可变位姿越障轮椅的控制系统

为了改善老年人和残疾人行动不便的情况,针对可变位姿越障轮椅的各种功能需求,提出了可变位姿越障轮椅的控制系统 。设计了以PC机为上位机,以STM32为运动控制处理器的控制系统,介绍了整体功能需求;采用CAN模块实现STM32与PC机、各驱动模块的通信;设计了以伺服 电机为驱动电机的位姿变换功能;设计了整个轮椅位姿极限位置监测报警系统;采用手柄操控器的红外遥控功能,设计了可变位姿越障轮椅的人机操作系统。课 题组的研究有益于可变位姿越障轮椅的功能快速响应,便于轮椅的调试也让使用者更加方便地操控轮椅。     

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。     

基于位姿调整的晶圆传输机器人轨迹规划

为了提高晶圆传输机器人的运行效率和运动平稳性，课题组基于末端执行器的位姿调整对晶圆传输机器人进行了轨迹规划研究。首先，介绍了晶圆传输实验平台的机构组成，在此基础上采用了动静法对晶圆受力进行分析，得出加速度与位姿角度之间的内在关系；其次，提出了一种基于位姿调整的S曲线加减速控制算法，并基于该算法实现了对末端执行器的轨迹规划；最后，采用MATLAB软件编程，实现了关键参数的求解和算法仿真，得到了加速度、速度、位移随时间变化的曲线图。应用结果表明此轨迹规划可以在保证高度运动平稳的情况下提高晶圆传输机器人的工作效率。     

仿人关节并串结构位姿求解算法研究

针对用于脑卒中患者上肢的康复训练，针对肩关节和肘关节运动的特点，课题组提出了一种6自由度仿人关节并串机构。该结构是由2种不同位姿并联机构进行并串组合而成，课题组利用Kutzbach Grüble公式对其进行了自由度的求解；采用解析法对该机构进行位姿分析研究，运用了球面三角形余弦定理来分析机构运动中弧形杆弧长不确定的情况；采用分部求解法把整体问题拆分成2个互有关联的部分进行求解。结果表明：与传统的对整体结构直接求解的方法相比，课题组采用的求解算法大大减小了求解的计算量。文中研究的方法适用于同类型位姿分离的并串组合，对其他同类型结构的位姿分析具有参考意义。     

基于RecurDyn的4旋翼摆臂式清洗机器人设计

针对爬壁机器人越障过程产生的控制复杂和过程运动不连续的问题,课题组通过引入柔性关节,在机器人本体上设计了摆臂越障机构及旋翼推力系统,并从运动学角度分析机器人攀爬障碍物时的运动机理,以及建立了机器人壁面攀爬的运动学模型,计算出机器人在不发生失效形式下,旋翼电机理论输出转矩,绘制了旋翼电机输出转矩和壁面角度变化的关系图,并利用RecurDyn软件对爬壁机器人越障过程进行运动学仿真,绘制出机器人重心高度的变化和时间关系图。结果表明：机器人旋翼推力机构的吸附性能良好,机器人能够平稳地在壁面完成爬行和越障。     

新型二自由度并联机构运动学标定方法

精度不足制约着并联机构的发展,传统的并联机构运动学标定方法可以在一定程度上提高并联机构的精度,但 其缺点在于对测量仪器的要求较高,计算量较大。针对一种新型二自由度并联机构,运用无参数化标定的方法对机构进 行运动学标定。该方法不需要进行参数辨识,只需要通过外部测量设备测出机械手末端执行器的位姿,利用运动学正反 解解出实际位姿与期望位姿之间驱动输入的差值,补偿到理论的输入中,即可得到补偿后的动平台位姿。计算机仿真结 果表明,这种方法可以有效地提高动平台定位精度,证明了无参数化标定方法的有效性和可靠性。     

六自由度并联机构的误差分布研究

针对制造和安装误差对并联机构末端位姿精度的影响问题,以六自由度Stewart并联机构为研究对象,在建立运动学正解一阶误差模型的基础上,结合泰勒展开式推导出Stewart并联机构末端的位置和方向误差与驱动器不同长度变化之间非线性关系式;并用MATLAB软件仿真分析结构参数误差存在的条件下,工作空间中六自由度Stewart并联机构末端位姿误差的分布情况。分析结果表明：不同位姿下,位姿误差存在差异;在x轴正方向上,位姿体积误差的变化规律具有一致性,均随x轴正方向的移动而逐渐增大;[JP2]同时位置体积误差的变化幅值远大于姿态体积误差的变化幅值,并且最大位姿误差出现在可达工作空间边缘的顶部位置。研究结果为该并联机构后续进行精度综合及误差补偿提供参考依据。     

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。     

多功能智能轮椅背部支起机构优化设计

为了实现智能轮椅多形态背部支起机构稳定和安全运行,课题组对各种形式角度调节机构进行研究、分析,提出轮椅的背部支起机构使用电动推杆来进行角度调节。搭建了背部支起机构模型,在分析了背部支起机构几何关系和力学模型的基础上,使用MATLAB求解电动推杆固定位置的最优解;借助SolidWorks Motion进行动力学仿真,确定电动推杆的最佳行程。借助SolidWorks Simulation进行有限元仿真分析,验证背部支起机构的设计方案。仿真结果表明：电动推杆的固定位置和行程选择合理,降低了承载梁的载荷,提高了背部支起机构安全性和平稳性。     

基于遗传算法的仓储升降机外观与传动机构优化设计

完成了基于遗传算法的仓储升降机外观与传动机构优化设计.采用力学分配和自动控制方法构建仓储升降机外观与传动参数识别模型,根据试件公差指标参数法分析,结合公差项与仓储升降机外观位姿误差分布,采用线性解耦方法进行耦合部件稳定位置调节;采用模糊遗传算法,在阻尼衰减下进行仓储升降机外观与传动机构高精度结构设计;采用遗传算法寻优,实现优化设计.测试结果表明,采用该方法仓储升降机外观与传动机构优化设计的效果较好,设计构件的人机交互性较强.