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全向轮驱动磁增强球形机器人研究

全向轮驱动磁增强球形机器人研究

作者：张青松北京交通大学

学位级别：硕士

球形机器人是一种通过机构驱动球形外壳产生滚动运动的移动机器人。因其具有简洁灵活的运动特点,可以用于生活、军事、工业等领域。本文针对当前球形机器人机构存在的不足,提出了一种全向轮驱动磁增强球形机器人机构,并对其结构特性及... 详细信息

球形机器人是一种通过机构驱动球形外壳产生滚动运动的移动机器人。因其具有简洁灵活的运动特点,可以用于生活、军事、工业等领域。本文针对当前球形机器人机构存在的不足,提出了一种全向轮驱动磁增强球形机器人机构,并对其结构特性及运动学和动力学特性进行了理论分析、仿真和实验研究。首先,针对现有球形机器人构型存在驱动力不足的结构缺陷,提出采用全向轮驱动磁增强的新型球形机器人构型。该构型通过四个垂直分布的全向轮进行驱动,利用磁力这种非接触力来增大全向轮与球壳之间的正压力,防止驱动机构在较大摆角时出现倾覆,从而充分利用电机的驱动力。在此基础上进行了机构设计,建立了三维模型。利用欧拉角描述了球体在平面上的位姿状态,根据纯滚动约束条件建立了运动学模型。针对其动力学特性,利用牛顿-欧拉法和拉格朗日动力学方法建立了球形机器人的动力学模型,推导出了直线运动所需磁力的表达式。其次,在考虑空气阻力和滚动摩阻的情况下对直线运动的动力学模型进行了修正。通过三角函数、高斯函数两种不同的方法控制驱动单元的运动状态,实现了球形机器人的匀速直线运动。利用分步分段的方法对转向运动进行了研究。建立了爬坡和跳跃运动的动力学模型,分别推导出了爬坡和跳跃运动所需磁力的表达式。采用经典力学的方法对影响球形机器人爬坡和越障性能的因素进行了分析。然后,采用有限元仿真软件Maxwell对磁铁与球壳间产生的磁力进行了分析,通过参数化建模得到了磁力随间距以及磁铁尺寸的变化规律。利用龙格库塔法对直线、爬坡、跳跃运动的动力学方程进行了数值求解,得到了球形机器人位移、速度等状态变量随时间变化的系列理论曲线。借助Adams软件对上述运动进行了多次仿真,将理论曲线与相应的仿真曲线进行对比分析,误差不超过1%,验证了理论模型的正确性;通过观察仿真中摩擦系数的变化情况,证明了上述运动所需磁力表达式的合理性。在电机输入为恒定力矩的情况下,利用爬坡运动动力学方程求解出球形机器人仿真模型的最大爬坡角度为20°,并通过仿真进行了验证。最后,完成了样机制作、安装和调试,对直线、转向、越障运动进行了实验。实验表明,样机稳定运动时的速度可达1m/s,可以实现基础的转向动作;同时,在一定初速度下样机可以越过高度为19mm的障碍物,与理论分析的结果相近,验证了全向轮驱动磁增强球形机器人设计的可行性。通过上述研究内容说明了提出的全向轮驱动磁增强球形机器人构型得到了更简洁的实现机构,提高了驱动能力和运动综合性能。

关键词：球形机器人全向轮磁增强动力学模型运动特性仿真分析

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基于全向轮的排管电缆巡检机器人建模及仿真

系统仿真学报 2023年

作者：苑朝张耀赵亚冬徐大伟苑晶翟永杰中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室华北电力大学自动化系南开大学人工智能学院

针对地下排管电缆内部空间狭小密闭，人工无法巡检，现有管道机器人无法适应排管电缆这一特殊环境的问题，设计了一款小型化、紧凑型且能够在已敷设电缆的地下排管内实现运行的排管电缆巡检机器人，用以对排管内壁及电缆工况进行检测。... 详细信息

针对地下排管电缆内部空间狭小密闭，人工无法巡检，现有管道机器人无法适应排管电缆这一特殊环境的问题，设计了一款小型化、紧凑型且能够在已敷设电缆的地下排管内实现运行的排管电缆巡检机器人，用以对排管内壁及电缆工况进行检测。根据工况需求，建立机器人整体三维模型。分析全向轮速度与系统速度的映射关系，分析机器人在排管内部的变径支撑能力和牵引力大小，建立数学模型。ADAMS动力学仿真结果表明：该机器人能够在敷设电缆型号为YJLV22-3*300的地下排管内直行通过，且能进行姿态调整，从而避过障碍物继续直行，完成巡检任务。仿真结果与理论计算基本一致，验证了动力学模型的正确性，为后续研制物理样机、优化运动控制提供了依据，也为同类具有全向轮的电缆巡检机器人动力学研究提供了一定的参考。

关键词：管道机器人排管电缆全向轮动力学 ADAMS仿真

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基于全向轮的无人供包装置设计与研究

基于全向轮的无人供包装置设计与研究

作者：时金成安徽理工大学

学位级别：硕士

近几年来,快递公司对物流装备技术的依赖日渐增长,自动化分拣等装置在物流企业中迅速普及,快递包裹在各个作业环节中也已配置了众多物流装备技术,但在供包环节中无论是半自动化还是自动化作业中仍以人工上包为主,需要人工将含有面单信... 详细信息

近几年来,快递公司对物流装备技术的依赖日渐增长,自动化分拣等装置在物流企业中迅速普及,快递包裹在各个作业环节中也已配置了众多物流装备技术,但在供包环节中无论是半自动化还是自动化作业中仍以人工上包为主,需要人工将含有面单信息的包裹逐个朝上放置,进行扫描称重等操作,因此供包效率低、人力成本居高不下。现有的快递自动化供包装置需要大量布置工业相机扫描包裹,装置成本高,快递包裹的单件分离效率低,使得快递扫描难度加大,成为目前快递行业发展的痛点和瓶颈。因此,针对物流行业供包环节,设计一款能够实现无人供包的装置具有较大的工程应用价值。针对上述现象和问题,本文提出一种新型的基于全向轮的无人供包装置,该装置能够实现包裹单件分离、三面扫描布置即可实现全方位六面扫,实现无人供包作业。课题主要研究内容如下:首先在多次调研和查阅了大量文献资料的基础上,进行装置的功能需求分析确定了基于全向轮的无人供包装置的整体设计方案,该方案可实现包裹的单件分离、重量获取、通过全向轮旋转对包裹进行五面扫描,透明带输送机实现包裹的底面扫描,无需布置大量工业相机即可实现包裹六面扫描等功能,并完成方案的三维模型设计。其次针对无人供包装置中的全向轮平台,以其中的单个全向轮模块为研究对象进行分析,建立运动学方程和动力学模型,分析无人供包装置的运动特性。利用SOLIDWORKS MOTION仿真工具对货物在全向轮平台进行运动仿真分析,通过速度位移变化分析货物在装置全向轮平台上的运动状态,验证装置的稳定性是否满足要求。然后提出无人供包装置的控制系统设计方案,确定无人供包装置控制系统的控制芯片和开发平台,对控制系统所需的硬件进行选型和电路连接设计,通过Keil u Vision5软件平台对控制系统进行控制系统下位机的软件设计,利用VS2019的集成开发环境在Windows窗体上搭建装置的上位机界面。最后制作出基于全向轮的无人供包装置的实验样机,对样机进行功能测试,将包裹放置在样机上,测试样机能否完成对包裹的单件分离、旋转、称重测量等基础功能,验证装置能否满足工作需求。图64表15参72

关键词：全向轮无人供包结构设计运动学仿真单片机

基于仿冰壶火炬传递机器人的全向轮运动设计研究

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机械工程师 2023年第9期 84-89页

作者：王福利陆洋中国科学院沈阳自动化研究所沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳110169

全方位移动式机器人是机器人领域的一个重要分支。在对北京冬奥会仿冰壶火炬传递机器人的全向移动平台设计过程中,以麦克纳姆轮和OMIN全向轮为研究对象,通过建立全向轮运动学模型,对两种类型全向轮的运动特性及布局结果进行对比分析,优... 详细信息

全方位移动式机器人是机器人领域的一个重要分支。在对北京冬奥会仿冰壶火炬传递机器人的全向移动平台设计过程中,以麦克纳姆轮和OMIN全向轮为研究对象,通过建立全向轮运动学模型,对两种类型全向轮的运动特性及布局结果进行对比分析,优化了全移动平台的全向轮结构布局,根据电动机矢量控制理论,通过大量实验测试和不断优化,最终火炬传递机器人按照预设轨迹顺利了完成了冬奥会火炬的传递。

关键词：机器人全向轮运动特性麦克纳姆轮

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基于全向轮模块的自动供包装置系统设计

沈阳工程学院学报:自然科学版 2023年第4期19卷 71-77页

作者：龚莹阮学云时金成陈迎冬李佳静安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

为解决当前快递行业人工上包繁琐、包裹面单信息摆放位置识别困难等问题,设计了一种基于全向轮模块自动供包装置控制系统。该系统使用STM32单片机作为主控制器和从控制器,主、从控制器通过CAN实现通信,配合各个传感器协同工作,完成对包... 详细信息

为解决当前快递行业人工上包繁琐、包裹面单信息摆放位置识别困难等问题,设计了一种基于全向轮模块自动供包装置控制系统。该系统使用STM32单片机作为主控制器和从控制器,主、从控制器通过CAN实现通信,配合各个传感器协同工作,完成对包裹的单件分离和指定方向运输,并利用三面扫描布局实现对包裹的快递面单全方位六面扫描。最后,制作样机并对装置进行实验测试,实验中完成了对包裹的码垛、排序,实现了对快递六面扫描和输送方向的控制。

关键词：全向轮 STM32 CAN

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自动巡航口罩佩戴检测识别机器人

科技与创新 2024年第8期 53-56页

作者：郭旭琨张龙龙张为杰沈阳城市建设学院辽宁沈阳110000

基于全向轮移动平台,结合视觉传感器和夹爪装置,设计了一款视觉自动抓取小车。介绍了全向移动平台的结构和特点以及夹爪装置和视觉传感器K210的设计与实现,其中涉及基于ROS(Robot Operating System,机器人操作系统)的软件架构、视觉识... 详细信息

基于全向轮移动平台,结合视觉传感器和夹爪装置,设计了一款视觉自动抓取小车。介绍了全向移动平台的结构和特点以及夹爪装置和视觉传感器K210的设计与实现,其中涉及基于ROS(Robot Operating System,机器人操作系统)的软件架构、视觉识别与抓取算法、运动规划和控制算法等。研究成果为智能制造领域提供了一种新的解决方案,具有重要的实际应用价值和推广意义。

关键词： ROS系统视觉K210 全向轮机械臂运动分析

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金融机器人设计及应用研究

科学与信息化 2024年第2期 169-171页

作者：黄峻远广电运通集团股份有限公司广东广州 510705

随着国家人工智能的政策落地,人工智能的发展逐渐加快.机器人作为人工智能产品已经在酒店、餐厅等行业得到应用.金融机器人也已被各大银行研究及应用,机器人具有人机交互智能化、集成化、便利化等优点,未来在银行智能网点上将会迎来一... 详细信息

随着国家人工智能的政策落地,人工智能的发展逐渐加快.机器人作为人工智能产品已经在酒店、餐厅等行业得到应用.金融机器人也已被各大银行研究及应用,机器人具有人机交互智能化、集成化、便利化等优点,未来在银行智能网点上将会迎来一波发展高潮.

关键词：金融机器人激光雷达深度相机导航全向轮

来源：博看期刊评论

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基于STM32的全向轮避障小车的研究综述

林业机械与木工设备 2023年第7期51卷 9-13页

作者：张家铭周海燕南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037

随着机器人技术的快速发展,全向轮避障小车越来越被重视,现有的设计和算法已经得到了广泛应用,但还有许多问题需要研究。以基于STM32的全向轮避障小车为研究对象,旨在对其硬件设计、算法设计、实验验证以及应用拓展等方面进行综述,以提... 详细信息

随着机器人技术的快速发展,全向轮避障小车越来越被重视,现有的设计和算法已经得到了广泛应用,但还有许多问题需要研究。以基于STM32的全向轮避障小车为研究对象,旨在对其硬件设计、算法设计、实验验证以及应用拓展等方面进行综述,以提供更加全面的认识和参考。基于已有研究,对全向轮避障小车的硬件设计和算法设计进行详细分析,并针对其实验验证和应用拓展进行深入研究,从而全面了解其优势和限制。对全向轮避障小车的研究现状进行分析、找出存在的问题,提出未来避障小车的发展方向。

关键词： STM32 全向轮避障小车

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基于全向轮驱动的重型设备转运安装平台设计

机械工程师 2023年第12期 110-112页

作者：武晓民侯朋飞朱容萱张嘉元李涛中国人民解放军96881部队河南洛阳471002

针对柴油发电动机组、降湿机组等重型设备转运安装受场地条件限制,不适宜起重吊装设备使用的现状,设计了基于全向轮驱动的重型设备转运安装平台,研究确定了液压泵站、油缸、行走机构、全向轮、调整装置、升降装置及卡具的规格型号、连... 详细信息

针对柴油发电动机组、降湿机组等重型设备转运安装受场地条件限制,不适宜起重吊装设备使用的现状,设计了基于全向轮驱动的重型设备转运安装平台,研究确定了液压泵站、油缸、行走机构、全向轮、调整装置、升降装置及卡具的规格型号、连接方式、安装形式等,同时完成了结构设计计算。该平台可实现重型设备在狭小空间条件下的快速装载、转运、就位及找平找正,提高设备转运安装自动化程度,降低安全隐患,提高施工效率。

关键词：全向轮重型设备转运安装平台结构设计