针对高压输电线路上的各种障碍物会影响除冰机器人的正常运行。为了提高机器人的越障能力,给出一种用于输电线路除冰机械人的视觉定位方法,用于机器人越障时的机械臂对准。使用Gabor变换把电缆线从背景中提取出来,然后用最小二乘法检测电缆线位置。通过不同光照度实验验证该定位方法的准确性和鲁棒性。实验结果表明,该检测方法可以在正常光照下准确定位,即使在高光照有部分纹理缺失时也有较强的鲁棒性。该研究为除冰机器人视觉检测方法的发展提供了一定的参考和借鉴。

在石油、化工等行业中,大型管道长期运输腐蚀性油气资源,需要进行定期检测。针对这一应用场景,提出了一种能够在管道外壁稳定行走且具有良好越障能力的永磁轮式机器人。该机器人采用六轮摇臂式移动机构配以永磁轮,搭载检测设备后可以代替人工进行更加安全高效的检测。根据机器人在管道上稳定吸附的力平衡条件,计算出机器人所需的最小磁力,从而确定机器人运动所需的驱动力;通过Maxwell仿真建立永磁轮的磁力分析模型,设计并确定了永磁轮的尺寸;最后,基于Adams软件进行机器人的运动学仿真,验证了机器人的越障能力。

面向多种复杂路面执行任务的需求,基于生物学变胞机理,提出了一种轮履型可重构机器人。该机器人包括两种运动模式,即车轮模式与履带模式,通过两种模式之间的切换可显著提高机器人的多地面适应性。开展了轮-履模式切换机理与传动原理研究,分析了地面接触宽度变化规律,得到了履带模式下的最大接触宽度为230.36 mm;分别计算了机器人在车轮和履带模式下的越障能力,通过仿真软件分析了机器人重心位置在越障时的变化趋势;最后,集成动力系统研制了机器人样机,以不同高度的木板和空心砖作为试验台对机器人进行了模式切换、越障性能分组测试。结果表明,车轮、履带模式下最大越障高度分别为98.5 mm和290 mm,与理论推导结果一致。此外,机器人能够在轮式与履带模式之间柔顺切换,具有多种复杂路面适应能力。

针对当前变形轮式移动机器人的变形轮姿态调节、下台阶缓冲等问题,基于机械自锁原理,设计了一款新颖的变形轮式移动机器人。借助“推杆”与“平面螺旋副”间的自锁作用,设置升降式万向轮机构,有效地解决了变形轮“轮片回缩现象”,优化了系统的机构控制。该机器人具备可升降的万向轮机构,可有效保证系统的越障能力,降低下台阶过程中的冲击作用。通过对轮子半径、中心距等关键结构尺寸进行设计,提高了机器人的越障稳定性。仿真分析验证了设计方案的有效性。

设计了一种变形轮移动机器人,通过控制舵机来实现轮式结构和三轮辐弧形腿式结构之间的相互转换。应用变形轮工作原理,对其进行了运动学建模和越障能力的分析,运用Adams软件对变形轮移动机器人进行越障能力的动态仿真,验证了运动学分析的正确性,并得到了位移、速度、加速度的运动规律曲线;运用Abaqus软件对其进行有限元仿真,得到了应力应变图及振型图。分析表明,该移动机器人强度、刚度及振动满足设计要求。研究为变形轮移动机器人的理论研究提供了重要参考。

为提高管道机器人在管道内行走的安全性及可靠性,本文针对管径为457 mm的天然气运输管道,设计一款液压驱动蠕动式爬行管道检测机器人,用以对管道内壁的损伤及管体腐蚀开裂情况进行离线检测。根据管道内工况需求,利用蠕动爬行原理对管道机器人整体结构设计。计算管道机器人的驱动能力和越障能力,并采用多体动力学仿真技术对其进行分析,得出管道机器人运行过程中所能达到的最大驱动力及能够通过的最大障碍高度,并制作了物理样机并对其各项性能进行测试。结果表明:管道机器人的运动特性与理论分析结果一致,机器人运行过程平稳可靠,能够保证足够的管道通过性能及驱动能力,可实现复杂工况下的运行和检测。

设计了一种空间八面体翻滚机器人,由6个顶点模块、12个伸缩单元模块以及1个载荷体模块构成;通过控制各伸缩杆之间的伸缩量来改变机器人重心,实现向目标方向翻滚。对空间八面体翻滚机器人的运动学正解和反解过程进行了分析计算,运用ADAMS软件对空间八面体翻滚机器人进行了步态规划及越障能力的动态仿真,验证了运动学分析的正确性,并得到了顶点及质心的运动规律曲线。该运动学分析方法与仿真结果为空间多面体翻滚机器人的优化设计提供了重要依据。