蠕动式管道机器人结构设计与运动特性分析

为提高管道机器人在管道内行走的安全性及可靠性,本文针对管径为457 mm的天然气运输管道,设计一款液压驱动蠕动式爬行管道检测机器人,用以对管道内壁的损伤及管体腐蚀开裂情况进行离线检测。根据管道内工况需求,利用蠕动爬行原理对管道机器人整体结构设计。计算管道机器人的驱动能力和越障能力,并采用多体动力学仿真技术对其进行分析,得出管道机器人运行过程中所能达到的最大驱动力及能够通过的最大障碍高度,并制作了物理样机并对其各项性能进行测试。结果表明：管道机器人的运动特性与理论分析结果一致,机器人运行过程平稳可靠,能够保证足够的管道通过性能及驱动能力,可实现复杂工况下的运行和检测。     

管道机器人弯道处驱动力研究

弯道是管道机器人经常遇到的一种障碍,与在直管内行走相比,在弯道处无论是对机器人本体结构和行走方式还是对机器人驱动性能都提出了不同的要求.在管道机器人弯道通过性研究的基础上,对轮式全主动驱动管道机器人在弯道处驱动力的变化以及诸多方面影响因素进行了虚拟实验分析,为是管道机器人弯道自主行走驱动力设计准则提供了数值基础.     

推拉式气垫运载平台的结构设计及行走机理

根据气垫车辆在松软地面上行驶的优越性 ,参照蠕动式管道机器人的蠕动机构 ,介绍了一种新型的仿生步行行走机构气垫车———推拉式气垫运载平台。给出了其结构设计方案 ,并结合其结构特点详细阐述了其直线及转向行走机理     

推拉式气垫运载平台的结构设计及行走机理

根据气垫车辆在松软地面上行驶的优越性,参照蠕动式管道机器人的蠕动机构,介绍了一种新型的仿生步行行走机构气垫车－－推拉式气垫运载平台。给出了其结构设计方案,并结合其结构特点详细阐述了其直线及转向行走机理。     

简单双足被动行走模型仿真和分析

为了更准确理解双足被动机器人运动的本质特征,加强模型研究对实际样机设计的指导作用,采用数值仿真和Adams验证的方法研究简单两杆直腿圆弧足被动模型.分析了该被动模型的特点并通过拉格朗日法建立了与其对应的动力学模型;根据机器人稳定行走周期步态在相平面内表现为极限环特点,通过Matlab工具给出了理想模型稳态行走仿真的详细过程,分析并得出机器人能够周期稳态行走的初值条件,运动特点和运动过程中动能、势能的分布、变化过程以及相互转化关系,同时利用Matlab的仿真结果实现Ad-ams对现实样机模型稳态行走的仿真分析,为下一步对机器人稳定性分析提供了基础,为后续研究被动机器人样机提供设计依据.     

仿生蠕动型机器人动力学分析与仿真

为提高蠕动型机器人的适应性和行走效率,根据腹足动物蠕动原理,设计了一种可应用于人体大动脉血管介入诊疗的新型蠕动式机器人,该机器人的摩擦力控制模块使固定相与移动相的体节单元与管壁之间具有不同的摩擦系数,从而提高了蠕动效率,使机器人运动更平稳,承载能力更强。描述了机器人的结构与行走原理,分析了机器人在大动脉流场环境中的受力,利用空间算子代数方法,建立了机器人动力学模型,通过试验验证了机器人行走原理,在此基础上进一步进行了任务仿真,测试了机器人在不同环境中的动力学性能。样机试验和仿真的结果表明这种仿腹足动物蠕动式机器人达到了预期目的,而建模和仿真的方法对于其他类型蠕动式机器人也具有借鉴意义。     

柔性膝关节保护外骨骼及其行走助力方法设计

设计柔性可穿戴式膝关节保护外骨骼,用于实现人体运动过程中膝关节负载减重及行走助力功能. 根据人体生物力学特点,使用固体各向同性材料惩罚（SIMP）模型与有限元分析设计柔性外骨骼膝关节,该柔性关节在行走运动支撑期具有刚性,能够减轻膝关节体重负载,在摆动期柔性较强,能适应人体生理关节运动特性,不对膝关节造成额外载荷. 在柔性可穿戴式膝关节外骨骼结构的基础上,配套设计行走助力模块,研究相应的助力控制方法可以实现步行助力. 性能测试实验表明,单侧膝关节保护外骨骼最大能减轻110 N的膝关节负载,外骨骼结构自身质量为639 g,减重比大;带行走助力模块的外骨骼系统质量为4.8 kg,能实现步行运动的助力功能.     

介质流压差驱动式管道机器人的驱动、调速原理分析及结构设计

提出了一种利用管道所传输的流体介质本身的能量完成驱动和调速的管道机器人.该机器人完全浸润在充满流动介质的管道内,利用流体自身压力以及流体速度的能量获得驱动力,机器人由管内流体的流动推进.研究中发现机器人行走时主要需要克服惯性质量以及与管壁之间的摩擦阻力的影响,而对于不同的流体介质及应用场合,机器人需要根据工作要求自动进行速度调节,通过对机器人的结构和尺寸进行合理设计,根据管道内的流体力学条件,设计出速度控制装置,实现机器人速度可调.     

受水黾启发水上行走机器人控制系统开发

受水黾在水面上能快速滑行或跳跃运动机理的启发,研究一种水上行走机器人.根据功能仿生原理并考虑机器人的负载能力,该机器人前后4腿采用漂浮原理支撑,两中间腿模仿水黾中腿划水功能产生划水动作.进行了水上行走机器人遥控控制系统开发,并在实验室环境下进行机器人运动实验研究.研究水上行走机器人的长远目标是实现机器人独立在远距离水面等环境下自主工作.     

六足机器人横向行走步态研究

以一种新型的多自由度六足机器人机构为对象,研究其横向行走步态,规划一种横向行走的三角步态,并完成了足端轨迹规划和稳定性分析.最后采用Pro/E和ADAMS等软件相结合的方式对六足机器人的样机模型进行运动学仿真与分析,结果证实了该横向行走步态的可行性,为接下来的物理样机实验提供了依据.     

基于ADAMS的柔性焊接机器人动力学仿真

在Pro/E中完成了焊接机器人的三维建模,然后导入ADAMS软件中,添加约束后建立了焊接机器人的虚拟样机模型。考虑到柔性构件对机器人系统运动性能的影响,构建了该机器人的刚柔耦合模型,并进行了动力学仿真。结果表明:柔性手臂构件对机械手的运动精度产生了较大影响。     

3R—3P型双臂缠绕机器人的雅可比矩阵研究

提出了3R－3P双臂机器人环向缠绕开环弯管芯模的工艺方案，建立了3R臂、3P臂间的位置协调方程，推导了该机器人的雅可比矩阵，为进行动力学分析提供了理论依据。     

有挠性驱动单元的双足机器人研制与步行实验

为减缓机器人脚底冲击,设计、研制带有挠性驱动的10自由度仿人双足机器人,该机器人髋关节俯仰关节由FDU-II型挠性驱动单元驱动;搭建FDUBR-I型仿人双足机器人控制系统硬件和软件,组建上位机与两块运动控制卡的交换式以太网络用来实现上位机与运动控制卡的实时通信,该控制系统包括FDU-II型挠性驱动单元的张力反馈和关节全闭环控制子系统;进行FDUBR-I型仿人双足机器人稳定步行实验,验证FDU-II型挠性驱动单元对机器人髋关节的驱动能力以及基于黏弹性动力学模型反馈的关节全闭环和张力反馈控制器的控制效果,机器人在0.1 km/h的步速下实现双足稳定步行.     

柔性两轮移动机器人动力学建模及模型分析

针对两轮机器人腰部柔性的结构特点,以柔性多体系统动力学理论为基础,设计了柔性两轮移动机器人,并根据假设模态法,将其抽象为平面柔性三连杆系统,利用D'Alembert-Lagrange原理建立了柔性机器人的动力学模型,得到了以机器人本体的3个杆的倾斜角度和左右轮的转角为参量的系统动力学方程和系统腰部柔性连杆的振动方程.给出了数学模型推导的具体步骤,并对该模型做了仿真分析.结果表明,该模型为柔性机器人的运动及控制研究提供了理论依据.     

微型管内机器人的研究现状

在发电厂、核设施、化工、制冷等领域中,对微型管道进行检测和维修是一项至关重要的工作.微型管内机器人是微型机器人领域的一个重要的研究方向,使用微型管内机器人可以提高管道检测的效率和精确度.介绍了微型管内机器人的发展现状,分析了一些重要的设计思想和研究成果,进而总结了微型管内机器人的研究内容、发展方向与亟待解决的关键技术.     

焊接过程语音提示卡设计

为了使焊接机器人操作者对焊接临界状态或极限不正常情况及时监控,避免焊接中断和焊接事故,依据管道弧焊机器人工作原理,采用语音集成电路UM5100的语音合成算法,设计了基于有限词汇的语音提示卡,并在管道弧焊机器人上进行了调试运行．结果表明,语音提示卡能对焊接过程进行有效监控,增强管道弧焊机器人控制系统的稳定性,提高了焊接效率．     

Dynamics analysis of drawing cables for pipe robot over long distance

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＷｈｅｎａｄｒｉｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｌｏｗｓｔｉｆｆｎｅｓｓｉｓｄｒｉｖ ｉｎｇａｔａｌｏｗｓｐｅｅｄ,ｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｄｒｉｖｅｎｐａｒｔｓｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｎｏｔｕｎｉｆｏｒｍ .Ｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｕｅｔｏｌｏｗｓｐｅｅｄｍｏｖｉｎｇｉｓｓｔｉｃｋ ｓｌｉｐｐｈｅｎｏｍｅｎａ.Ｔｈｅｓｔｉｃｋ ｓｌｉｐｎｏｔｏｎｌｙｄｅｓｔｒｏｙｓｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｍｏｔｉｏｎ,ｂｕｔａｌｓｏｐｒｏｄｕｃｅｓｓｏｍｅｓｅ…     

下棋机器人操作臂及手爪的计算机辅助设计

为了使人与下棋机器人更好交流,利用SCARA机器人动作灵活速度快精确度高的优点,基于Pro／E动态仿真原理,采用CAD的计算机辅助设计,研究了下棋机器人的操作臂和手爪的运动过程和运动范围等运动特性,确定了下棋机器人的结构型式和具体尺寸．经过Pre／E动态仿真表明,能够满足运动控制的实时性要求,并且安全可靠．     

基于PIC的管道焊接机器人人机对话接口的研究

研究了一种基于PIC单片机的管道焊接机器人的人机对话接口.基于SPI方式设计了以键盘为输入工具,多组数码管进行显示的软硬件系统.该系统与焊接机器人的各种功能相匹配,使管道焊接机器人的控制盒结构简单,人机对话界面友好,控制方便.实验结果表明该系统控制稳定、灵敏.同时给出了具体的硬件及软件实现方法.