狭窄环境中基于几何法的全局路径规划新方法

研究狭窄障碍环境下基于几何法的移动机器人全局路规划方法。用不同多边形表示机器人和障碍物,多边形集合构成环境地图。利用数组矩阵存储机器人和障碍物的顶点坐标,便于计算机进行识别、分析和计算。在此基础上,建立了两个子函数——障碍物筛选子函数和凸包计算子函数。通过对两个子函数的循环调用,找出所有较优无碰路径,最后根据一定准则选择全局最优路径。该算法把狭窄障碍环境中的路径规划问题转换成凸包计算问题,且能够生成多条可供替换的较优路径。当环境空间相对狭窄、机器人形状较为复杂,在路径转弯处作旋转运动时,可根据安全需要选择合适的运动路径,从而增加了算法的适用性。仿真结果表明:该算法简便高效,能够满足路径实时规划要求。     

蛇形机器人

蛇形机器人，又称机器蛇。是一种能够模仿生物蛇运动的新型仿生机器人，由于它能像生物蛇一样实现“无肢运动”，而被国际机器人业界称为“最富于现实感的机器人”。与传统的轮式或两足步行式机器人不同的是，它实现了像蛇一样的“无肢运动”，是机器人的运动方式的一个突破。     

机器人作业过程的动态图形仿真

本文阐述了机器人作业运动过程的计算机动态图形仿真的基本原理和实现方法,介绍了机器人本体及其环境物的三维几何造型、图形示教编程技术以及动画制作技术,并指出了在研制机器人的运动仿真系统时应考虑的几个问题。最后给出了Adapt Ⅱ机器人搬运作业过程的图形仿真实例。     

基于群集的多机器人编队控制

利用图论表示机器人编队模型,用改进的邻接矩阵表示机器人之间的位置关系,用人工势场法对多机器人编队群集运动进行控制,改进的控制律可以使多机器人达到希望的队形,并共同以预定的速度行进。然后用李亚普诺夫稳定性理论进行分析,得出在此控制律下的多机器人系统可以进行稳定的编队群集运动。     

螺旋轮式管道检测机器人驱动电动机的控制

分析了螺旋轮式管道检测机器人驱动系统的组成和原理,给出了管道机器人驱动电动机的控制策略,并设计了电动机的控制系统.根据机器人的运动参数分析管道状况,研究了驱动电动机的控制过程,为下一步精确控制管道机器人的驱动电动枳嵌供了参考.     

机器人PTP控制曲线研究

本文根据点位控制机器人运动特点和其加速——匀速——减速三段控制方式,以及实时计算量的大小和所定义的点位控制机器人控制曲线参数——最大加速度系数、最大跃动系数,对点位控制机器人用控制曲线进行了系统、深入的分析,给出了一种变形sin加速度控制曲线,并在点位控制机器人上对其性能进行了验证。     

基于PPO的球形机器人目标跟随研究

球形机器人由于其优异的运动性能、出色的地形适应能力和防侧翻的特性,被广泛应用于水下探测、岸滩巡检等需要适应复杂环境的场景。然而球形机器人系统模型具有欠驱动、非线性的特点,运动控制问题复杂,在复杂应用环境下难以可靠跟随目标。为此,提出了一种基于近端策略优化(PPO)算法的球形机器人目标跟随方法。该方法基于深度强化学习理论,在球形机器人动力学模型的基础上,设计了简单高效的动作空间和表征完善的状态空间。并且为提高目标跟随方法的鲁棒性,该方法在奖励函数中引入人工势场,以使目标始终保持在机器人视野中心。仿真结果表明,所提方法能够满足既定场景的跟随需求,球形机器人使用该方法可以对随机运动目标进行可靠跟随。     

基于螺旋廓线的驱动机构设计

随着管道机器人在工业检测、工业维修、医学等领域的广泛应用,其驱动方式已经成为研究的热点。本文从理论上对步进式螺旋驱动管道机器人的工作环境、工作原理以及受力状况进行了分析,提出了基于螺旋廓线驱动机构的设计方案;根据驱动器的运动力学性能要求设计了从动件的运动规律,既避免了刚性冲击又避免了柔性冲击。     

主动自适应悬架机器人概念样机及其配置模型和方法

未来的空间探测要求机器人系统具备高可靠性、高移动性,以胜任未知非结构的地理环境。结合自适应悬架机器人和主动悬架机器人的优点,创新提出主动自适应悬架机器人的概念。它是一类具有主动配置功能的自适应悬架机器人,在一般复杂地形环境下,利用移动机构的超静定特性自适应地形,在极端复杂环境下,主动调整悬架结构等移动机构的运动配置适应地形变化,获取最佳移动性能。设计了一种六轮主动自适应悬架样机,可实现折叠、翻到后起身,建立了机器人移动性能综合评价模型,并给出了相应的配置模型和主动配置方法,通过主动配置可明显提高主动自适应悬架机器人的移动性能。     

冗余空间机器人基座姿态调整的笛卡尔路径规划

空间机器人系统的机械臂和基座之间存在着动力学耦合,为了保证笛卡尔路径规划的同时可以调整基座的姿态,文章以冗余自由度空间机器人为研究对象,首先建立了空间机器人系统的运动学方程;由于存在一定的冗余度,通过将基座姿态运动方程与广义雅可比矩阵组合得到扩展后的雅可比矩阵,实现了基座和机械臂运动的协调规划;最后讨论了基座姿态无扰路径规划,并与零空间法进行了对比。建立平面三自由度空间机器人系统,分别采用零空间法和扩展雅可比矩阵法进行了基座姿态无扰路径规划和基座姿态跟踪路径规划,仿真结果验证了方法的有效性。     

六轮月球车移动机构分析与综合

针对六轮月球车,对国内外空间探测机器人的移动机构的构型进行分析和综合,通过构型创新、构型组合等手段提出了125种新型六轮移动机构.进一步利用虚拟样机软件ADAMS12.0和控制仿真软件Matlab6.5平台,从方案创新、方案组装、方案优化三个层次对月球车机械系统和控制系统进行综合评价与优化,得到优化方案及其优化参数.选择了一种方案进行了分析和参数优化,并试制了物理样机,取得较好效果.     

基于球齿轮的新型轮腿复合式移动平台设计研究

复合式移动系统是当前移动机器人研究的热点之一.总结了已有的一些轮-腿复合式移动系统的研究成果及结构特点,提出一种基于球齿轮机构的新型轮-腿复合式移动平台的结构设计方案,这种新型移动平台的轮腿机构具有不同于已有轮-腿复合式移动系统独特的运动特征,在结构上可实现"轮"、"腿"的真正融合,使得平台具有轮式、腿式和轮-腿复合三种移动模式,可实现直行、斜行、小半径转弯甚至原地转弯等多种运动姿态.对轮腿机构进行了计算机虚拟模型运动仿真研究,并对平台样机进行了姿态调整实验,结果表明这种新型移动平台能够实现设定的多种复杂运动姿态.     

四足机器人对角小跑动态控制

基于虚拟模型控制方法,根据四足机器人单腿雅克比矩阵得到支撑相与摆动相的控制法则。为实现机器人躯体的完全控制,提出了一种控制目标分解的方法,将四足机器人躯体的控制目标分解到每条支撑腿的控制上。通过构建每条支撑腿的虚拟构件,并将虚拟构件产生的虚拟力转换为期望关节力矩,从而实现支撑腿的虚拟模型控制;实时规划摆动足的运动轨迹,利用虚拟构件连接摆动腿的足端与期望的摆动轨迹,实现摆动腿的虚拟模型控制。在设定四条腿的相位轮换规律的基础上,对一个四足机器人二维平面模型进行对角小跑步态下的速度控制及抗干扰仿真试验。仿真结果证明该控制方法能够有效控制机器人躯体的高度、速度及倾角,实现四足机器人对角小跑运动的动态控制并具有一定的抗冲击干扰能力。     

基于虚拟模型控制的四足机器人对角小跑动态控制*

基于虚拟模型控制方法,根据四足机器人单腿雅克比矩阵得到支撑相与摆动相的控制法则。为实现机器人躯体的完全控制,提出了一种控制目标分解的方法,将四足机器人躯体的控制目标分解到每条支撑腿的控制上。通过构建每条支撑腿的虚拟构件,并将虚拟构件产生的虚拟力转换为期望关节力矩,从而实现支撑腿的虚拟模型控制;实时规划摆动足的运动轨迹,利用虚拟构件连接摆动腿的足端与期望的摆动轨迹,实现摆动腿的虚拟模型控制。在设定四条腿的相位轮换规律的基础上,对一个四足机器人二维平面模型进行对角小跑步态下的速度控制及抗干扰仿真试验。仿真结果证明该控制方法能够有效控制机器人躯体的高度、速度及倾角,实现四足机器人对角小跑运动的动态控制并具有一定的抗冲击干扰能力。     

全液压驱动管道机器人公理化设计

随着管道机器人应用领域与任务需求的不断增大,机器人设计中存在的问题日益突出,如输出功能相互耦合、定位精度不高以及复杂环境下可靠性低。针对石油水平井对于管道机器人的特殊应用需求,将公理化设计理论应用到机器人系统设计中,创新设计一种基于挠性支撑结构的全液压驱动管道机器人。概述公理化基本原理与设计过程,对全液压驱动管道机器人进行概念设计,完成设计耦合性分析。确定机器人机械系统与液压系统具体结构组成,并分析其工作机理。应用AMESim软件,对机器人运动原理方案进行仿真分析,结果表明:全液压驱动管道机器人可以实现自动往复运动,牵引力可以达到30 kN,运动速度可以达到0.12 m/s;机器人牵引能力与运动速度可以完成单独调节,从而实现解耦设计。     

差压式管道内检测机器人驱动力与速度分析

差压式管道内检测机器人是利用管道中流动介质压力差驱动的检测装置，机器人受力情况及周围流场分布对其运动状态有着重要的影响。通过对检测机器人受力分析和数值模拟，讨论了影响给定机器人驱动力的主要因素，得到了以水为流动介质在水平管道情况下，水流速度与机器人稳态速度的近似关系式，为以后进一步研究机器人定位提供帮助。     

管道机器人在三通处的通过性分析

三通是管道机器人经常遇到的典型障碍之一,克服该障碍的能力用管道机器人在三通处通过性来描述。文中提出一种描述差压驱动式管道机器人三通通过性的数学模型,该模型由一组组合约束构成。通过对约束方程的分析讨论、与管道机器人弯道通过性的对比分析,得出了规律性的结论。管道机器人在三通处的姿态、单元体的几何尺寸、行走轮结构形式对其通过性都有不同程度的影响。所提出数学模型是管道机器人三通自主行走控制策略设计和相应结构设计的理论基础。     

基于串并联结构的弹药装填机器人设计

以人体手臂结构为参考,根据装甲车辆火炮自动装填需求和车内结构特点,设计了7自由度冗余弹药装填机器人,给出了设计指导思想,重点研究了肩、肘、腕关节处的机构选型以及相关参数的确定,给出了手爪推弹器方案,建立了虚拟样机,并进行了运动学仿真。该串并联结构的弹药装填机器人结构紧凑、负载能力高、运动特性好,能够实现装甲车辆火炮弹药自动装填,对于我军未来装甲车辆弹药装填机器人研制具有较大参考价值。     

基于加速度反馈的机械手位置控制

本文首先分析了影响机器人位置控制性能的几个因素。然后针对这些不利因素分析了加速度正反馈和负反馈对它们的不同作用,提出了一种用综合加速度反馈来提高机器人位置控制性能的控制方法。该方法能较大程度地改善机器人阻尼不足的现象,是实现机器人高速高精度控制的一条有效途径。机械手上的实验结果验证了本方法的有效性。     

两栖仿生机器人登陆自适应越障机构优化设计

两栖仿生机器人是一种能够同时在水下和陆地工作的无人平台,在抢险救灾、环境勘探与资源开发等领域具有广泛应用。本文提出了一种具有自适应登陆越障能力的轮鳍复合式两栖机器人,对其越障过程进行了运动学与力学分析,以其在临界越障时刻转矩为目标函数,应用遗传算法优化设计了结构与运行参数,同时与其他两栖机器人越障能力进行对比。结果表明,优化后越障所需转矩相比优化前降低了718.4 N·mm,轮鳍复合式机器人能够攀越相比自身尺寸更高的垂直障碍。模拟仿真了所设计机器人的越障过程,获得了其在平地行走、越障以及上坡推进过程中的速度、位移与力矩的变化规律,并通过实验进行了验证。