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。

目前,机器人关节减速机均为定比传动方式,造成关节电机难以达到峰值效率。基于嵌套结构,提出了一种机器人用紧凑型的无级变速器,通过实时改变传动比,可有效提高电机功率使用效率。首先,开展了变速传动机理研究,得到了传动比相对于行星轮与太阳轮半径之比的关系;设计了嵌套结构以及行星轮、太阳轮板轴向移动系统。其次,推导了行星轮、太阳轮包角、传动比以及金属带径向移动数学模型,基于多刚体动力学仿真软件对变速器的输出速度进行了仿真验证;结果表明,变速器正、反向偏差分别为1.89%、3.87%。最后,制作出变速器的原理样机并搭建转矩实验平台,设定输出转矩为特定值,测试了对应输入转矩;实验显示,测试数值与理论数值相比基本相同,平均传动效率为72.1%,间接验证了理论推导的正确性。

针对传统工业自动化分拣效率低、成本高、人身安全难以保证等不足,提出了一种基于笛卡尔坐标式的气动码垛机器手系统设计策略。首先,根据实际需求分析了机械手工作流程,对机械手整体结构、气动回路系统、以及位置精确控制进行设计和计算;然后,结合主控器三菱PLC对控制系统伺服电机硬件选型、硬件接线、控制系统软件进行了设计;最后,利用软件MCGS设计了控制系统人机交互界面,并进行相关实验测试。实验数据结果表明该笛卡尔坐标式的气动码垛机器手结构及控制系统设计合理,能够达到预期效果。