基于驱动轮同步转向机构的全向移动机器人

针对现有轮式全向移动机器人在工程实际应用中存在的同步转向能力差的问题，基于全向移动的轮式机构，设计了一种全向轮同步转向机构，以实现一个步进电机控制4个驱动轮同步转向。分析该转向机构的工作机理，并将该转向机构应用于全向移动机器人，在此基础上研制出一款主要应用于食品厂材料搬运工作的产品样机。通过对机器人进行运动学分析，得到了输入转速与机器人运动速度之间的关系，验证了该机器人的全向移动功能，降低了轮式全向移动机器人控制难度。研究实现了机器人高速度、高精度、高稳定性全向移动。     

基于椭圆形成原理的可变形机器人结构研究

针对可变形机器人在非结构化地形环境中作业能力低、环境适应性差等问题，设计了一种可变形履带式机器人行走机构。 在机器人履带张紧机构的设计中应用了椭圆形成原理；机器人模型中采用了双椭圆摆臂回转机构；为了增大与地面的接触面积，提高复杂环境下作业能力及稳定 性，该可变形移动机器人采用4节履带构型。该移动机器人兼具有腿式移动机构和履带式移动机构的特性，能在恶劣环境中进行物品运输、搬运负载和执行特种 任务等作业。应用结果表明该行走机构不仅具有安全可靠、环境适应性强等特点，且具备一定的越障性能和机动性能。该行走机构能提高运输效率，节约人力和 财力。     

基于2UU UPU并联机构的4足机器人设计

针对串联4足机器人负载能力低及由误差累积导致的控制精度低的问题，课题组采用2UU UPU并联机构作为4足机器人大腿基本构型，并在动平台上添加一长杆作为小腿结构设计了新型4足机器人。首先基于修正的Kutabach Grübler公式计算单腿机构的自由度并进行验证；其次利用几何关系求解该结构的逆解表达式；然后基于结构的约束条件，借助MATLAB软件求得该并联机构的工作空间；接着在SolidWorks中建立4足机器人的三维模型；最后进行4足机器人的步态规划和仿真分析。结果表明：该机构工作空间大，运动平稳，控制方便，适合作为4足机器人腿部结构。该研究在工程上有一定的实用性。     

一种新型服务机器人的设计与分析

随着老龄化社会的到来和机器人技术的发展，服务机器人成为了机器人领域的研究热点之一。以提高服务的舒适性为切入点，设了一款新型服务机器人并对其机械臂轨迹规划进行了研究。首先，结合轮式与足式的优点，设计了一种新型轮足式的服务机器人底盘，并且采用麦克纳姆轮进一步提高服务机器人的运动性能；其次，以人臂为参考对象，确定了服务机器人机械臂的自由度，并建立了服务机器人整体三维模型；最后，在MATLAB中建立机械臂模型，分析了其直线插补运动与曲线插补运动。仿真实验表明，机械臂运动时各关节的角位移、角速度和角加速度都是光滑、无跳变现象，即所设计的机械臂无论是做直线运动还是曲线运动都能够平稳的工作。     

单自由度弹跳机构的跳跃稳定性研究

为探究弹跳机器人的起跳稳定性，课题组从机构设计的角度出发，根据蝗虫的腿部结构，提出了一种单自由度6杆弹跳腿机构。以Stephenson Ⅱ型6杆机构为弹跳腿，首先利用闭环矢量方程法进行运动学分析，确定弹跳腿机构的运动学稳定性满足弹跳机器人的起跳需求；然后，对6杆弹跳腿机构的起跳阶段进行分析，确定弹跳机构在起跳时的起跳角度，并通过多约束条件的数学方法确定弹跳机构的杆件尺寸；而后，对弹跳机构的动态稳定性分析，确定机构的质心位置和总惯性矩，确保起跳过程不发生翻转，总惯性矩的变化越小，弹跳腿机构动态稳定性越好；最后，进行实例验证，用MATLAB中Fmincon函数对实例进行求解。结果表明此单自由度弹跳腿机构设计具有良好的弹跳稳定性。     

立面三维可越障清洁机器人系统

针对目前立面清洁机器人壁面吸附能力与越障能力不足的缺点，课题组设计了一种基于4旋翼无人机技术的立面三维可越障清洁机器人机械系统。针对外墙清洁机器人的运动策略及越障策略，采用旋翼吸附的原理，设计了机器人系统结构及机器人本体结构组成；采用无人机技术和升降系统的设计，实现了机器人本体6自由度方向的运动能力；采用无人机技术和履带式行星轮，实现了机器人的越障功能。进行了样机实验，结果表明该机器人具备运动与越障的可行性和平稳性。     

单腿三维跳跃机器人动力学建模及控制

在三维环境中实现连续、稳定和准确地跳跃是单腿跳跃机器人的研究难点，课题组设计了一种质心可准确抵达三维空间中目标位置点的单腿跳跃机器人。基于弹簧加载倒立摆(SLIP)动力学模型，实现了对机器人起跳速度的控制，使可控连续跳跃成为可能；基于反作用轮倒立摆(RWP)动力学模型和角动量守恒定律，实现了在3个惯性尾辅助下的三维姿态实时控制；集成SLIP模型，RWP模型和课题组提出的落地后转向策略，设计了机器人质心可精确到达预期三维目标点的连续跳跃算法。仿真结果表明：该单腿跳跃机器人可实现在三维环境中的连续、稳定和准确跳跃，从而验证了课题组提出的三维跳跃动力学模型及其控制算法的可行性。     

可调足式机器人腿部机构设计

为实现腿部机构足端轨迹多样化以增强足式机器人地面适应性，同时提高其运动稳定性，课题组基于曲柄摇杆和曲柄滑块机构设计了一种可调整足式机器人腿部机构。采用解析法对该机构进行了运动学分析，建立了以理想的足端轨迹为设计要求的单目标优化模型，考虑了腿部机构运动过程中的平稳性，引入了速度波动指标，以轨迹 速度为设计目标，采用NSGA Ⅱ多目标优化方法对机构进行优化，对优化结果进行了对比分析；基于多目标优化结果建立了腿部机构的足端轨迹库，并进行腿部机构多步态分析；以该腿部机构构建4足机器人三维模型，运用ADAMS对整机进行运动仿真。研究结果表明：多目标优化比单目标优化的轨迹误差增大了0.16%，而速度波动降低了5.84%；多目标优化与已有相关研究相比，速度波动幅值降低了25.44 mm/s。4足机器人三维模型仿真结果验证了可调整腿部机构的设计具有可行性。     

新型履带式管道机器人变径机构动力学分析与仿真

为提高履带式管道机器人的驱动效率与管道适应性,基于升降机式与滚珠丝杠螺母副式变径机构,提出了一种滚珠丝杠螺母副三角升降式变径机构。设计了变径机构并阐述了其工作原理。通过对变径机构动力学分析与基于虚功原理的驱动特性分析,确定影响驱动电机输出转矩大小的主要参数。利用多体动力学仿真软件ADAMS建立一组变径机构模型并对其进行了动力学仿真分析。仿真结果表明了电机输出转矩与支撑角间的变化关系,为选取合适的电机转矩与支撑角变化范围提供了理论依据。     

可变形履带式机器人行走机构设计及运动仿真

针对移动机器人在非结构化地形环境中负载能力低、运动稳定性较差的问题,设计了一种可变形履带式机器人行走机构。该机器人采用4节履带构型,有效地增加了与地面的接触面积,从而提高了其运动稳定性。将椭圆形成原理应用于履带张紧机构的设计当中,采用双椭圆摆臂回转机构,设计可变形履带机器人模型。为了描绘机器人的越障性能,从运动学的角度分析了机器人在爬越台阶和跨越沟壑2种典型障碍的运动过程,并得出相应的越障极限参数。利用Adams建立仿真模型,对机器人的虚拟样机进行了动力学分析。仿真分析表明机器人能够翻越200 mm高的台阶和300 mm宽的障碍,并得出驱动机器人运动的力矩曲线图。本研究为后续改进及优化研究提供了参考。