球—轮复合可变形机器人的结构设计与分析
轮足混合式消防机器人的结构设计与分析
轮足混合式消防机器人的结构设计与分析0 引言随着社会经济的发展以及大型石油化工企业和隧道、地铁等建设项目的不断增加，危险化学品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌事故也在增多。
特别是一些特殊的企业发生的火灾，如化工企业、纺织企业等，具有突发性强、燃烧猛烈等特点，并且火灾过程中会产生大量的有毒气体，严重地危害周围群众和救灾人员的生命安全。
因此，研发成本低、功能强、经济实用的消防灭火机器人具有重要意义。
最早的消防机器人是1986年日本东京消防厅“彩虹5号”机器人，可代替消防人员进入复杂地形灭火。
2006年，由挪威科学家研制出一种蛇形消防机器人，进入消防救援人员无法进入的场所实施灭火工作。
2008年，由德国马格德堡一施腾达尔大学设计开发了一种球形新型消防机器人“甲虫奥勒（OLE）”，可以用来监测森林火灾。
在2012年美国HoweandHowe Techonologies公司开发了一款消防机器人Thmite，可解决列车脱轨事故中由核燃料和化学燃料产生的火灾。
近年来，我国的消防机器人研究得到了政府和有关部门的支持，如西北工业大学彭涛提出一种高空消防机器人模糊控制设计方案，但其移动速度和材料制备都有很大的难度。
南京林业大学的姜树海设计了一种用于森林消防的六足机器人，但在其运动过程中关节力矩过大会对驱动电机造成一定程度的损害。
上海交通大学机器人研究所的徐正飞提出集火场探测、消防以及有毒、易燃、易爆气体场所探测等多种功能于一体的遥控关节式移动机器人控制系统，但目前仍停留于理论研究。
综合国内外消防机器人的研究现状，发现目前对于老旧楼道、狭窄隧道的火灾问题仍处于理论研究状态，无法有效地对火灾进行扑灭。
针对此问题，本文设计了一种可在四驱轮式和双足步态行走自由切换，并可实现全方位喷射的消防机器人。
首先对机器整体结构进行设计分析。
其次，对主要零部件进行SolidWorks建模仿真分析，采用MATLAB/Simulink对行走装置进行振动仿真分析。
球形轮足复合式机器人设计与步态控制
球形轮足复合式机器人设计与步态控制球形轮足复合式机器人设计与步态控制摘要：球形轮足复合式机器人是一种新型的移动机器人，其结合了球形轮和足式驱动系统的优点，在多种环境下具有较好的机动性能和稳定性。
本文将介绍球形轮足复合式机器人的设计原理和步态控制方法，以及其应用前景。
1. 引言球形轮足复合式机器人是近年来兴起的一种新型机器人，它采用了球形轮和足式驱动系统，结合了二者的优点。
球形轮可以实现全向移动，而足式驱动系统则具有较好的机动性和稳定性。
因此，球形轮足复合式机器人在工业生产、救援任务和空间探索等领域具有广泛的应用前景。
2. 设计原理球形轮足复合式机器人的设计原理是将球形轮和足式驱动系统结合起来，实现多种移动方式。
球形轮由若干个轮子组成，这些轮子可以分别转动，使得机器人可以在任意方向上前进、后退、左移、右移和旋转。
足式驱动系统则用于机器人的四肢，通过调节步态和行走方式实现机器人的更加灵活的移动。
3. 步态控制方法为了实现球形轮足复合式机器人的步态控制，需要设计合适的算法和控制策略。
一种常用的方法是基于动力学模型的步态规划和控制方法。
这种方法可以通过对机器人的运动学和动力学特性建模，利用最优控制理论来规划和控制机器人的步态，使得机器人能够在不同环境中实现稳定的移动。
4. 应用前景球形轮足复合式机器人具有广泛的应用前景。
在工业生产领域，它可以被应用于物料搬运、装配和焊接等任务，提高生产效率和安全性。
在救援任务中，球形轮足复合式机器人可以在复杂的地形和环境下进行探测和搜救，减少人员的风险。
在空间探索领域，机器人可以用于行星表面的勘测和探索，为人类的空间探索工作提供支持。
5. 结论球形轮足复合式机器人是一种拥有较好机动性和稳定性的移动机器人，它结合了球形轮和足式驱动系统的优点。
通过恰当的设计原理和步态控制方法，球形轮足复合式机器人可以在多种环境中实现稳定的移动和操作。
它的广泛应用前景使得它成为移动机器人领域的研究热点，有望在工业、救援和空间探索等领域发挥重要作用。
毕业设计(论文)开题报告-轮足复合式机器人的设计与研究
毕业设计（论文）开题报告-轮足复合式机器人的设计与研究北京交通大学海滨学院毕业设计(论文)开题报告姓名学号专业轮足复合式机器人的设计与研究设计(论文)题目1. 毕业设计(论文)的目的及意义(含国内外的研究现状分析):轮足复合式机器人是一种能够通过内、外传感器反馈信息感知环境及自身状态, 实现在有障碍物的环境中自主运动, 从而完成一定功能或任务的机器人系统。
目前已广泛运用于野外考察、地震救灾、环境检测、娱乐生活等诸多行业，在安全、军事、生活以及科学研究中扮演着越来越重要角色。
其中轮足式机器人结构简单，容易实现，具有移动速度快、转向性能好、行走效率高等特点。
但同时适应地形和避障的能力差。
轮足式机器人对地形的适应能力较好，可以跨越障碍物、台阶等，但运动间歇大，速度慢。
随着轮足复合式机器人的不断开发和应用范围的扩展，未来会在更多复杂且未知的环境中工作。
仅仅依靠轮式或者足式的机器人已无法完全适应工作环境的复杂性和多样性了。
为了配合对轮、足式机器人性能要求的逐渐提高，相继问世了许多复合式的移动机构，其中轮足式复合式机器人就融合了轮式足式机器人的特点。
既可以保证在平坦地面的移动效率又具有了良好的跨越障碍的能力。
但当轮足复合式机器人采用足式的方式行走时目前在技术上还存在许多困难，然而在自然界中存在的多足昆虫则可以通过它们长期进化得到的复杂且精妙的肢体结构和灵活的的运动方式，容易地通过了各种复杂的自然地形，甚至能在光滑的表面上倒立行走。
因此，将多足昆虫的行为学研究成果，融入到移动机器人的结构设计与控制中，开发具有卓越移动能力的轮足式复合式机器人，对于足式复合式机器人技术的研究与应用都具有重要的理论和现实意义。
2. 基本内容和技术方案:本文的设计目标是设计一种轮足式复合机器人。
该机器人结合了轮式机器人和足式机器人的具多优点，能够在不同的底面实现考察，检测等等功用。
其研究内容包括: (1)功能分析与方案设计;(2)结构设计与三维造型;(3)运动仿真;(4)控制系统设计。
一种载人球形机器人的机构设计及动态分析
一种载人球形机器人的机构设计及动态分析摘要:通过对当前为满足各钟特殊环境下的需求而提出的球形机器人的深入研究,提出了一种具有载人能力的球形机器人,确定了其运动机构方案和结构设计方案,通过UG对该机构进行三维建模并在Ansys中构建系统的模型,对该系统进行仿真分析,对载人球形机器人结构设计优化,为球形机器人整体的设计、模拟仿真及其制造提供参考。
针对目前对球形机器人无载人性能这一特点,设计提出了具有转向性的载人球形机器人,在各种特殊环境下具有很大实际应用价值。
关键词:载人球形机器人运动仿真有限元分析UG/ADAMS 软件应用具有球星外形的自主移动交通工具有很长的历史,近期发展已经说明了它在不同环境下的各种应用,包括航海的,室内的,室外的,军事方面和行星探险[1]。
相比较而言,传统的足式机器人虽然运动灵活但运动速度低,耗能大,承载力小而且控制系统复杂;轮式的移动速度快,承载力大,耗能小,但在某些特殊环境下难以运用,如球体如果它的半径较大的话可以滚过一定的障碍物和沟渠,可以适应非常恶劣的环境。
球形机器人外部一个球形的壳体,与地面及外界物体始终为点接触,从而使其在转向时转弯半径非常小,摩擦阻力小、能耗低、环保节能,并且与外界物体碰撞时的抗冲击性和安全性极高。
球形机器人在运动时,与接触面发生近似点接触,所以它的稳定性比较差。
它的原理是通过改变机器人的重心来实现在平面上的滚动,那么更有效的控制它的重心改变来提高稳定性和它的运动控制性问题。
目前,国内外对球形机器人的设计研究基本上还处在初级阶段,也有一些研究单位设计研制了一些球形机器人但大多数是比较小尺寸的,里边搭载各种仪器,相对于载人的,大尺寸的球形机器人的研制目前基本上很少;该结构设计最大程度的使得平台上空间分布合理实现载人的条件。
哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室的赵勃等人,将传统的偏心质量块驱动方式进行了改进,研制了一种双偏心质量块驱动的球形机器人,双偏心质量块驱动的球形机器人这种改进的双偏心质量块驱动方式使机器人具有更快的移动速度,更灵活的转向能力,但将机器人的横滚角度限制在了一定的范围,机器人不具有全方位滚动能力;Spherical Mobile RobotAarne Halme等人在1996年研制出了第一台具有真正意义上的球形运动机构由电机驱动驱动轮在球壳内滚动,通过改变系统的重心来实现球体的滚动这种设计实现了球体的运动,但由于采用单轮驱动的固有的局限性,它无法实现球形机器人的全向滚动,本文巧妙的利用两个辅助轮速度的改变使得重心左右位移使得在一定的范围内实现转弯功能;Amir Homayoun Javadi A.和Puyan Mojabi在2002年开发了一种全方位球形运动机器人,由一台步进电机通过丝杠驱动一个配重块沿轮幅方向来回移动通过改变轮幅上的配重的位置来驱动系统的运动这种设计也基本上实现了球体的全向滚动p如图1所示,该球形机器人由球壳,位于球壳内的底部平板架的和位于平板架的和球壳之间的推进装置组成,平板架上装置有电源和座位及控制装置,推进装置是由连接于平台上的三个小轮组成,每个小轮上各有一个驱动电机,分别与球壳内部形成点接触。
仿生小型两栖球形机器人结构设计及多机系统特性评价
仿生小型两栖球形机器人结构设计及多机系统特性评价摘要：随着科技的不断发展，越来越多的仿生机器人被研制出来，仿生小型两栖球形机器人也是其中一种。
本文从机器人的结构设计和多机系统特性两个方面分别进行探讨和分析。
首先，对于机器人的结构设计，本文提出了一种基于一体化设计思想和仿生学原理的结构设计方案，该方案采用了轮子和水下蛙蹼的结合方式，能够实现在陆地和水中的良好适应性。
在多机系统特性方面，本文分析了不同环境下多机器人协作系统所表现出的特性，以及不同策略对系统性能的影响。
综合本文的分析结果，考虑到仿生小型两栖球形机器人具有优异的适应性和协作系统的极大优势，未来能够应用于许多领域，如海洋探索、救援行动、工程建设等。
关键词：仿生机器人；球形机器人；结构设计；多机系统特性；适应性；协作系统正文：1. 引言仿生机器人作为一种结合机器人和生物学的研究领域，已经成为近年来备受关注的话题。
仿生机器人不仅有着丰富的科研价值，而且还能够被应用到不同的领域中。
目前，球形机器人已经成为一种受到研究者们广泛关注的多功能仿生机器人。
2. 仿生小型两栖球形机器人结构设计2.1 设计思路本文提出了一种基于一体化设计思想和仿生学原理的仿生小型两栖球形机器人结构设计方案，该方案采用了轮子和水下蛙蹼的结合方式。
2.2 结构设计在该方案中，机器人表面装有数个球体，这些球体可以帮助机器人在水中实现平衡和稳定。
机器人背部安装有用于控制运动方向的水下蛙蹼。
同时，机器人还配备有几个轮子，可以在陆地上平稳移动。
为了保证机器人在不同环境下的适应性，机器人重心位置可以根据环境变化，自动调整到最佳位置。
此外，为了达到球形机器人在水中的优秀稳定性，机器人表面还应该涂上一层防水涂料，最好是一种具有低摩擦力的涂层。
3. 多机系统特性评价3.1 多机系统特性分析不同环境下多机器人协作系统所表现出的特性与单机系统有很大区别，例如在水中，一组球形机器人可以紧密合作，实现对目标区域的快速探索和搜索。
轮履复合式机器人的设计与实现
文章编号 ： １ ０ ０ １ —２ ２ ６ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ７— ０ ０ １ ５— ０ ４
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ３ ４ ６ ２ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｍｍ ｔ ａ ｍｔ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ７ ． ０ ０ ５
轮 履 复 合 式 机 器人 的设 计 与 实现 术
田海波 ， 马宏伟 ， 张一澍 ， 尚万峰
（ 西安科技大学 机械工程学院， 西安 ７ １ ０ ０ ５ ４ ）
摘要 ： 复合 变结构 的移 动机 器人 具有 更 强 的 非 结构 化 地 形 适应 性 。结合 变胞 机 构理 论 ， 提 出 了一 种 轮 履 复合 式机 器人 的 结构 。它 可 以按 照环 境要 求 变 为轮 式 或履 带 式移 动机 器人 ， 利 用 车轮 实现 高速 远 距 离运 动 ， 而 用履 带来适应 复 杂 地形 ， 也 可 以轮 履 并 用 来跨 越 障碍 。研 究 了机 器人 系统 的 总体 结 构， 设 计 了其机 械 结构 和控 制 系统 ， 并制作 完成 了样机 。试 验表 明 ， 样 机 能够按 照轮 式 和履 带式模 式 运动 ， 并顺 利 完成模 式 转换 ， 具 有较 强的 环境适 应 能 力。
ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ． Ａ ｗｈ ｅ ｅ １ ． 仃ａ ｃ ｋｅ ｄ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｍｅ ｔ ａ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｉ ｃ ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ． Ｉ ｔ Ｃ ｎ ａ ｂ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｄ ｏ ｒ ｒａ ｔ ｃ ｋ ｅ ｄ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ．Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｍｏ ｖ ｅ
球形关节型仿人机器人的设计与控制技术研究
球形关节型仿人机器人的设计与控制技术研究一、绪论球形关节型仿人机器人是模拟人类上肢及其手部结构的一种机器人，它能够执行复杂的物理操作并具有较高的精度和稳定性。
目前，球形关节型仿人机器人的设计已经广泛应用于制造、医疗、教育等领域，成为现代机器人技术应用中的重要方向之一。
本文主要研究球形关节型仿人机器人的设计和控制技术。
二、球形关节型仿人机器人的结构设计1. 机器人结构简介球形关节型仿人机器人是一种基于人体肢体结构的仿生机器人。
它的机械结构类似于人类肩、肘、手腕等关节，可以模拟人类的上肢动作，实现复杂的机械手控制。
球形关节型机器人主要包括手臂、肩关节、驱动器、传感器、控制器等部件。
手臂的长度和形状可以根据具体需求进行调整，肩关节通常采用球形关节结构，可以实现全方位的旋转与运动。
驱动器负责控制机械臂的运动，传感器主要用于监测机器人的位置、方向和姿态，控制器则负责对机器人进行控制。
2. 机器人结构设计思路球形关节型仿人机器人的结构设计要符合人体工程学原理，使其更符合人体运动和力学特性。
具体设计时需要考虑以下几个方面：（1）机器人的机械臂应该是柔性和轻便的，以便机器人的手部可以更加自由地进行操作和运动。
（2）肩关节采用球形关节结构，可以实现全方位的旋转和运动，以实现更多的动作和姿态变化。
（3）机器人的手部需要采用类人手的结构，具有多个活动关节和足够的灵活性，以便机器人可以进行更复杂的操作。
（4）机械结构的设计需要考虑磨损和可靠性，以确保机器人长期运行的稳定性。
三、球形关节型仿人机器人的控制技术1. 机器人位置控制机器人的位置控制是控制机械臂运动的最基本控制模式。
目前常见的位置控制方法包括PID控制器、改进的PID控制器和神经网络控制器等。
PID控制器是最基本的控制器，它可以根据机器人的实际位置和期望位置之间的差距来计算控制输入信号，从而实现位置调整。
改进的PID控制器采用了模糊逻辑控制和遗传算法等优化技术，使机器人位置控制更加高效和精确。
可变型机器人
可变型机器人随着机器人的发展，机器人可以执行多种任务，这对机器人本身的运动灵活性和环境适应性提出更高的要求。
设计一种将球形机器人与轮式机器人运动特点相结合的可变形移动机器人，该机器人可以适应多种复杂的工作环境，自身几何形状变化以实现球形机器人与轮式互换。
球轮复合机器人的机构系统由可变型球壳，球体推进装置和轮式推进装置组成，通过对可变球壳的拉伸和收缩实现球轮机器人的角色互换。
运用理论推导的方式对球轮复合型移动机器人中变形球壳、车轮、和驱动重摆的结构进行分析，并通过仿真试验模拟了机器人的形变，验证了机构参数选择的合理性，为改复合型移动机器人的机构的设计提供了理轮依据。
最后通过实物实验验证了该可移动机器人的可行性关键词：移动机器人球-轮复合可变形机器人角色互换环境适应实验验证Abstract: With the development of the robot technology, deformable composite the robot, has been developed and applied widely and rapidly. The mobile robot can adapt to a variety of complex terrain environment, its shape changes to achieve the spherical and wheeled robot mechanism system swap, ball - wheel compound mobile robot consists of a deformable spherical shell, the ball pushing device and wheel driving device, through the extension and contraction of deformable spherical shell realize role transformation between spherical and wheeled robot, using theoretical derivation and parameter optimization methods on the deformation of spherical shell ball wheel composite type of mobile robot, wheel and driving structure size set are analyzed, and the simulation tests to verify the rationality of the dimensional parameters selection, and provides a theoretical basis for the design of the composite type mobile robot mechanism. Finally, through the real experiments confirmed the feasibility of the mobile robot.Keyword: Mobile robot .The ball - wheel Composite Reconfigurable Robot Role reversal Environmental adaptation Experimental verification。
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球—轮复合可变形机器人的结构设计与分析
作者：侯康， 孙汉旭， 贾庆轩， HOU Kang， SUN Hanxu， JIA Qingxuan
作者单位：北京邮电大学自动化学院 北京 100876
刊名：
机械工程学报
英文刊名：JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING
年，卷(期)：2012,48(15)
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本文链接：/Periodical_jxgcxb201215004.aspx。