多运动态可重构轮履复合式机器人机械设计

针对复杂的室外地形特征,结合轮式、履带式移动机构的运动优点,提出并研制一种可重构的具有多种运动模式的轮-履复合机器人.该机器人由控制单元、两个相同的可重构车轮、翻转机构和车体组成,具有轮式、履带式、翻转式3种运动模式.轮式工作形态,机器人为两轮机器人,运行速度快,可全方位运动;履带工作状态,机器人可以适应砾石地、沙地、草地等多种复杂地形,具备较强的越障能力;翻转工作状态,履带轮整体翻转,可跨越栏杆等垂直障碍.机器人轮-履转换由车轮内部的并联四连杆机构实现,可根据地面特征选择运行模式,根据障碍类型选择越障方式.在建立运动学和力学模型的基础上,结合数字仿真方法对结构进行了参数化研究,此设计方法优化了转换机构的运动轨迹,降低了对驱动电动机的性能要求,提高了电动机的使用效率.试验表明,机器人可通过调整自身机构以合理的运动模式通过沙地、草地等路面环境,攀越阶梯和栏杆等复杂障碍,具有良好的环境适应性和越障性能,验证了该移动平台系统设计的合理性.     

一种混联码垛机器人机构的设计及仿真

一种混联码垛机器人的大臂为主要承力部分,其通过虎克铰与机架联接,在2条UPS主动支链的驱动下实现俯仰与摆转2自由度运动,机架、大臂及2条UPS主动支链构成了2-UPS/U并联机构,该机构运动学、动力学性能非常优越;小臂通过转动副串联在大臂上并在RPR主动支链的驱动下实现其运动;末端执行器安装在小臂的末端,并通过构造2组平行四边形结构使其在运动的过程中始终保持与基准面平行。通过PROE软件建立码垛机器人的三维模型,然后将其导入Adams软件中进行运动学性能的仿真分析。     

智能轮椅担架车的折展机构设计与分析

针对智能轮椅担架车折展状态之间的转换难题,提出单自由度5杆机构,对该机构进行详细的设计与分析. 通过最小包容面积法,得出扶手连杆和连架杆的最优尺寸,分别为507.9和332.5 mm;基于连杆机构的静力学分析,采用6根扭簧和RV减速电机作为连杆机构的驱动装置,减少了电机的驱动力矩,整体结构紧凑. 根据优化参数和驱动装置的计算结果,开展智能轮椅担架车折展机构的设计,分析扶手构件在如厕状态和折展状态时的应力变化,验证了该构件强度的可靠性. 研制智能轮椅担架车,采用不同重量的实验人员进行折展机构的性能测试,从机构的运动过程和电机电流变化来看,所设计的驱动装置和优化参数结果合理.     

可变形履带机器人跨越台阶的动力学分析

针对各种灾难过后复杂的地理环境,设计了一种具有平行四边形结构的可变形履带机器人.为了计算机器人在运动过程中的电机驱动力和地面支持力,对机器人上台阶过程进行了运动分析,利用牛顿欧拉方法建立了其跨越台阶的动力学模型,并对其运动稳定性进行了实验.实验结果表明,机器人能够根据运行环境采取不同的运动方式,具有很强的越障能力,适用于崎岖山路、瓦砾及楼梯等复杂环境.此研究可为机器人的运动控制提供借鉴.     

Kinematics analysis for obstacle-surmounting capability of a joint double-tracked robot

A double-tracked robot is designed from mechanical and control perspectives, which consists of two segments connected with a swing joint. As the angle between the two segments of the robot platform can be changed, the robot can move like a four-tracked robot on many terrains. The center of gravity (CG) kinematics model is established, which plays an important role in the process of traveling over obstacles and climbing up stairs. Using this model, the CG change situation and the maximal height of the climbable obstacle are obtained. Then the relationship between the robot pitch angle and the height of the obstacle is established. Finally, a reasonable system structure for the robot is designed and its kinematics analysis for obstacle-surmounting capability is conducted through experiments.     

转向盘式全方位六足机器人运动分析及控制

提出了一种腿式机器人与转向盘复合的全方位步行机构,介绍了其独特的运动特点和转向性能;为了实现对其良好的运动控制,建立了该步行机器人转向机构在运动过程中的等效机构模型,采用拉格朗日力学法推导出操作臂的动力学方程;通过对样机模型的运动规划和实验研究,证明了转向盘式全方位机器人具有简单灵活、精确的方向可操控性。     

共轭凸轮打纬机构的刚柔耦合动力学仿真研究

针对织机中的共轭凸轮打纬机构进行刚柔耦合动力学研究.利用ANSYS分析软件生成模态中性文件,利用ADAMS/Flex模块导入ADAMS中,从而完成数据的双向传输.分析了柔性打纬摇轴的模态、振型等振动特性,并进行打纬机构刚柔耦合分析,对柔性打纬摇轴的共轭凸轮打纬机构的动态特性进行了研究.仿真结果表明:考虑构件柔性的情况下,机构的运动性能与刚体构件差别微小,但动力学性能相差较大.本文成果可为后续进行机构的运动精度分析及可靠性设计提供数据支持,为高速织机的设计制造提供参考.     

水下船体表面清刷机器人移动机构的研究

为了实现机器人在水下船体表面上可靠吸附和灵活运动的功能,开展了水下船体表面清刷机器人移动机构的研究.介绍了水下船体表面移动机构的基本组成、工作原理和方案选择,对该移动机构进行了运动学建模,确定了运动学参数.分别在空气和海水介质中,对该移动机构进行了力学分析,确定了所需的磁吸附力.按照实际的需要,根据磁轮的吸附力,选择了永磁材料,设计了磁轮的结构参数.轮与机架采用弹性元件联接,使得移动机构具有被动柔顺的功能.由于磁轮外表面外套花纹橡胶环,增大了摩擦系数,保护易脆的磁环,使得该机构转弯灵活、不易打滑和吸附可靠.通过实验分析可知,该移动机构不仅适于水下船体表面上的运动,也适于水上船体表面上的运动.     

基于AMESim的液压并联机构建模及耦合特性仿真

针对液压六自由度并联机构，采用AMESim和Simulink分别对单缸液压系统及平台机构部分建模，建立了液压并联机构的通用仿真模型.在AMESim模型中单缸系统的等效负载为Simulink模型反馈的负载力而非等效质量.联合仿真模型详细考虑了液压系统，保证了系统的精度，为研究液压并联机构提供了便捷的理论分析手段.通过联合仿真模型研究了并联机构由于液压缸不一致带来的耦合特性.数值仿真结果表明，当液压缸性能不一致时会出现耦合现象，耦合度随着液压缸性能不一致程度的增大而增强.在并联机构设计时，必须保证液压缸性能的一致性.     

Study of dynamic stable control for a leg-wheeled robot

Leggedrobotsaredrawingmoreattentionandre searchfortheirhighterrainadaptability.However,limitationsexistintheircomplexityofstabilitycontrol limitspeedandrealapplications[1,2].Usually,wheeledrobotswithhighspeedandefficiencycannotnegotiateroughterrain.Thecontrolofawheeledrobotisverysimpleandisnotconcernedwithbalanceanddynamicstableproblems.Manystudieshavecontributedtothedevelopmentofhybridleg wheeledrobots,whichcantakeadvantageofbothleggedrobotsandwheeledones.Amongthem,therearetheRoller Walkero…     

Imaginary displacement method for analysis of multi fingered robot hands grasping stability

０　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮ　　（１）ＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆｐｒｅｓｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｎｇｒａｓｐｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙＡｍｕｌｔｉｆｉｎｇｅｒｅｄｈａｎｄｈａｓｍｕｌｔｉｐｌｅｆｉｎｇｅｒｓａｎｄｍｕｌｔｉｐｌｅｃｏｎｔａｃｔｐｏｉｎ...     

Motion design of a hybrid wheeled/legged robot for lunar exploration

The robot consists of a quadruped mechanism and two active dual-wheel casters possesses the advantages of wheeled and legged mechanism, and can quickly move on the relatively plane ground with the wheeled mechanism, and can walk on the extremely uneven terrain with the legged mechanism. The effectiveness of the motion design of the hybrid robot is iHustrated by simulation results.     

具有两种运动模式的球形机器人动力学建模与设计

针对目前球形机器人爬坡能力不足的问题,提出了一种具有连杆爬坡机构的新型球形机器人设计方案。该球形机器人除了传统的重摆行走方式之外,还可以利用连杆机构爬陡坡。建立了机器人利用连杆机构爬坡的力学模型,并用仿真软件分别进行了新旧球形机器人的爬坡运动仿真,验证了力学模型的正确性。在此基础上,对影响新机构爬坡能力的参数进行分析与优化,以此为理论依据设计制造出了具有两种运动模式的BYQ-X球形机器人样机。并对此样机进行了爬坡运动实验,通过样机实验进一步验证了力学模型的正确性和连杆爬坡机构对增加球形机器人爬坡能力的有效性。     

一种具有稳定平台可全向滚动的球形机器人设计与分析

提出了一种具有稳定平台的全向滚动球形机器人装置．该球形机器人由装在球体内部、相互垂直布置的两台伺服电机驱动,可在平面上全向滚动．在球形机器人内部有一个稳定的仪器、设备搭载平台,这个平台在球体全向滚动过程中始终保持稳定的姿态而不随球体一起滚动．介绍了该球形机器人的结构原理,基于其运动的非完整约束,利用广义欧拉角给出了其运动微分方程,建立了该球形机器人的运动学模型,结合实例对该球形机器人进行了运动分析和仿真．     

一种全向滚动球形机器人的动力学分析与仿真

研究了一种全向滚动球形机器人的动力学建模、分析与仿真方法．根据机器人所受的非完整约束,建立了其运动学模型．根据机器人的结构特征和Lagrange-Routh方程,建立了其动力学模型,给出了消去未知Lagrange乘子的策略．得到了该球形机器人的完整动力学模型,即控制机器人运动的强耦合二阶微分方程组．建立了描述该球形机器人完整动力学方程的仿真模型．运动实例的动力学分析和仿真结果验证了该方法的有效性．     

Coupling dynamic equations of motor-driven elastic linkage mechanism with links fabricated from three-dimensional braided composite materials

A motor-driven linkage system with links fabricated from 3-dimensional braided composite materials was studied. A group of coupling dynamic equations of the system, including composite materials parameters, electromagnetism parameters of the motor and structural parameters of the link mechanism, were established by finite element method. Based on the air-gap field of non-uniform airspace of three-phase alternating current motor caused by the vibration eccentricity of rotor, the relation of electromechanical coupling at the actual running state was analyzed. And the motor element, which defines the transverse vibration and torsional vibration of the motor as its nodal displacement, was established. Then, based on the damping element model and the expression of energy dissipation of the 3-dimentional braided composite materials, the damping matrix of the system was established by calculating each order modal damping of the mechanism.     

浮置式轨道在实测轮轨力作用下的动力响应

针对现有的三种浮置式轨道结构建立三维有限元模型,通过大型有限元软件ANSYS对三者施加一试验中实测的轮轨力数据,分别得到三种浮置式轨道结构的动态响应,而后再做以比较,定性的得到三种浮置式轨道结构的减振降噪效果以及各自固有频率的范围,从而提出在实际工程应用中不同工况条件下浮置式轨道结构合理的选型、应用以及搭配方案,并为浮置式轨道的其他动力特性的分析提供了一个关键的动态理论参数.     

一种新型3-RPRRR并联机构的运动学分析

对一种新型3-RPRRR并联机构进行了运动学分析。首先,基于约束螺旋理论,利用修正的Grübler-Kutzbach自由度计算公式分析了该机构的自由度。然后对该机构进行了位置反解分析。最后采用虚设机构法与运动影响系数理论相结合的方法对该机构进行了速度和加速度分析,并进行了数值验证,表明该方法表达简洁,易于求解。所有这些研究表明：该机构的运动学性能稳定,适合实际应用。     

一种新型四自由度非对称并联机构的运动学分析

在分析2-UPU/2-URU并联机构结构特点的基础上,运用封闭法对机构进行了位置分析,并验证了数值特例,利用球坐标搜索法得到影响并联机构工作空间的各种约束条件下的边界点,并通过MATLAB软件绘制工作空间的三维图形,得到约束条件对工作空间的影响规律,说明了其工作空间分布的特点,并进行了奇异分析。该机构是一种过约束机构,本文的研究为该机构工作空间优化设计和机构尺寸设计提供了依据,为该并联机构进一步的研究奠定了基础。     

串并联机器人主轴平台结构参数的敏感性分析

5自由度串并联机构机器人在数控操作(加工)时具有灵活性,3-PRS主轴平台在操纵运动的3个方向上起了关键作用,为了解决这个问题,提出了一种解析方法用来研究主轴平台结构参数的敏感性问题并建立了敏感性模型,基于此模型和实例仿真,讨论了影响主轴平台位置和方向的所有参数,发现滑座进给参数、连杆长度和主轴(包括刀具)的安装长度尺寸是影响平台位姿精度的关键参数.