kociemba算法的双臂解魔方机器人还原算法研究

相比于现有六轴和翻滚式魔方机器人,提出更为前沿的双臂式解魔方机器人.双臂解魔方机器人包括还原算法及视觉系统和机械结构与运动控制系统.其针对还原算法和视觉系统,基于Kociemba算法结合OpenCV获取魔方相关的图像信息实现一种新的解魔方的方式,同时减少还原魔方的时间.提炼出所需的魔方颜色信息,使得识别更有效率.采用双气动手爪,严格处于统一平面且保持相互之间成90°,并满足强度和刚度需求,这决定了还原魔方的速度和机械结构的合理性,相比于六轴电机结构的魔方机器人具有结构上的特殊性,需要对算法输出结果作出转换和改变.经过实验证明,该机器人可以达到还原成功率为97％.     

基于Kociemba算法的双臂解魔方机器人还原算法研究

相比于现有六轴和翻滚式魔方机器人,提出更为前沿的双臂式解魔方机器人.双臂解魔方机器人包括还原算法及视觉系统和机械结构与运动控制系统.其针对还原算法和视觉系统,基于Kociemba算法结合OpenCV获取魔方相关的图像信息实现一种新的解魔方的方式,同时减少还原魔方的时间.提炼出所需的魔方颜色信息,使得识别更有效率.采用双气动手爪,严格处于统一平面且保持相互之间成90°,并满足强度和刚度需求,这决定了还原魔方的速度和机械结构的合理性,相比于六轴电机结构的魔方机器人具有结构上的特殊性,需要对算法输出结果作出转换和改变.经过实验证明,该机器人可以达到还原成功率为97％.     

基于图论的可重构机器人构型综合

提出了一种简单而有效的可重构机器人构型综合方法,应用的理论基础是图论。为此,首先将可重构机器人的各模块抽象为积木块,这样,可重构机器人系统可用一个图来描述,基于图论原理和模块间的连接约束条件,得到模块所有可行的组合装配构型。利用该方法对一种由齿轮传动模块、齿条传动模块、带传动模块和平面连杆机构等4个模块组成的4自由度可重构机器人进行了构型综合,得到了它全部6种可行的装配构型,从而有效地完成了可重构机器人的概念设计。     

解魔方竞赛机器人设计

设计了一种面向中国高校智能机器人创意大赛的解魔方机器人,以STM32F103ZET6单片机为控制核心,通过搭载电机驱动器、电控手指气缸、气滑环,构建了解魔方竞赛机器人的控制系统;基于气动控制的工作方式,设计了机器人的机械系统和相应的控制算法.经实物搭建实验,该魔方机器人在还原100次随机打乱的三阶魔方过程中,平均耗时19 s,最长不超过25 s,对于此类竞赛机器人设计具有一定参考价值.     

攀爬蛇形机器人越障静态机理研究

介绍了蛇形机器人运动模式的研究现状并提出了一种进行外攀爬的蛇形机器人结构,该蛇形机器人有16个PR-T模块单元,P-R-T模块是一种在P-R模块的基础上添加一个平移运动组件的模块。这种结构使得该机器人姿态调整运动与前进运动分离开来,使机器人运动控制更加简便。基于这种结构对蛇形机器人进行了运动学建模,通过对其越障运动规划与各P-R关节位置及关节转角的分析,提出了一种攀爬蛇形机器人越障方法。通过MATLAB软件进行攀爬蛇形机器人越障仿真,验证了越障方法的正确性。     

一种双臂魔方还原机器人机构设计

针对机器人仿人还原魔方智能化,提出了一种双臂二指型还原魔方的机器人机构设计方案.设计中包含机械臂结构、气动手爪、识别结构、框架结构等部分.手爪利用气缸与步进电机作为夹持与旋转的动力源,优化了魔方还原机器人尺寸、机械响应速度,同时降低了制造成本.结构搭建采用铝材框架式,减轻了整体重量,加强机器人结构强度,降低机械振动,提高还原动作准确度.     

网格型自重构模块化机器人的对接过程

研究一种网格型自重构模块化机器人,基本模块由1个中心体和6个旋转面(连接面)组成.针对该网格型自重构机器人的性能和模块连接可靠性的不足,设计一个新的模块对接系统.该对接系统主要由可伸缩轴和可变孔组成,通过可伸缩轴和可变孔的对中、配合、锁紧和松开可仿真实现正常模块与正常模块、正常模块与故障模块的连接和分离,实现网格型自重构机器人的自变形及自修复动作,从而保持机器人整体构型的完整性.基于模块的几何特征,描述相邻模块的对接关系;基于"棋盘约束规则",分析了模块间的对接过程:模块旋转到位阶段和模块微调对中阶段:6模块自重构机器人的对接仿真和3模块试验证实该自重构机器人系统能够完成模块间的对接任务.     

混合型自重构模块化机器人对接系统的研究

设计了一种新型的混合型自重构模块化机器人,其基本模块由外形呈正三棱柱的主、从模块构成:主模块包括3个主驱动电机及螺旋传动装置,从模块包括2个从驱动电机及螺旋传动装置。针对该自重构机器人,设计了一种手爪握合式对接系统:该对接系统主要由钩爪结构、传动盘和连接盘构成,通过钩爪的伸缩、张合及传动盘的转动实现相邻模块间的对接和分离。基于混合型自重构模块化机器人基本模块的几何特征,描述了手爪握合式的对接关系;基于主、从模块间及相邻基本模块间的空间约束关系,分析了相邻基本模块之间对接、分离的过程;该自重构机器人3个基本模块的构型变化、对接仿真,证实该自重构机器人系统能够完成变形及基本模块间的对接任务。     

楼梯及地面扫拖一体机器人设计与研究

针对目前大部分扫拖机器人没有楼梯清洁功能的问题,设计了一种楼梯及地面扫拖机一体机器人.该机器人设置了3个高度可相对运动的模块,其中一侧模块采用吸尘方式实现扫地功能,另一侧模块基于中心对称的曲柄滑块机构设计完成拖地功能,中间模块基于皮带轮传动完成对两侧模块的升降功能,以实现机器人顺利攀爬楼梯.对机器人使用的电机进行计算并选型,然后采用有限元分析法对机器人的关键部件进行了强度和刚度校核,分析结果表明,所设计的机器人结构可满足使用要求.最后对该机器人进行了清洁试验,结果表明其能够平稳完成楼梯及地面扫拖任务,实现有效清洁,节约人力资源,改善生活卫生状况.     

一种新型自重构模块机器人的机构设计

提出了一种同构阵列式自重构机器人模块单元,该单元具有12个自由度,结构简洁、紧凑,控制方便简单,并且详细介绍了每个模块的机械结构。每个模块利用6个面上的销和孔组成自动锁定装置,通过与相邻模块问的交流和通讯,独立自主实现与相邻模块间的连接、分离。由多个相同模块组成的M-Cubes系统,通过模块之间的相互配合,改变它们之间的连接方式,形成空间任意结构。最后对M-Cubes机器人最基本的变形运动进行了分析,并且利用java3D进行了仿真。     

一种仿人机器人面部的结构设计

介绍一种仿人机器人面部的机械结构设计。对产生每种面部表情所需的运动形式和范围进行了分析 ,设计出了眉毛、眼睛、嘴和下颌 4个运动模块。机器人面部的运动是由 2 3个步进电机来驱动的 ,通过这些运动 ,机器人面部就能产生像人一样的表情。     

自重构模块化机器人的运动空间及自变形算法

设计一种新颖的同构式模块化自重构机器人系统,该自重构机器人系统的基本模块由1个中心体和6个旋转面组成.根据模块的运动特征及棋盘规则的约束,以Oxy平面为例,分4种情况,研究并归纳出该自重构模块化机器人系统的可能运动空间.利用当前构型重心和目标构型重心之间距离的函数作为驱动模块运动的启发信息,根据每个模块自身的可能运动空间,并结合模块对目标位置的逐步填充方式共同完成系统的自重构运动规划.为了能快速完成该类自重构模块化机器人的自变形任务,定义模块的优先运动系数,规定模块的填充原则,将逐步填充式自变形算法进行一定优化,得出该类自重构模块化机器人系统的自变形方法.最后给出一个16模块自重构机器人系统的变形仿真实例,证明上述方法的可行性.     

轮-履复合被动自适应机器人设计与参数分析

针对地形狭窄、障碍物较高的非结构环境,提出了一种可正反向越障的轮-履复合被动自适应机器人。该机器人由车体模块、尾轮模块和两个左、右对称布置的轮-履复合模块组成。简述该机器人的整体结构和模式转换原理,并详细介绍了其动力传递过程和运动过程。通过建立机器人轮-履复合模块数学模型,分析各构件的运动关系,对轮-履模块的模式转换过程及受力情况进行研究,并研究了轮-履复合模块结构变形过程中履带长度的变化情况。分析结果验证了参数设计的合理性和方案的可行性。     

自重构仿生四足机器人运动学分析及仿真

自重构模块化机器人是由多个相同的单元模块构成,可以在复杂环境中独自完成各种构型和工作姿态.在分析自重构模块化机器人单元模块机构的基础上,提出一种由10个相同单元模块构成的自重构仿生四足机器人,建立其运动学模型,运用D-H法推导出该机器人的正运动学和逆运动学方程,将设计出的机器人三维模型导入Adams/view中进行运动仿真分析,验证该机器人运动的可行性与设计的合理性.     

主动变径式管道机器人机构设计与性能分析

研制一种具有主动变径机构的圆形管道机器人。设计具有3组独立控制驱动模块的机器人机构,对机器人进行位姿和力学分析,描述了机器人在典型位姿条件下的力学特性。制作机器人实验样机,使用ADAMS软件对机器人进行运动仿真计算,对机器人在管道內部的姿态适应性和摩擦条件适应性进行实验验证。仿真计算和实验研究结果验证了该机器人机构设计的合理性和较好的管道适应性。     

混合型自重构机器人的空间构型描述

设计了一种新型的混合型自重构机器人,该机器人由呈三棱柱形的主-从式基本模块组成,每个主模块包括3个主驱动电机及齿轮减速装置,每个从模块包括2个从驱动电机及齿轮-齿条传动装置.基于基本模块的几何特征及空间转换矩阵,描述了该自重构机器人的4种基本空间构型,为机器人的自重构运动打下基础.     

空间八面体翻滚机器人运动学分析及仿真研究

设计了一种空间八面体翻滚机器人,由6个顶点模块、12个伸缩单元模块以及1个载荷体模块构成;通过控制各伸缩杆之间的伸缩量来改变机器人重心,实现向目标方向翻滚。对空间八面体翻滚机器人的运动学正解和反解过程进行了分析计算,运用ADAMS软件对空间八面体翻滚机器人进行了步态规划及越障能力的动态仿真,验证了运动学分析的正确性,并得到了顶点及质心的运动规律曲线。该运动学分析方法与仿真结果为空间多面体翻滚机器人的优化设计提供了重要依据。