仿生蛇形机器人结构研究与设计

蛇形机器人各种单元连接结构中,单关节内万向节连接形式具有单元少、结构协调性好等优点.从生物蛇身体结构出发,结合蛇形机器人工作环境,设计一种单关节内万向节连接形式的仿生蛇形机器人结构.对常用万向节结构所用十字轴的分体设计,简化了机器人的结构形式,机器人单元长度为91 mm,单元直径为80mm,机器人零件数量为521件.     

十字轴万向节式蛇形机器人机构设计

在研究高冗余自由度蛇形机器人自由度的计算方法时,发现当蛇形机器人所有舵机均带有负载时,蛇形机器人的自由度数等于舵机的总数。为实现高冗余自由度蛇形机器人的多种运动模式,提出了一种新型的关节连接方式——十字轴万向节连接方式,它由机械结构中经常用到的十字轴万向节演变而来,使每个体节具有了2个自由度,并且实现了2个动力输出轴的完全正交。该结构使得蛇形机器人的运动更加灵活且运动控制更为方便,适合机器人实验教学的需求。     

蛇形机器人的一种蠕动步态

为了建立一个可实际应用于蛇形机器人运动的通用且易于控制的步态,提出了一种基于ser-penoid曲线的蠕动步态模型.通过对蠕动运动过程中相邻2个波形的分析和对serpenoid曲线的近似,建立了运动波形上各相邻连杆间的相对角度运动方程和各连杆与基线之间的绝对角度运动方程.并给出该步态的2个效率判据:能量损失函数f和一个周期的单位步长dunit.通过仿真和实验讨论了相关的3个参数(组成运动波形的连杆数n、相邻连杆的夹角α和相邻夹角的相位差β)对步态效率的影响.结果表明:f基本上不受n的影响,增加n可显著提高dunit,α的最大振幅随着n的增大而减小,对于确定的n,f对整个位移的影响随着α的增大而减弱.该步态模型可适用于运动波形由不同连杆数组成的蛇形机器人的蠕动,波形连杆较多或连杆夹角较大均可获得较大的运动速度.     

高科技打造的蛇形机器人

在一个漆黑的夜晚,一群“毒蛇”悄悄爬至一座建筑物的大门前。让人吃惊的是,其中一条“蛇”居然昂起了躯体,缠绕至大门的把手上,随后它扭动身体,门把手也随之旋转,大门被打开了。这群“毒蛇”爬进了建筑物,开始搜寻并伺机干掉目标——这些“毒蛇”就是美国军方最新研制的蛇形机器人。     

模块化思想在小学机器人教学中的应用

本文根据小学机器人教学特点,从教学目标、教学实施、教学评价三个方面进行了具体分析模块化思想在小学机器人教学中的应用,希望能为小学机器人教学提供可借鉴的经验。     

基于Scratch的USB模块化可拆卸教育机器人设计与开发

为响应国家对提高学龄儿童信息化素质教育的号召,开发了基于Scratch的USB插拔式模块化教育机器人.对模块化教育机器人功能模块进行整体方案设计：基于Altium Designer对单片机最小系统,电源选择模块,串口烧录等电路进行分块设计,通过布线与铺铜形成模块化产品级PCB板.采用USB数据线将模块进行连接可形成功能各异的目标机器人.开发基于Mixly的智能避障机器人图形化程序,并将其成功应用于所设计的目标机器人进行测试.测试结果表明：所开发的可拆卸模块化教育机器人能够很好地执行相关指令,完成相应目标动作,具有操作方便,易学性好等优点.     

中小学教学机器人控制器的开发

各种机器人教学和竞赛活动是开展青少年科普教育的重要形式之一。国外在教育机器人领域开发较早、应用较为成功的当属乐高机器人。该产品源于1986年丹麦乐高公司和美国麻省理工学院（MIT）进行的一项“可编程式积木（Programmable Brick）”的合作项目。而后卡内基梅隆大学（CMU）、美国国家仪器公司（TI）、美国微软公司（Microsft）等著名高校和高科技企业也加入其中,极大地推动了该产品的技术进步。乐高机器人具有高度模块化的组件、图形化可编程界面以及各种开发工具包,能够最大限度地激发学生在机器人活动中的创造性[1]。而我国的机器人教育起步较晚。虽然近几年得到了越来越多的重视,但与国外相比,其受关注度和研究深度都还存在着一定的差距。存在的主要问题包括拓展性教学模式单一,知识侧重点存在偏差,“智能化”程度不高;学生真正动脑和动手少;过于注重各种竞赛活动;等等。这些问题已经引起了各方的高度重视[2]。而解决这些问题的关键就在于对机器人教学模式的再认识和机器人教学平台的开发。     

可重构模块化教学机器人之机身设计

论文详细论述了可重构模块化教学机器人之机身部件的结构设计,器材选用,校核计算,方案筛选,图样修改,零件设计过程中所遇问题的解决方法等.可重构模块化教学机器人的研制与开发,旨在让学生通过自行拆卸和重组机器人,更直观立体深入地学习机器人各个基本机构的原理,以及对单片机编程控制的进一步认识;从而激发学生对机器人的研究兴趣,唤起学生的创造力和想象力.     

消防机器人

“安娜·康达”蛇形机器人能代替消防员进入高温和充满毒气体的危险火灾场。 消防“机械战警”消防排爆机器人。     

基于嵌入式的无线勘探机器人

设计以ARM Cortex-M4内核的STM32405RG控制芯片作为主控制器的无线勘探机器人,通过采用基于DVB-T标准的COFDM模块,搭建中继站点进行超远程图像视频、音频的传输,实现了对目标区域的勘探,并通过机械手臂进行样本采集。测试结果表明,此无线勘探机器人具有操作简便,图像数据传输稳定可靠的优点,对推动远程环境勘探和安防监控等工作的发展起到积极作用。     

基于FPGA的工业机器人运动控制器设计

为了提高工业机器人的位置控制精度,解决传统运动控制器实时性、可重构性较差的问题,针对一款具有六自由度的工业机器人,设计了基于FPGA的模糊PID运动控制器。控制器的运行效果达到了预期要求,在实时性、准确性以及可重构性等方面均取得了较好的效果。     

野外巡检机器人的控制器

为了提高巡检机器人在转弯及有坡度路况下的平稳性与快速性,设计了一种差速控制器。前轮控制速度实现转向,后轮承担驱动功能。其中采用电流环为滞环控制、速度环为自适应模糊PI控制的双闭环控制策略,模拟巡检平台硬件、软件采用模块化设计。在MATLAB环境下进行仿真实验,并在模拟平台进行实验验证。结果表明,该系统具有良好的运行效果。     

空间站移动机器人无线控制系统设计

针对空间站移动机器人的工作特点、环境以及增强移动机器人应对突发问题的能力,设计了一种移动机器人无线控制系统。该系统主要包括PC上位机、无线收发模块、下位单片机、双目立体摄像机、超声测距传感器、电机驱动器。该控制系统基于上下位机的集成模式,下位机负责Bumblebee2双目立体摄像机和超声测距传感器信息采集、指令接收、功能执行等;上位机负责数据显示与存储、指令发送等。上下位机之间采用串口通信方式,利用无线收发模块可以方便地实现PC机与移动机器人之间的通信,从而实现对移动机器人的实时无线控制。     

基于无线传感网络的机器人竞赛裁判系统设计

设计了一种基于无线传感网络的机器人竞赛裁判系统.开发了机器人击打感应道具、全场定位系统、WiFi无线数传网络.实现了比赛中各机器人和比赛道具状态通过无线方式与裁判系统实时通信,显示比分和自动判罚的功能.能够实时感知场上所有机器人的状态、位置信息,并记录、统计、显示双方机器人的得分情况,减少人工裁判的误判、漏判现象,有效...     

基于模块化开放式电路综合实验的开发与实践教学

主要论述了许昌学院电气信息工程学院以指导学生毕业设计及创新实验为契机,采取师生互动模式,学生自主选题的形式进行综合电路模块的开发及实践教学.     

Hardware Development for a Mobile Educational Robot

Hardware development for a mobile teaching and demonstration robot is described. Measuring 100 cm (length) × 60 cm (width) × 50 cm (height), the robot is designed to walk on four legs. The mainframe is essentially transparent so as to allow the viewing of its various electronic and mechanical components while in action

Various gaits in four-legged locomotion are discussed briefly. Several mechanisms are introduced which allow motion of the mainframe on four legs. One mechanism that possesses some degree of obstacle-crossing ability is selected and optimised for smoothness of ride. This mechanism makes the robot walk like a horse

Initial trials without computer-control of a full sized model showed that the robot thumps softly as it walks. Smoothness of motion and actual obstacle-crossing features were found to be satisfactory.     

改善空间机械手控制器模型跟踪能力的RLS算法

针对空间机械手系统自身的特点,在系统辨识的基础上提出了一种改善机械手跟踪能力的RLS算法。此算法采用可变遗忘因子RLS算法与自扰动RLS算法相结合,实现了在不同的工作状态和负载发生变化时,可实时进行调整,为控制器提供准确的数学模型,达到精确的控制目的。该算法具有较快的收敛速度和跟踪速度以及较小的稳态误差,从而改进了空间机械手的动态品质,缩短了响应时间,提高了控制精度。     

一种基于ZigBee和GPRS的生产安全无线自动传信控制器的设计

根据企业安全生产的特点,结合无线传感网络的技术特征,分析设计了一种基于ZigBee和GPRS的生产安全无线自动传信控制器。实验表明,该控制器具有传统环境监测设备所不具备的优势,具有良好的应用价值。