新型轮腿式地面移动机器人的结构设计与运动特性分析

依据平行四边形悬挂机构的运动特性设计的轮式移动机器人具有良好的越障性能,通过结合摆臂和行星轮机构而设计的新型轮腿式地面移动机器人克服了原有机器人不能跨沟的缺陷,对外界非结构化的路面环境具有良好的适应能力。详述了该新型轮腿式机器人的结构特点,对该机器人的运动特性进行了分析,并利用拉格朗日方程建立了该机器人越障状态下的动力学模型。采用一组可行的结构尺寸,利用ADAMS软件建立虚拟样机模型验证了该地面移动机器人的可行性。     

3-PUU轮腿式移动机器人的步态与稳定性分析

轮腿式机器人兼具轮式的移动速度快和腿式的越障能力强的优势,是新型移动机器人的发展方向。提出了一种基于3-PUU并联机构的轮腿式移动机器人,其具有并联机构的结构简单、刚度大、承载能力强等优势。对3-PUU轮腿式移动机器人的腿式行走步态进行了分析,阐述了轮腿切换原理以及轮式模式下的转向原理。通过重心计算,分析了该机器人在路面上运动的稳定性,确定了最大步长。利用三次样条插值法推导出了平台的运动轨迹方程,并在Matlab环境下进行仿真,得到平台的位移、速度、加速度变化规律。仿真结果表明,该机器人可实现连续稳定的行走,可用于煤矿井下等危险环境的救援任务。     

基于可控伸缩轮的移动机器人研究

目前移动机器人按实现爬楼梯功能的原理主要分为轮式、腿式、履带式、变形式和复合式。复合式包括轮腿式、关节履带式、轮履式等。针对移动机器人环境适应性的问题,提出一种新的楼梯攀爬结构——可控伸缩轮,可控伸缩轮结构结合了变形式和轮腿式的特点,通过内置的减速电动机驱动伸缩控制盘,伸缩控制盘通过连接件将动力传递给轮腿,使轮腿在径向一定的范围内可以交替伸缩从而实现稳定攀爬楼梯。最后对可控伸缩轮交替伸缩和基于可控伸缩轮的移动机器人的楼梯攀爬进行了仿真。仿真结果表明,可控伸缩轮可顺利交替伸缩,基于可控伸缩轮的移动机器人成功攀爬楼梯,可控伸缩轮可以提高移动机器人的越障能力,提高移动机器人的环境适应性。     

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。     

带伸缩腿球形移动机器人的设计与研究

文章针对传统球形移动机器人越障能力较弱的问题,设计了一种带伸缩腿并能原地转向的球形移动机器人,该球形移动机器人采用重心偏移和角动量守恒原理来实现直线运动和转向运动。通过对球形移动机器人的机械结构方案进行分析,计算出球形机器人在两种模式下的越障高度,并推导出越过一定高度障碍物所需的驱动力矩。将设计的球形机器人与传统球形机器人进行越障性能对比分析,分析结果表明：所设计的球形机器人具有更好的越障性能。     

一种新型轮腿式移动机器人的越障能力分析

轮腿式机器人是一种兼具轮式和腿式机器人特性的复合式移动机器人。首先提出一种能适应复杂地形的串并混联式轮腿结构,并由此设计具有各向同性的六足轮腿式移动机器人。分析并建立了该机器人越障高度及跨沟宽度与其机构尺寸之间的数学关系,据此进行机器人设计。最后利用仿真试验验证了机器人跨越障碍和沟渠的能力。     

具有越障和避障功能的小型移动机器人设计

针对在复杂环境下对移动机器人的运动要求,采用行星轮传动机构设计一种具有越障和避障功能的移动机器人,对越障和避障过程进行性能分析,确定机器人的最大越障高度和最大转向半径。     

轮-履-腿复合式移动机器人的越障分析

针对非结构化环境中轮履机器人越障能力不足的问题,提出一种新型轮-履-腿复合式移动机器人。基于动态位姿变换矩阵建立轮-履-腿复合式机器人运动学模型,针对该机器人特有的前后支撑腿结构,提出一种在非结构化环境下基于履-腿混合运动模式的新型越障方案,并对该越障方案进行约束条件分析,得出其在翻越障碍物时的非线性关系模型。     

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。     

一种轮腿式越障机器人的研究

针对移动机器人在复杂多变地形环境下实现高机动性、强越障等需求,提出了一种被动变形式的轮腿式越障机器人设计方案。该机器人的变形轮转换过程是由外力操作得到的,因此,不需要任何驱动器,减少了机构的复杂性。在完成机器人整体三维建模的基础上,对变形轮的结构、原理及受力情况进行了分析;以变形过程中的触发转矩和展开前后半径之比为指标进行结构优化;分析机器人变形阶段受力情况,并对机器人平台的相关参数进行调整以实现稳定越障;使用Adams软件对机器人变形、越障过程进行运动学仿真,并制作物理样机对整机结构设计的合理性进行了实验验证。     

可变形轮腿式机器人行走机构设计与研究

针对当前轮腿式越障机器人的局限性,设计了一种新型的车轮可变结构机器人,该机器人可以在轮腿之间自如切换。介绍了可变结构车轮的工作原理,该机构在平坦地面上运动以轮子模式行走,当遇到障碍物切换为类花瓣模式越过障碍。对车轮在两种模式下的直行与转弯过程进行理论分析,建立了运动学仿真模型,并对模型进行求解。为了验证分析结果,采用Adams软件对车轮的越障过程与复杂路面行走进行了运动仿真。仿真结果表明,设计的车轮结构可行性较高,具有轮式机构的稳定性,同时具有腿式机构较高的越障能力,使机器人可以适应多种复杂的路况环境。     

基于ADAMS的一种六足移动机器人的设计与研究

针对复杂环境对机器人的移动要求,提出了一种新型六足移动机器人的设计思想.设计了机器人的主要结构,对该机器人的设计进行阐述,并分析了其越障构态的变化特点.用静力学方法对机器人进行了越障理论分析,建立了六足机器人参数化模型,经ADAMS对机器人进行机构运动仿真,获得了机器人运动学特性曲线,为机器人总体系统设计与数值计算提供了参考依据.     

具有避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,设计了一种简易的具有避障功能的小型地面移动机器人,阐述了其机构设计及其控制实现。     

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。     

轮腿式机器人轮-腿高效移动策略优化

复杂地形下的高效移动策略是轮腿式机器人研制过程中的技术难点。本文在常规移动策略的基础上，通过引入关节空间状态量描述支腿相对于机身的位姿，引入位姿转换量描述相邻时序的位姿状态量间的运动过程，进而建立起移动策略与时间和能耗的数学模型，并以移动时间最短和能耗最低为目标，建立了移动策略的优化模型，通过优化迭代形成轮-腿高效移动策略。复杂地形下的越障仿真表明，机器人采用轮-腿高效移动策略可实现越障功能，与常规移动策略相比，移动时间及能耗均明显降低，验证了轮-腿高效移动策略的有效性。     

基于球齿轮的轮腿移动系统单侧越障过程运动学研究

单侧越障是轮腿复合移动系统在复杂地形行进过程中一种经常性的运动形式,针对一种新型轮腿式移动系统,分析了其在保持主体姿态情况下的单侧越障运动条件,并对两种典型的障碍情况进行了运动约束分析和运动参数推导计算,据此总结了该轮腿系统单侧越障运动参数计算的一般过程,给出了部分运动参数计算结果曲线,最后,就系统在运动过程中的一些实际问题进行了分析。     

基于两轮自平衡机器人组合定位方法的研究

对两轮自平衡机器人的运动控制过程中相对定位的问题进行了研究.根据两轮自平衡车的特点,对诸如车轮打滑、碰撞、越障及转向等运动情况下的位置传感器和姿态传感器的信号进行了分析,提出了将光电码盘、MEMS陀螺仪与MEMS加速度计数据融合的方法,对机器人的位姿进行检测估计,从而解决了采用传统的单一位置传感器对机器人测程不准确的问题.同时也降低了陀螺仪、加速度计固有漂移的不利影响,提高了两轮自平衡机器人的定位精度.通过对两轮机器人分别进行直线运动实验、越障实验和异常碰撞试验,验证了两轮自平衡机器人组合定位方法的合理性和有效性.     

阶梯攀爬机器人结构及控制方案设计

针对阶梯攀爬机器人工作过程中的楼梯攀爬及避障问题,对阶梯攀爬机器人机械结构、机器人阶梯攀爬方式、差速驱动方式下机器人运动方程进行了分析,对阶梯攀爬机器人行驶过程中障碍物检测、避障控制策略进行了研究;基于模糊控制原理,建立了阶梯攀爬机器人模糊避障规则,提出了一种基于MC9S12XS128单片机以及超声波传感器的阶梯攀爬机器人障碍物检测、避障及楼梯攀爬控制系统,并利用所研制的阶梯攀爬机器人样机进行了机器人避障、楼梯攀爬测试。测试结果表明,基于变形轮与行星轮相结合的阶梯攀爬机器人机构可以实现阶梯攀爬机器人避障及攀爬楼梯的功能,控制系统可以准确、迅速判断障碍物以及楼梯所处位置,并依据所建立模糊避障规则完成避障及楼梯攀爬任务。     

四足轮腿式移动机器人的步态分析及轨迹规划

针对外星复杂的地表环境,基于2-UPS/(S+SPR)R闭环并联机构,设计了一种四足轮腿式移动机器人。通过对比机器人在运动过程中的稳定裕度与重心调整量得到最优步态,利用ZMP法衡量了机器人在静步态下的稳定性,并用改进的复合摆线法规划了足端的运动轨迹。在整个运动过程中,机械腿运动平稳,速度、加速度变化较为平滑,不会出现对机械腿造成损坏的较强冲击;且在抬腿和着地瞬间,速度、加速度均为0,不会对机身产生冲击。分析结果表明,该四足轮腿式移动机器人运动灵活且平稳,适用于外太空的探测。