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铰接式串联八轮机器人越障机理研究

机械科学与技术 2018年第11期37卷 1650-1655页

作者：任常吉贺继林周烜亦中南大学高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083

针对轮式机动平台在非结构化环境的工程需求,首创了一种主被动联合越障的铰接串联八轮机器人。机器人包括两台对称车体,由液压铰接机构连接,控制液压缸行程和刚柔状态切换,可以实现机器人位姿变换,适应地面障碍。建立了机器人质心运动模... 详细信息

针对轮式机动平台在非结构化环境的工程需求,首创了一种主被动联合越障的铰接串联八轮机器人。机器人包括两台对称车体,由液压铰接机构连接,控制液压缸行程和刚柔状态切换,可以实现机器人位姿变换,适应地面障碍。建立了机器人质心运动模型,分析了机器人在垂直墙、壕沟的越障机理,在ADAMS进行越障性能仿真,并进行了样机实验。研究表明,该八轮机器人可攀爬高度为1.5倍轮径的垂直墙,通过宽度为1.5倍轴距的壕沟,具有良好的非结构化障碍通过性能。

关键词：铰接串联八轮机器人越障机理质心运动垂直障碍壕沟

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危险源探测与救援机器人机构设计与运动研究

危险源探测与救援机器人机构设计与运动研究

作者：卜泽昊华北科技学院

学位级别：硕士

面对各类安全事故多发的状况,探测救援机器人的研究可以为救援行动开展提供新的技术手段,分析了事故现场地形特征与传统信息搜集方式的不足,由于现阶段救援机器人结构复杂、维护成本高而无法大量应用于现场。设计一款能替代人进入危险... 详细信息

面对各类安全事故多发的状况,探测救援机器人的研究可以为救援行动开展提供新的技术手段,分析了事故现场地形特征与传统信息搜集方式的不足,由于现阶段救援机器人结构复杂、维护成本高而无法大量应用于现场。设计一款能替代人进入危险环境的移动机器人搜集现场数据辅助救援,其移动机构良好的运动性能保障救援机器人可为救援行动提供更多关键的数据。本文主要对履带式机器人的移动机构进行改良设计,分析传统摆臂式机器人摆臂与从动轮同轴设计造成功能冗余,摆臂前置设计的履带机器人同样可以实现障碍物的爬越、转向、跨越沟壑等功能,基于障碍地形分析机构参数影响关系,并确定了改进设计的机器人结构尺寸和性能指标,并在SolidWorks对车体进行建模。在运动学分析中建立了机器人在爬越凸台时关键位姿的模型,分析爬上凸台的质心水平和高度运动模型,优化质心越障模型并在MATLAB中得到理论的可行区域与越障高度;建立转向运动模型,分析左右两侧速度对转向半径的影响,建立机器人广义坐标与左右驱动轮角速度关系,便于对机器人进行轨迹追踪实验;建立了正、侧向斜坡机器人运动的物理约束与几何约束,并在MATLAB中得到爬坡角度与摩擦系数的关系;建立跨越沟壑模型,并针对不同深度和宽度地形确定了决策条件和越障机理。基于拉格朗日动力学方程,以机器人爬越凸台的位姿建立类R-R机构的广义力模型,根据广义速度建立机器人动力学的拉格朗日方程,并求取了广义力为机器人的仿真控制中驱动函数、接触力的设置提供理论基础。最后在Adams仿真中验证了摆臂前置的救援机器人与传统摆臂同轴的救援机器人一样具有跨越凸台、上下坡、转向、跨越沟壑的运动能力,取得越障过程相应参数的变化曲线;并针对每种仿真地形设计参数对话框提高仿真实验效率,通过控制变量方法进行多组实验,验证运动学分析中不同因素对越障性能影响的越障机理,为机构的优化设计提供实验依据。

关键词：救援机器人机构设计越障机理动力学分析 Adams仿真

携带机械臂的履带救援机器人设计与仿真实验研究

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携带机械臂的履带救援机器人设计与仿真实验研究

作者：孙霖哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

生活中各种自然灾害、事故容易使人们的生命财产遭受严重损失。而救援机器人的出现能在一定程度上减小该损失。由于灾后现场的复杂性和不可预测性,大多数救援机器人在救援行动中只能完成某一类特定任务,灾害救援行动的快速性和全面性难... 详细信息

生活中各种自然灾害、事故容易使人们的生命财产遭受严重损失。而救援机器人的出现能在一定程度上减小该损失。由于灾后现场的复杂性和不可预测性,大多数救援机器人在救援行动中只能完成某一类特定任务,灾害救援行动的快速性和全面性难以进一步提高。因此,研究一款适应能力强的多任务救援机器人显得尤为重要。本文基于城市灾害救援的背景,设计了一款携带机械臂的履带救援机器人,完成了复杂环境通过、机械臂操作、现场探测、自主导航以及伤员运输等五项任务,整体上满足了复杂救援行动的需求。首先,针对所拟定的救援行动中机器人需要完成的五项任务,设计了一款携带机械臂的履带救援机器人。该机器人包括双摆臂履带底盘、质心调整平台、具有柔性关节的四自由度机械臂、载人平台以及传感器系统。双摆臂履带底盘有较强的越障能力,通过将摆臂附着在障碍物上来帮助底盘攀爬障碍。质心调整平台通过平行四连杆机构前后移动来调整机器人整机质心位置,使机器人障碍通过能力进一步增强。安装在平台上的四自由度机械臂可执行清理障碍物、操作阀门、开关房门等工作。在机械臂的腕上设计了被动柔性关节,可增加机械臂操作的灵活性。载人平台使机器人具有运送伤员的能力。机器人携带普通相机、红外热成像相机、激光雷达、深度相机等传感器完成现场探测和自主导航任务。然后,对履带救援机器人的履带底盘和机械臂进行了运动分析。通过分析机器人的质心与不同障碍物关键边缘的位置关系,进行了履带底盘在不同障碍场景下越障机理的研究,得到双摆臂履带底盘在各类障碍下的理论越障极限:最大纵向攀爬斜坡角度为75.9°,最大横向斜坡行驶角度为64.3°,最大攀爬台阶高度为433mm,最大跨越壕沟宽度为703mm,能够爬上符合国家标准的楼梯。建立了机械臂运动学模型,分析其工作空间,并以旋转阀门扳手为场景对机械臂各关节轨迹进行了规划,评价了柔性关节的被动柔顺效果。接下来,进行了携带机械臂的履带救援机器人的动力学仿真实验。对履带底盘进行了动力学仿真,包括平地直行、平地转向、攀爬斜坡、攀爬台阶、攀爬楼梯、跨越壕沟、运送伤员等工况,分析了履带底盘在不同工况下的运动特点,验证了履带底盘的障碍通过能力,并对其动力系统参数进行了校核。最后,完成了携带机械臂的履带救援机器人的整车操作任务仿真。设置了搬运物体越过随机路面以及铺设板件通过壕沟两项任务,验证了救援机器人的操作能力和复杂任务处理能力,并对其在实际应用中的效果进行了分析。

关键词：救援机器人摆臂履带底盘质心调整越障机理动力学仿真

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爬壁机器人移动机构越障功能研究

应用科学学报 2001年第1期19卷 40-43页

作者：谈士力张海洪龚振邦上海大学机械电子工程学院特种机器人应用技术研究室上海200072

提出了用于壁面清洗作业爬壁机器人的可越障轮式全方位移动机构 ,该机构保证机器人在保持机体方位不变的前提下 ,沿壁面任意方向移动或在原地旋转任意角度。

关键词：全方位移动机构爬壁机器人越障机构壁面清洗作业越障机理移动机理

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双臂型井下巡检机器人的设计

双臂型井下巡检机器人的设计

作者：王智慧安徽理工大学

学位级别：硕士

煤炭开采过程中自然条件较复杂,地质环境恶劣,路面窄而不平,多有断层,路面坡度大,多积水,多碎石等,人工巡检强度大;另外井下可能发生的矿井灾害,影响矿工生命安全问题。因此,需要研发一种井下巡检机器人,代替人工执行井下巡检清障任务,... 详细信息

煤炭开采过程中自然条件较复杂,地质环境恶劣,路面窄而不平,多有断层,路面坡度大,多积水,多碎石等,人工巡检强度大;另外井下可能发生的矿井灾害,影响矿工生命安全问题。因此,需要研发一种井下巡检机器人,代替人工执行井下巡检清障任务,降低巡检与清障作业劳动强度,保障井下安全作业安全。首先,基于TRIZ理论对单臂巡检机器人方案存在的问题进行九屏幕分析、系统组件分析、因果轴分析,找到问题存在的根本原因,通过技术矛盾、物理矛盾与物场分析提供解决方案,最后对方案进行综合与评价,提出双臂型井下巡检机器人的设计,并对巡检机器人的关键部分进行结构设计及强度校核,确定巡检机器人驱动系统方案及选型。浮动式悬挂装置的创新设计能够实现移动底盘的上下浮动,增强了移动底盘对复杂路面的适应能力。其次,对巡检机器人进行运动特性分析。建立机器人整机质心位置分布函数,研究巡检机器人在不同工况下的越障机理,得到理论上的越障极限:最大台阶越障高度25.96cm,最大纵向爬坡角度47.62°,最大横向爬坡角度55.75°,最大跨沟宽度472.44mm。建立双臂运动学模型,验证正运动学求解结果,分析腰部固定与腰部转动下双臂的工作空间,以剪缆线为背景对双臂各关节进行轨迹规划。然后,运用ADAMS动力学仿真软件,建立巡检机器人虚拟样机,对浮动式移动盘进行台阶越障、爬坡、固定半径转向、跨沟及坑洼路面等动力学仿真,详细分析移动底盘在各工况下运动特性,验证了浮动式移动底盘设计的合理性。对双臂进行动力学仿真,分析双臂以剪裁缆线为背景下的各关节力矩变化情况,为双臂运动控制提供理论基础。最后,对设计的浮动式移动底盘样机进行多种路况行走试验,分析盘座及前中后三轮轮心的运动轨迹,得出浮动式移动底盘能够适应各种复杂路况,验证了浮动式移动底盘结构设计的合理性,能为其所搭载的精密仪器提供良好作业条件。图[103]表[11]参[90]

关键词：井下巡检机器人 TRIZ 越障机理运动学动力学

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具有差动机构的履带式机器人设计与分析

内蒙古农业大学学报（自然科学版） 2017年第3期38卷 71-75页

作者：崔金涛全伟才朝阳师范高等专科学校信息工程系朝阳122000 湖南科技大学机电工程学院湘潭411201

研制了一种具有差动机构的四履带双摇臂机器人,该机器人主体由单个直流电机驱动,通过与电磁制动器的配合,实现前进、后退及转向动作,并且差速半轴输出的动力可同步分配至两摇臂,从而完成越障动作。同时,对机器人攀爬台阶时的越障机理进... 详细信息

研制了一种具有差动机构的四履带双摇臂机器人,该机器人主体由单个直流电机驱动,通过与电磁制动器的配合,实现前进、后退及转向动作,并且差速半轴输出的动力可同步分配至两摇臂,从而完成越障动作。同时,对机器人攀爬台阶时的越障机理进行了分析,通过建立机器人主体倾角α、摇臂仰角θ及越障高度H(θ,α)三者之间的关系,得到了最大越障高度的理论值,并通过对试验样机进行现场测试,将越障高度的实测值与理论值进行了对比分析。

关键词：履带机器人差动机构攀爬台阶越障机理