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一种轮足式爬楼梯机器人的倾翻稳定性研究

南京理工大学学报 2015年第6期39卷 643-649页

作者：刘娟秀吴益飞郭健陈庆伟南京理工大学自动化学院江苏南京210094

为研究载人机器人的倾翻稳定性,针对一种新型轮足式爬楼梯机器人,提出了分析方法。考虑爬楼梯机器人具有人机交互的特殊性,将地形和人体坐姿对机器人的影响等效为干扰力和干扰力矩,结合力-角度量法和稳定锥方法计算机器人的动态稳定性... 详细信息

为研究载人机器人的倾翻稳定性,针对一种新型轮足式爬楼梯机器人,提出了分析方法。考虑爬楼梯机器人具有人机交互的特殊性,将地形和人体坐姿对机器人的影响等效为干扰力和干扰力矩,结合力-角度量法和稳定锥方法计算机器人的动态稳定性指数。分析了机器人爬楼梯过程的动态稳定性并进行仿真,同时仿真比较了机器人的四种构型在440 N的干扰力和135 N·m干扰力矩作用下的抗倾翻性能。仿真结果表明了该轮足式爬楼梯机器人在运动过程中具有较好的稳定性。

关键词：爬楼梯机器人载人机器人倾翻稳定性轮足式机器人地形人体坐姿干扰力干扰力矩力-角度量法稳定锥方法

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基于ADAMS的爬楼梯机器人动力学仿真

机床与液压 2010年第23期38卷 114-116,121页

作者：刘祚时童俊华庄子宝苏茶旺江西理工大学江西赣州341000

应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS,建立轮组结构爬楼机器人的虚拟样机模型,对爬楼机器人爬楼过程中的功率变化进行动力学仿真分析。结果表明:在上、下楼的过程中,后轮组、前轮组分别承受大的力矩、输出大的功率。为机器人系统的设... 详细信息

应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS,建立轮组结构爬楼机器人的虚拟样机模型,对爬楼机器人爬楼过程中的功率变化进行动力学仿真分析。结果表明:在上、下楼的过程中,后轮组、前轮组分别承受大的力矩、输出大的功率。为机器人系统的设计、制造和模拟运动作业提供理论依据。

关键词： ADAMS仿真爬楼梯机器人动力学

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基于五轮移动载人爬楼梯机器人的技术研究

基于五轮移动载人爬楼梯机器人的技术研究

作者：程伟武汉工程大学

学位级别：硕士

伴随中国经济体系的快速成长,高层建筑的数量存在显著的提升,上下楼活动采用的代步电梯,大部分属于实际对角线长度仅有2米左右的窄小种类。对于需要长时间卧床静养的重症以及突发疾病问题,类似于心梗病患等患者,医院提出需要以卧姿的状... 详细信息

伴随中国经济体系的快速成长,高层建筑的数量存在显著的提升,上下楼活动采用的代步电梯,大部分属于实际对角线长度仅有2米左右的窄小种类。对于需要长时间卧床静养的重症以及突发疾病问题,类似于心梗病患等患者,医院提出需要以卧姿的状态运输到医院,而现有的高层住宅大量的电梯无法实现医疗担架的运输功能,使得很多情形中病患若想要以卧姿的方式下楼,仅可通过步行梯抬运来解决。运送环节中或许存在下滑的问题,尽管多数担架具备配套的安全带,但是存在哮喘、心衰等问题的病患不得使用安全带。而平卧又需要静养的病患,在数10层或更高的楼层中完成搬运的难度极高。旧有的轮椅模式难以达到平路行驶以及稳定上下的效果,而当前的爬楼轮椅存在尺寸要求过于严格等问题。对于前述实际存在的问题,设计配套的爬楼梯轮椅机器人,依靠针对目前的爬楼梯设备的特征开展详细的对比论述,参照爬楼梯机器人实际的运动状况而设计对应的行走机构,同时参照行走机构的运动状况而判断对应的腿部结构,进行椅座以及辅助元件的设计活动,以前述的分析作为基础,对于设计开展运动学建模活动,依靠配套的建模活动而对于各方面的运动副的客观规律开展理论推导。随后利用Solid works等软件开展三维模型分析,依靠为其增添配套的约束以及驱动,从而实现运动学仿真的效果,进一步论证其实际的合理性,依靠所获得的数据曲线图而围绕机器人开展配套的分析工作。为后续的深入优化进行了有效的铺垫。在文章的分析过程中,着手设计了新的机器人设备,其能够负担一位成年男性的体重,同时可支持普通道路以及楼梯的稳定运行,也支持在救援环节中变化为担架。实际的设计工作以之前的分析成果为基础,依靠系统的对比论述,进一步设计了新的架构方案。依靠各个机构的有效协作,从而确保机器人可满足设计预期的灵活运动,保持水平的状态进行稳定的上下楼梯活动。参照病患的实际需求,其也可转变为担架的模式方便躺卧。课题设计的机器人在实际的楼梯活动过程中,具备良好的稳定性以及实用性,对提高行动不便老年人的生活有着深远的意义。现行服务机器人契合我国社会成长的客观需要,可以为更多的民众提供更为便捷以及理想的服务,同时为助老、助残活动设计新的处理措施。在一定程度上缓解人口老龄化带来的重大社会服务问题,对促进社会正常有序的协调发展有着极其深远的意义。

关键词：爬楼梯机器人结构设计运动轨迹规划运动学建模运动仿真

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一种轮组结构爬楼梯机器人的传动和结构设计

电子机械工程 2009年第6期25卷 48-51页

作者：刘祚时童俊华胡发焕江西理工大学江西赣州341000

针对楼梯结构的变性,研制了具有爬梯强适应能力的轮组机构。该机构保证机器人具有良好的机动性,能够在平地行驶、爬楼梯、跨越障碍等动作状态间很好的过渡转换。介绍了机器人的结构特点及其运动功能实现,并对机器人的传动结构布局、传... 详细信息

针对楼梯结构的变性,研制了具有爬梯强适应能力的轮组机构。该机构保证机器人具有良好的机动性,能够在平地行驶、爬楼梯、跨越障碍等动作状态间很好的过渡转换。介绍了机器人的结构特点及其运动功能实现,并对机器人的传动结构布局、传动实现、轮组设计等内容进行详细阐述。

关键词：爬楼梯机器人越障机构轮系

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四连杆爬楼梯机器人的改进和优化

机械工程师 2014年第7期 150-152页

作者：王佳佳唐雪梅何小龙西南科技大学智能机器人创新实践班四川绵阳621010

针对非结构环境楼梯对机器人的移动要求,提出了一种四连杆爬楼梯机器人,介绍了机器人结构特点,建立了机器人三维模型。应用虚拟样机软件ADAMS对四连杆爬楼梯机器人进行了越障和差速转弯仿真,分析了其越障构态的变化特点,并根据输出仿真... 详细信息

针对非结构环境楼梯对机器人的移动要求,提出了一种四连杆爬楼梯机器人,介绍了机器人结构特点,建立了机器人三维模型。应用虚拟样机软件ADAMS对四连杆爬楼梯机器人进行了越障和差速转弯仿真,分析了其越障构态的变化特点,并根据输出仿真特性曲线对机器人进行了改进和优化,实物试验,验证了改进和优化方法的正确性。

关键词：四连杆爬楼梯机器人 ADAM S改进和优化

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两轮摆锤式自调心爬楼梯机器人设计与试验

两轮摆锤式自调心爬楼梯机器人设计与试验

作者：杨文哲杭州电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,移动机器人产业发展迅猛。移动机器人在物流配送、迎宾迎客、安防巡检等多个领域以及抗击新冠肺炎疫情中崭露头角,显露出其广阔的市场前景。然而,以楼梯为代表的障碍,严重制约机器人在多楼层楼宇等非结构化环境中的应用。本文从... 详细信息

近年来,移动机器人产业发展迅猛。移动机器人在物流配送、迎宾迎客、安防巡检等多个领域以及抗击新冠肺炎疫情中崭露头角,显露出其广阔的市场前景。然而,以楼梯为代表的障碍,严重制约机器人在多楼层楼宇等非结构化环境中的应用。本文从移动机器人爬楼梯能力不足的痛点出发,针对当前各种不同构型的移动机器人在爬楼梯过程中的问题和需求,设计出一种能够自主攀爬不同尺寸和形态的楼梯的两轮摆锤式自调心爬楼梯机器人,对爬楼梯机器人的机械结构、运动步态,运动学和动力学模型等关键问题进行研究,并在斜坡、不同种类的楼梯以及多楼层环境内对机器人进行试验。本文主要研究内容和取得成果如下:(1)通过对国内外爬楼梯机器人不同方案的分析和研究,设计了两轮摆锤式自调心爬楼梯机器人“2R”构型。机器人通过利用爬楼梯和走平地中的受力不同,自主调节重心位置,并在每级楼梯进行“复位”动作修正误差,从而完成自适应循环爬楼梯动作。(2)针对基础“2R”构型爬楼梯高度不足的问题,详细分析了该型机器人爬楼梯的原理及临界状态,从而对该构型的不足进行针对性改进,设计出爬楼梯机器人的“4R+2P”构型及“靠抬放收”四步循环爬楼梯步态。(3)针对机器人对爬楼梯、爬斜坡等性能指标,结合机器人的机构和爬楼梯运动过程,深入研究了机器人打滑、翻倒、复位、越障四种状态的临界条件,建立了约束方程组,并制定了机器人的各项性能参数。(4)对机器人的爬楼梯运动规律进行了深入研究,利用D-H建模法和拉格朗日方程法建立了机器人的运动学和动力学模型,并以此为基础,结合机器人爬楼梯过程的特点,利用ADAMS动力学仿真软件进行“靠抬放收”爬楼梯步态的动力学仿真实验,并以仿真结果为基础对运动控制器进行了相应改进。(5)以前文为理论指导搭建出机器人的工程样机,并进行了斜坡攀爬、直楼梯和旋转楼梯攀爬、下楼梯、稳定性和多楼层自主导航试验。试验结果表明该型机器人能够在不检测外界环境的条件下自主完成上下不同尺寸和形态的楼梯且运动过程安全稳定,并能够结合导航系统,在楼宇环境内完成自主导航任务。

关键词：爬楼梯机器人两轮摆锤式机构爬楼梯步态多楼层自主导航试验

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爬楼梯载人轮椅机器人技术研究

爬楼梯载人轮椅机器人技术研究

作者：巩喜然河北联合大学

学位级别：硕士

随着经济的发展中国高层建筑逐渐增多，中国人口老龄化形势则依然严峻，老年人及残障人士行动极为不便利致使轮椅在该人群中起着不可替代的作用。同样在遭遇突发病情时，窄小型的电梯间给抢救运输病人过程带来诸多不便，甚至危及生命。... 详细信息

随着经济的发展中国高层建筑逐渐增多，中国人口老龄化形势则依然严峻，老年人及残障人士行动极为不便利致使轮椅在该人群中起着不可替代的作用。同样在遭遇突发病情时，窄小型的电梯间给抢救运输病人过程带来诸多不便，甚至危及生命。针对上述问题，提出一种爬楼梯载人轮椅机器人，通过对现有爬楼梯机构的特点进行了对比分析，同时考虑到本次设计的目的要求，选取行星轮机构作为本设计的移动机构，该机构同时满足了平路上行走及上下楼梯的设计要求。本设计将行星轮、并联机构和可变形座椅相结合，研制出一种即可在平路上行走，又可以平稳上、下楼梯同时可变形为担架并安置在救护车上的爬楼梯载人轮椅机器人。根据爬楼梯载人轮椅机器人的运动情况对其行走机构进行设计，并根据其行走机构爬楼梯运动状态确定其腿机构的设计方案、椅座机构及辅助机构的设计方案，在此基础上，对该机器人在爬楼梯过程进行了数学建模，通过运动学建模对各运动副的运动规律进行了理论推导。然后通过Pro/e对该机构进行三维建模并将三维模型导入到Adams仿真软件中,通过对其添加约束及驱动之后，对机构进行运动学仿真，从而验证其合理性，通过得出的数据曲线图对该机器人进行分析。为以后的继续优化奠定了基础。课题提出的爬楼梯载人轮椅机器人在上下楼梯过程中运动平稳，实用性强，对重症病人的生活及抢救效率的提高有着深远的意义。

关键词：爬楼梯机器人结构设计运动学建模运动仿真

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基于单片机控制的爬楼梯机器人设计研究

轻工科技 2019年第7期35卷 84-86页

作者：申耀武郭力生林震毕沛锋广州南洋理工职业学院

本文设计的爬楼梯机器人,使传统机器人在手动操作的基础上,能够根据程序的改变而自动判断前方是否有障碍物,实现爬楼梯的功能,其具有的多种控制模式,可满足用户的不同需求。

关键词：爬楼梯机器人自动控制手动控制

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一种基于螺旋副的爬楼梯机器人设计

电子世界 2018年第2期 126-127页

作者：谭昊轩长沙市周南中学

移动机器人近来受到了越来越多的关注,而楼梯作为日常生活中很常见的一种障碍,顺利攀爬楼梯的能力对于机器人的移动性能具有重要意义。本文即针对移动机器人攀爬楼梯这一功能需求,结合螺旋副运动原理,将移动机器人划分为三个模块,通过... 详细信息

移动机器人近来受到了越来越多的关注,而楼梯作为日常生活中很常见的一种障碍,顺利攀爬楼梯的能力对于机器人的移动性能具有重要意义。本文即针对移动机器人攀爬楼梯这一功能需求,结合螺旋副运动原理,将移动机器人划分为三个模块,通过螺旋副使之连接,并通过螺旋副的运动使得机器人能够实现攀爬楼梯的功能。所设计的机器人结构简单、并具有可扩展性,并且可以适应不同宽度的楼梯。

关键词：爬楼梯机器人螺旋副模块化可扩展