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。     

轮腿可变式移动机器人的结构设计

针对移动机器人在复杂多变环境下执行搜救侦察任务时机动性、越障性存在的不足，课题组提出了一种新型轮腿可变式移动机器人的设计方案。课题组通过对变径机构的设计使得机器人可以实现轮式和轮腿式2种工作模式的自如变换；采用修正的Kutzbach Grubler公式对变径机构自由度进行了分析；利用速度瞬心法对移动机器人以轮式模式工作时进行运动学求解；利用拉格朗日法建立了移动机器人的动力学模型；最后通过ADAMS软件对移动机器人进行仿真实验分析。研究结果表明：该机器人整机结构设计合理，运动平稳，具有较强的机动性与地形适应性。该研究弥补了单一运动模式的机器人在地形适应能力上的不足。     

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。     

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。     

基于视觉传感的路障自收放控制方法实现

高速公路路障摆放与回收是高危作业,为减少公路上交通事故的发生,课题组设计并开发了基于Arduino和Pixy CMUcam5视觉传感器的路障自收放机器人系统,由移动机器人平台搭载手爪自由移动来实现路障的合理摆放与收回。通过移动平台上路障收放装置的合理设计,并通过网络控制接口与机器人平台上的图像采集与识别模块实现通信,将视觉传感器捕捉到的路障的三维空间位置信息传送给微处理器,控制移动机器人移动定位,手爪配合实现路障收放。该路障自收放系统具有很强的实用性,可实现路障摆放和回收无人操作。该设计可提高公路作业的安全性,有一定的推广意义。     

投篮机器人行走机构的设计与研究

分析了行走机器人常见的行走机构,并针对机器人在行走过程中需要跨越障碍物的要求,提出了一种有特色的投篮机器人行走机构,介绍了该种行走机构的设计思想和运动原理,并从理论上探讨了该行走机器人的运动分析、运动规划及运动误差等问题,具有上述结构的行走机器人改进后有较好的应用前景。     

麦克纳姆履带式爬壁机器人磁吸附单元结构设计与仿真

为了解决履带式磁吸附爬壁机器人负载能力和运动灵活性之间的矛盾问题,结合Halbach永磁铁阵列的优势与麦克纳姆轮的灵活性,提出麦克纳姆履带式爬壁机器人的概念,并设计了安装于履带链节上且磁吸附力可调的新型磁吸附单元。首先,介绍磁吸附单元的结构和原理;然后,运用Ansoft Maxwell软件对磁吸附单元进行仿真,通过与传统Halbach磁吸附单元对比分析,结果表明,麦克纳姆履带式Halbach磁吸附单元结构在脱离工作表面时最大最小磁吸附力比值大,使得磁吸附单元便于与壁面脱离;最后,运用ADAMS软件进行磁吸附单元动力学仿真,得到该过程磁吸附力变化曲线图和驱动电机输出扭矩变化曲线图。仿真结果验证了采用麦克纳姆履带式Halbach磁吸附单元的履带式爬壁机器人运动更平稳,灵活性更高,电机消耗功率更少。     

多功能模块化居家整理机器人的结构设计

为了实现日常居住环境的智能化，课题组设计了一款基于语音识别和移动端APP控制的多功能模块化居家整理机器人。采用树莓派处理信息、下达指令，利用单片机控制的摄像头对物品进行识别，通过超声波和红外线2种测距模块实现机器人整体避障和循迹，由搭载的6轴机械臂及配套机械爪对物品进行抓取与整理。设计了该机器人的机械爪模块、升降转台、清洁模块、万向移动底盘和摩天轮置物台等结构。实物样机运行结果表明：该机器人能够有效抓取不同形状的物品，使用过程自动化程度高，环境适应性强，整理与搬运效率高。     

基于动力学系统方法的自主移动机器人行为设计

提出了动态障碍物环境下基于动力学系统方法的移动机器人行为设计。在行为动力学模型中考虑障碍物运动速度和运动方向,使得移动机器人具有根据移动障碍物的运动而调整自身线速度和角速度的能力,实现自主避障。用碰撞时间和碰撞角度描述的碰撞区域作为对移动机器人运动的约束,这样可消除无谓的避障运动。仿真结果表明所提出的设计方法能有效地改善动态环境下的移动机器人自主导航能力和工作效率。     

采用模糊逻辑的移动机器人轨迹跟踪

针对差动轮驱动的移动机器人动力学的高度非线性和运动环境的不确定性,提出了基于模糊逻辑的移动机器人路径跟踪控制方法。该方法通过合理选择模糊控制器的参数和优化规则库,使其输出合适的线速度和角速度,从而控制移动机器人准确地跟踪预规划的路径。提出了两轮差动式移动机器人的动力学模型,使得该模糊控制器对不同几何参数的差动式机器人具有普遍的适应性。在实际场地试验和亚太机器人大赛中验证该方法的有效性。