3腔道仿生软体爬行机器人设计

为了改善软体机器人复杂的结构和繁琐的控制系统，课题组设计了一种气压驱动仿生软体爬行机器人，由3腔道外波纹式软体驱动器和前后卡脚组成。根据驱动器各个气腔内部气压产生不同方向的弯曲变形，实现了爬行机器人前进、转向和抬头等仿蠕虫运动；同时，基于虚功原理和Yeoh模型搭建了非线性数学预测模型。为验证预测模型的准确性，设计了有限元仿真分析和实体样机试验，将所得数据与数学模型预测值进行对比，结果表明非线性数学预测模型具有有效性。本研究提出了结构更简洁、弯曲更灵活、力学性能更好的3腔道仿生软体爬行机器人，建立的数学预测模型能够较为准确地预测3腔道软体驱动器在不同气压下弯曲步幅的大小。     

新型六自由度铆孔机器人刚度特性研究

针对高端制造业对大型、薄壁及复杂曲面工件的精密、高效和柔性加工的需求，课题组设计了一种基于6 SPU并联机构的 新型步行式铆孔机器人。首先，建立了机构的位置逆解的数学模型；然后，通过螺旋理论推导出机构的雅可比矩阵，同时考虑支链的刚度系数，建立了机构的全 刚度矩阵及刚度模型；最后，对机构在静载荷作用下动平台变形进行了分析，同时分析了机构的刚度特性分布及相关参数对其的影响，并和有限元仿真结果进行 对比，验证了刚度模型的合理性。该研究为自动铆接机器人的结构优化及性能分析提供了参考依据。     

VB在材料力学梁弯曲问题计算中的应用

通常情况下材料力学中关于梁弯曲问题的计算过程非常复杂和繁琐,要想通过手算快速、准确地得到理论解是不现实的.该文基于材料力学梁弯曲的叠加原理,对承受多个不同类型载荷作用下变截面梁建立了一种通用力学模型,得出梁任一截面的弯矩方程.通过对弯矩方程的积分,得到梁上任意截面的转角和挠度变形的叠加方程.采用VB技术对材料力学中梁弯曲问题进行计算,开发出一款软件——受多个不同类型载荷作用下的变截面梁弯曲问题力学求解器.通过该软件可实现变截面梁弯曲问题分析,计算过程高效快捷,计算结果准确.     

多移动机器人3阶段解耦路径规划

针对多移动机器人集群在路径决策时任务执行时间过长、容易陷入死锁等问题，课题组提出了一种3阶段解耦路径规划方法。利用栅格法建立二维环境模型，首先以传统蚁群算法为基础，引入参数自适应机制和路径指引函数，提高算法的收敛速度；其次将多机器人集群路径规划分为3个阶段，提前预判出冲突路段，减少机器人的等待时间和绕行距离；最后利用MATLAB软件进行仿真实验。仿真结果表明：使用改进后的蚁群算法进行路径规划最优路径长度减少了5.5%，算法的收敛速度提升了近50%；在不同的栅格环境下，可以有效地预测和消解多机器人间的冲突。该研究为多机器人的路径规划提供了一种新的方法。     

复合材料层合梁的几何非线性分析

用高阶剪切变形理论研究纤维增强复合材料层合梁的几休非一弯曲问题，采用的方法为有限单元法，其非线性控制方程用直接迭代法求解。本文给出了各种边界条件下对称与反对称铺层梁在均布横向载荷下的数值结果，与一阶剪切变形理论相比，给出更精确的挠度，且不需要对剪切刚度项进行约化积分，也不需引入剪切修正因子。     

服务机器人的双臂运动学仿真研究

目前服务机器人存在结构复杂、价格昂贵等问题，课题组设计了能满足日常服务的四自由度服务机器人的双臂。设计服务机器人双臂的主要结构：采用D H法建立各臂连杆的参考坐标系；求解了运动学的正逆解；利用MATLAB编程求解单臂的工作空间；利用MATLAB建立双臂运动仿真模型。空间轮廓运动仿真结果验证了正逆运动学求解的正确性。该双臂工作空间能满足日常服务需求。     

基于LM算法的机器人运动学标定

机器人参数估计与误差补偿的标定方法是提高机器人末端位置定位精度的重要手段。课题组建立UR3机器人DH参数运动学模型,基于机器人末端工作空间的出现频率概率分布确定机器人测量空间域;以激光跟踪仪测量空间域内的机器人末端位置,构造出机器人末端位置误差与几何参数集间最小二乘方程目标函数,利用自适应步长的LM(Levenberg Marquardt)算法对其进行迭代求解,进行参数估计得到几何参数标定值,以此修正机器人系统理论运动学模型结构参数集。最后对标定结果进行验证和分析,结果显示标定后最大误差降低了47.48%,平均误差降低了37.98%,均方根误差降低了40.40%,证明了该标定方法的有效性和可靠性。     

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。     

加固后并行钢板梁桥横向振动对平联杆件应力的影响

实测资料表明，上下行并行的钢板梁桥在采用“两桥连接”加固以后，平联杆件的弯曲变形和断裂现象急剧增多。为了分析产生这一问题的原因，采用ANSYS分析软件对40111上承式钢板梁建立了有限元模型，就横向振动与钢板梁在采用“两桥连接”加固以后平联杆件急剧出现的弯曲变形现象之间的关联性进行分析，计算出了加固前后平联杆件在不同横向振幅下的应力变化情况，分析得出“横向连接”加固是引起平联杆件大量出现弯曲变形现象的主要原因。     

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。