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。     

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。     

基于遗传模糊算法爬壁机器人避障仿真研究

为解决爬壁机器人壁面作业过程中的避障问题,课题组提出了基于遗传算法优化的模糊控制算法。首先,建立了爬壁机器人在壁面的运动模型,求解出机器人运动学方程;利用平面栅格的方式进行描述机器人运动路径的规划;采用遗传算法对爬壁机器人模糊避障控制进行优化,并给出具体优化步骤。利用MATLAB进行仿真实验,仿真结果表明：与遗传算法进行比较,基于遗传算法优化的模糊控制在准确避开障碍物的前提下,能够更好地跟踪起点和目标点的连线,并规划出从起始点到目标点之间更短的路径。     

基于TRIZ理论的六足机器人优化设计与研究

为了提高六足机器人平稳协调运动,本文针对当前六足机器人存在的矛盾冲突和承载能力进行分析.在研究TRIZ基本原理的基础上,发现当前载物六足机器人设计存在的问题,通过对机器人的机身结构进行优化设计,提高了六足机器人运行的稳定性与承载能力.同时在对六足机器人优化设计基础上,对多足机器人的发展方向提出可行性建议.     

四轴机器人控制系统设计

针对四轴机器人运动控制问题,设计开发了一套基于雷赛运动控制器和触摸屏的具有人机交互功能的四轴机器人运动控制 系统。首先采用改良D H法建立了机器人的运动学模型,并对机器人进行运动学分析,求得了机器人的正逆运动学的解。然后分析划分了机器人控制系统的功能 ,在运动控制器上开发了相应的参数设置模块、状态监测模块、文件管理模块和运动控制模块,并在触摸屏上设计了人机交互界面。最后通过分析机器人在空间 的直线运动,设计了机器人直线插补算法,并在运动控制器上开发了相应的插补运动模块。经实验验证,控制系统能够有效地对四轴机器人进行运动控制,且运 动过程平稳可靠。控制系统解决了四轴机器人的运动控制问题。     

越障机器人的设计与研究

系统地阐述了越障机器人的机构设计思想及运动原理；分析和探讨了遥控控制手段，控制电路及控制策略，该机器人机构设计巧妙，采用航模比例遥控器和PLC电路进行控制，具有结构紧凑可靠，操作简单，运动灵活等特点，在实践中得到了良好的验证。     

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。     

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。     

步行机器人静稳定跨越直立障碍能量分析

对四足步行机器人静稳定跨越直立障碍时的运动障碍的运动能量进行了分析，给出了能量分析模型，并节驱动功率推导以及跨越直立障碍的步态解析，考察了驱动能量与驱体运动姿态，步态参数，结构配置之间的关系。     

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。     

四轴冲压工业机器人建模与优化设计

以自主研发运用于冲压作业四轴工业机器人为研究对象,根据其性能和结构要求,确定该机器人结构的总体设计方案,运用三维建模软件完成机器人主要部件的三维实体建模及装配模型,并运用ANSYS分析软件完成对小臂、大臂的有限元静态分析及对大臂的拓扑优化,分析结果符合设计要求。     

悬挂式协作机器人设计与分析

针对老年人独处晾晒衣物困难的问题,基于人机协作的特点及要求,研究设计一种悬挂式协作机器人,其主要由机械臂和末端手爪等部件组成,机械臂由两关节构成,采用Matlab软件求解协作机器人的运动空间云图;基于指数积公式,求解悬挂协作机器人的运动学方程;依据机器人的工作流程,采用UG软件对其进行运动仿真分析,求解其位移和加速度随时间的变化规律;最后,采用PLC对其进行控制研究,获取机器人的控制信号,为协作机器人的设计研究提供一种理论基础。     

基于自适应模型预测的自主车辆避障控制研究

在无人驾驶车辆安全避障控制过程中,由于被控对象的非线性特性,线性模型预测控制器难以保证车辆避障系统的安全性及稳定性。以车辆二自由度运动学模型为基础,在已有感知障碍物信息的基础上,通过应用自适应模型预测控制理论,结合障碍物虚拟边界约束及车辆控制变量约束,设计了以节气门开度和方向盘转角为控制变量的线性时不变控制器,并在Simulink环境下与基于传统模型预测避障控制器进行比较。仿真结果表明:相较于模型预测控制,基于自适应模型预测控制理论设计的控制器能提高车辆避障安全性及舒适性。     

基于ADAMS的食道诊疗胶囊驱动机器人的动力学研究

为实现消化道类疾病检查中胶囊机器人的转动、前进等复合运动的驱动,课题组提出一种驱动食道诊疗胶囊的设计方案,用于控制食道诊疗胶囊在食道内的运动和定位。首先,利用UG软件建立驱动机器人三维数字化模型;其次,利用拉格朗日法建立驱动机器人的动力学模型;将三维模型导入ADAMS软件,根据设计要求添加运动约束;最后,通过ADAMS软件完成动力学建模与仿真分析,获得驱动机器人各关节的运动特征曲线,利用ADAMS仿真分析,验证了所设计的驱动机器人具有较好的动力学特性。建立的动力学方程为后续食道诊疗胶囊的驱动控制和多物理场仿真提供了参考依据。     

改进蚁群算法在灭火机器人路径规划中的应用

提出了一种改进的蚁群算法应用于灭火机器人路径规划。该算法利用自适应更新的策略设计出最佳避障路径,建立了简洁明了的蚁群优化算法,从而对灭火机器人行走路径进行了优化处理。该方法不仅使灭火机器人在未知环境寻找火源过程中能够有效避开障碍物,而且能使机器人行走路径最短,所用时间最少。经仿真和实物机器人实验证明了该算法的可靠性和有效性。     

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。     

四轮式移动机器人非完整运动控制

针对四轮式机器人做非完整运动时系统的非完整性的问题,将四轮式机器人运动规划转化为非线性控制系统的优化问题。提出了对优化变量进行浮点数编码的改进遗传算法,使系统控制精度得到改善。同时将改进的遗传算法采用最优个体保留策略,设计交叉参数和自适应变异参数,确保算法具有良好的收敛性。通过数字仿真实验,证明了该方法的对四轮式机器人非完整运动规划问题具有可操作性。     

基于GRN模型精密机械手末端映射关系

针对相邻关节误差对机器人末端的精度影响等问题,鉴于生物细胞自组织GRN模型的运行机理,提出基于GRN模型机械手精度的映射关系,研究机械手运动学模型和GRN模型的结构特性,分析机械手相邻关节误差的累积与GRN模型中细胞间的作用特点,求解基于GRN模型机械手相邻关节影响的误差模型,考虑在几何因素的影响下,以3R机器人为研究对象,建立求解机械手末端位姿的误差值,采用基于自适应粒子群算法优化的PID神经元模型对其进行误差优化,获取粒子群算法的进化过程和PID神经元控制器的控制曲线。仿真表明:基于GRN模型重载机械手相邻关节误差模型的有效性与合理性得到了验证,且机械手相邻关节引起的末端误差得到了有效控制。     

足球机器人挑球机构的优化设计与分析

为了使足球机器人在运动时不必绕行对方球员而将球挑起传递给己方球员,根据所建的挑球机构动力学模型,对挑球机构中的基本参量进行分析,并在Pro/E中对模型进行干涉性检验。通过对目标函数的建立,对机构的速度、加速度、位移及其挑球角度进行优化分析,确定出最佳挑球参数。这些参数对机器人结构的优化起到很好的验证性,最终使机器人的挑球性能大大提高。     

步行机器人缩放式腿机构参数的选择法

本文从机构传动性能的角度出发,对步行机(亦称步行机器人)缩放式腿机构与足的运动空间进行了分析,给出了当足的实用运动空间为最大时,机构参数的确定方法。