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双节式履带机器人系统组成及运动性能分析

机械传动 2017年第8期41卷 118-122页

作者：吴子岳王董测高亚东上海海洋大学工程学院上海201306

以双节式履带机器人为研究对象,详细介绍了机器人系统组成及攀爬楼梯越障动作规划,稳定性分析及越障性能计算。机器人系统以DSP芯片TMS320LF2407为运动控制核心,由两个MAXON电动机控制左右履带实现差动转向,通过语音及图像采集等系统实... 详细信息

以双节式履带机器人为研究对象,详细介绍了机器人系统组成及攀爬楼梯越障动作规划,稳定性分析及越障性能计算。机器人系统以DSP芯片TMS320LF2407为运动控制核心,由两个MAXON电动机控制左右履带实现差动转向,通过语音及图像采集等系统实现机器人对用户指令和现场环境的实时反应。以机器人前摆臂仰角对质心变化的影响,基于质心运动学及最优化理论,得出机器人最大越障高度及满足机器人稳定性临界条件下前摆臂仰角与坡度角和台阶高度之间的关系。攀爬楼梯实验结果表明了理论分析的正确性,同时对这一类型的履带机器人设计提供一定理论依据。

关键词：履带机器人系统组成稳定性分析越障性能计算

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履带机器人越障能力优化

制造业自动化 2018年第5期40卷 24-27,76页

作者：刘满禄王亚翔张俊俊张华西南科技大学特殊环境机器人技术四川省重点实验室绵阳621010

为提高大负载双履带式机器人越障性能,研究了一种搭载重型机械臂的双履带式底盘结构侦查机器人。拥有机械臂的双履带式底盘结构机器人为提高越障能力,可以通过利用改变机械臂姿态来优化越障性能。通过理论计算和仿真分析,得出了不同姿... 详细信息

为提高大负载双履带式机器人越障性能,研究了一种搭载重型机械臂的双履带式底盘结构侦查机器人。拥有机械臂的双履带式底盘结构机器人为提高越障能力,可以通过利用改变机械臂姿态来优化越障性能。通过理论计算和仿真分析,得出了不同姿态履带机器人越障过程中所需转矩,及越障后地面对负重轮的冲击力,得出了履带机器人最优的越障姿态。本研究对其他双履带式底盘结构机器人提高越障性能和优化越障效果提供了重要的依据。

关键词：履带机器人越障能力仿真分析 Recurdyn

基于航迹推算的小型履带机器人姿态修正系统设计与试验

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基于航迹推算的小型履带机器人姿态修正系统设计与试验

作者：杨冰安徽农业大学

学位级别：硕士

机器人在野外田间的工作环境远恶劣于城市环境,主要体现在野外环境下,道路复杂多变、崎岖起伏,信号强度较弱。因此,在该环境下,加大了履带式机器人自走的难度。针对在崎岖山地环境下自走式履带机器人易丢失GNSS信号、姿态波动大、跟踪... 详细信息

机器人在野外田间的工作环境远恶劣于城市环境,主要体现在野外环境下,道路复杂多变、崎岖起伏,信号强度较弱。因此,在该环境下,加大了履带式机器人自走的难度。针对在崎岖山地环境下自走式履带机器人易丢失GNSS信号、姿态波动大、跟踪精度低等问题,本文在分析比较现有研究的基础上,对三维崎岖路面履带机器人控制方法进行了研究。设计了一种基于降维变系数的三维滑模控制（SMC）控制策略并搭载航迹推算导航系统,同时,对其进行了理论推导、仿真与试验,并且该控算法不仅能够在崎岖三维状态下能够完成预定工作,同时也能够提高二维平整路面环境下的跟踪精度。完成的相关工作与结论如下:（1）在查阅国内外研究现状的基础上,总结并分析了现有导航控制已经完成的主要工作与不足之处,针对现有的研究成果,搭建整机试验平台,采用stm32f407作为微控制单元,并完成了电机驱动器等部件的选择;（2）分析机器人在二维平整路面与三维崎岖路面的运动学模型,建立了降维运动学几何模型与误差方程;（3）搭建航迹推算（DR）导航系统与基于降维变系数的滑模控制姿态控制系统,并进行了平整路面与崎岖路面的路径跟踪仿真。仿真结果表明,平整路面仿真中行驶方向误差逐渐减少并趋近于0,侧向位置偏差在±20cm内波动,并在1s内完成姿态调整;崎岖路面仿真中三轴位置误差均控制在±10cm范围内,同样可在1s内完成姿态调整。（4）在平整路面与崎岖路面上进行导航跟踪试验,机器人跟踪稳定后的横向偏差分别在-2.9～8.8cm与-14.3～21.5cm内波动,姿态误差分别控制在±5°与±2°内,满足实际导航与跟踪需求。通过建立一种基于航迹推算的姿态调整系统,以达到控制履带机器人在平整路面与非平整崎岖路面完成路径跟踪与姿态调整的目的。

关键词：履带机器人导航姿态控制降维变系数崎岖路面

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越障式履带机器人系统设计与研究

越障式履带机器人系统设计与研究

作者：王凤祥中北大学

学位级别：硕士

随着人类社会的发展进步,移动机器人技术备受各国关注,并且伴随着科学技术不断提高,机器人技术在融入包括人工智能、生物仿真技术等在内的多学科门类后,俨然成为科学研究的前沿,应用前景广泛。本文通过查阅国内外相关文献,设计了一款能... 详细信息

随着人类社会的发展进步,移动机器人技术备受各国关注,并且伴随着科学技术不断提高,机器人技术在融入包括人工智能、生物仿真技术等在内的多学科门类后,俨然成为科学研究的前沿,应用前景广泛。本文通过查阅国内外相关文献,设计了一款能够在在野外复杂环境下正常行进的越障式履带机器人系统。该机器人系统的设计初衷是能够通过搭载实验室研制的测试设备在野外环境进行动态测试等试验工作。根据履带机器人系统设计目的,制定了相关技术指标,并且以系统搭载的TMS320F28335型数字信号处理器作为控制系统基础,规划了系统硬件、软件整体设计方案。本文内容的主要安排如下:根据履带机器人系统的硬件设计方案,将履带机器人系统划分为电源及调理模块、履带底盘模块、DSP控制模块、六自由度机械臂模块、摄像头模块、升降台模块、蓝牙遥控模块等。并且分别完成各模块的机械结构设计、硬件实物搭建以及电气原理控制。针对履带机器人系统装载的两台YS11/22型24V无刷直流中置电机,进行了控制原理介绍与转动模型分析,以便更好地设计电机控制程序,实现转速的精准控制。同时针对六自由度机械臂模块进行了基于D-H模型的正、逆运动学分析,并且通过分析解算机械臂各关节的空间坐标,实现对机械臂的控制与抓取物品的实验。根据履带机器人系统的软件,完成系统主程序以及控制各模块子的程序的设计与编译,其中包括履带底盘模块电机控制子程序设计、机械臂模块六路子舵机控制程序设计、升降台模块升降控制子程序设计以及摄像头模块控制子程序设计等。完成系统硬件搭建、软件及子程序的开发与调试后,对履带机器人系统进行了全面的实验测试与性能分析,其中包括履带底盘测试、机械臂抓取测试、升降台承重测试等。并且通过测试结果表明,机器人系统满足预期设计要求。最后对论文完成过程中遇到的问题进行总结,并据此引出对问题的思考以及对解决这些问题有帮助的研究方向的探讨。

关键词：越障履带机器人六自由度机械臂升降台蓝牙遥控

基于传感器信息融合的室外履带机器人导航研究

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基于传感器信息融合的室外履带机器人导航研究

作者：李洪兵新疆大学

学位级别：硕士

进入21世纪后,高新科技飞速发展,已成为衡量一个国家综合国力的标准之一。而机器人技术作为高新技术领域的前沿,吸引着各国学者专家投入大量资金和精力不断的进行深入研究。室外移动机器人作为移动机器人分支的一种,可代替人类完成较多... 详细信息

进入21世纪后,高新科技飞速发展,已成为衡量一个国家综合国力的标准之一。而机器人技术作为高新技术领域的前沿,吸引着各国学者专家投入大量资金和精力不断的进行深入研究。室外移动机器人作为移动机器人分支的一种,可代替人类完成较多危险的任务,尤其在民用和军事货物运输、无人驾驶、救灾救援和宇宙探索等领域已取得不少的成果。因此室外移动机器人逐渐成为机器人的领域中热点课题之一。由于室外是一种复杂、动态、不确定或未知的非结构化环境,在此环境下进行导航工作时,如采用单一传感器所获得的信息会存在缺陷,因此需要以传感器组合的方式实现机器人全面感知周围环境信息,但与此同时会导致信息“冗余”现象的出现,传感器信息融合算法为这一现象提供了有效的解决方案。本文以室外履带机器人作为实验研究平台,针对于加速度计不同状况下对姿态解算影响的问题,及对于室外机器人导航过程中单一传感器进行导航效果不理想的问题,设计以GPS/IMU的组合导航系统并进行相关研究。并展开如下的相关工作:首先,对国内外移动机器人的发展历程,机器人常见的导航方式和传感器信息融合技术进行介绍。其次,根据研究需求建立了履带机器人二维运动学模型,总结履带机器人的典型运动方式并进行公式推导,并介绍了导航系统中的GPS系统原理,建立IMU中加速度计、陀螺仪和磁力计的误差模型。再次,介绍机器人姿态解算中常用坐标系及坐标系变换的方法,分析比较了各个方法的优点与不足,阐述了关于姿态解算常用的基于四元数的互补滤波法和梯度下降法,提出一种改进梯度下降法,提高了导航过程中航向角的精度和系统实时性。之后阐述了常见的组合导航模式,并详细给出各种模式的工作原理及优缺点。依据课题研究需求选择在松组合模式下进行组合导航研究。对于组合导航中常用的加权融合、卡尔曼滤波算法和扩展卡尔曼滤波算法等方法的理论进行介绍和公式推导,采用自适应加权算法作同质融合处理,选择以扩展卡尔曼滤波算法作为信息融合主体处理GPS/IMU组合导航系统所带的问题,验证扩展卡尔曼滤波算法在所设计的组合导航系统中的可行性。

关键词：履带机器人姿态解算信息融合组合导航扩展卡尔曼滤波

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履带机器人的模糊PID的轨迹跟踪控制研究

安徽电子信息职业技术学院学报 2023年第2期22卷 25-28页

作者：李郑涛方庆山安徽电子信息职业技术学院电子工程学院安徽蚌埠233000

履带机器人运行环境复杂,运动轨迹具有多变量、非线性等特点,难以建立精确模型。基于履带机器人的运动学模型,设计了履带机器人行驶过程中的位姿误差控制器,将实时角速度与期望角速度差值及差值变化率作为系统输入,由模糊PID控制器实时... 详细信息

履带机器人运行环境复杂,运动轨迹具有多变量、非线性等特点,难以建立精确模型。基于履带机器人的运动学模型,设计了履带机器人行驶过程中的位姿误差控制器,将实时角速度与期望角速度差值及差值变化率作为系统输入,由模糊PID控制器实时输出信号,控制履带机器人的驱动电机角速度。仿真结果表明,在低速环境下,该控制器对于履带机器人轨迹跟踪的响应速度快,稳定性较好。

关键词：履带机器人轨迹跟踪模糊PID 位姿误差

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考虑履带机器人转向特性的全局路径规划

湖北工业大学学报 2024年第2期39卷 57-62页

作者：魏琼郭川张道德李奕刘伟恒湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068

针对传统A星路径规划算法忽略车辆转向过程,导致规划路径行程时间较长的问题,提出了考虑履带车转向特性的改进A星算法。首先,扩大A星算法的搜索邻域,提高转向角的灵活度。其次,分析考虑履带车的转向特性,将转向时间加入到代价函数中,建... 详细信息

针对传统A星路径规划算法忽略车辆转向过程,导致规划路径行程时间较长的问题,提出了考虑履带车转向特性的改进A星算法。首先,扩大A星算法的搜索邻域,提高转向角的灵活度。其次,分析考虑履带车的转向特性,将转向时间加入到代价函数中,建立以时间最短为目标的代价函数,缩短履带车的行程时间。最后,构建删除冗余节点和新增优化节点的规则,改善路径的平滑性使规划的路径进一步优化。通过Matlab仿真和实车实验进行研究,研究结果表明:改进算法在路径长度、转向次数和行驶时间方面都有了减少,规划的路径要优于传统A星算法和对比文献算法。改进A星算法能有效提高所规划路径的质量,提升履带机器人的自主巡航能力和智能化水平。

关键词：履带机器人路径规划 A星算法转向特性

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小型隧道检测用履带机器人的研究

装备制造技术 2010年第3期 21-22页

作者：付汝辉天津工业大学机电学院天津300160

根据实际需要,设计了一种用于检测电缆隧道状况的小型关节式履带检测机器人,其主要特点是结构紧凑,体积小,重量轻,便于携带,且能适应恶劣的地下环境,还能对一些小障碍物实施攀越。

关键词：履带机器人隧道检测关节式

基于RecurDyn履带机器人的结构设计和动力学仿真

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农业装备与车辆工程 2023年第10期61卷 38-41页

作者：吴朝阳谢占山南通大学杏林学院江苏省南通市226019 南通大学机械工程学院江苏省南通市226019

为提高履带机器人在复杂环境下的可靠性和稳定性,以履带机器人为研究对象,首先考虑行走装置的最大越障高度及最大跨越壕沟宽度,对履带机器人进行结构设计;其次,基于RecurDyn建立履带机器人的动力学模型;最后进行机器人越障仿真分析。仿... 详细信息

为提高履带机器人在复杂环境下的可靠性和稳定性,以履带机器人为研究对象,首先考虑行走装置的最大越障高度及最大跨越壕沟宽度,对履带机器人进行结构设计;其次,基于RecurDyn建立履带机器人的动力学模型;最后进行机器人越障仿真分析。仿真结果表明:在3.0~5.5 s时,弹簧所受的压力增大,主要原因是抵抗越障时所受到的冲击力;重心方向的加速度只有在越障时会突然变大,其它时刻都保持良好的稳定性;障碍高度为350 mm左右时履带机器人具有良好的越障性能。

关键词： RecurDyn 动力学仿真履带机器人