针对工业机械臂在运动过程中的角速度与角加速度突变引起的机械系统冲击问题,结合五次B样条曲线和五次多项式的高阶连续性,提出了一种新的分段插值轨迹规划算法即"B-5-B算法"。通过SOLIDWORKS建立样机模型,利用Adams进行虚拟样机的运动学仿真,得到关节的角位移、角速度、角加速度以及关节力矩图。通过与"3-5-3算法"所得到的图进行比较,表明了该算法提高了工业机械臂的角速度和角加速度曲线的平滑性,并降低了机械系统的冲击力,同时由于B样条具有局部支撑性,为轨迹优化提供了一种新的方法,也为机械臂实物验证做了充分的理论支撑。

为了提高核环境下探测机器人机械臂的负载能力,通过动力学分析机械臂关节特性确定优化目标,用有限元软件ANSYS对机械臂臂体危险工况分析并设计优化参数,采用Workbench目标驱动优化分析设计优化实验,对优化结果分析并选取合适的优化参数。优化设计使机械臂两个臂体质量分别减小28.3%和29.5%,分析表明优化设计对机械臂危险工况下静力特性影响很小,符合强度和刚度要求,依据优化方案制作出机械臂样机并测试机械臂负载性能,实验表明机械臂末端负载提高10%,优化后机械臂关节力矩得到改善。

为了提高危险环境下履带机器人跨越沟壑性能,对履带机器人跨越沟壑的关键过程进行运动学和动力学理论分析。根据越沟壑过程中需要满足的几何约束、履带不打滑和履带机器人不发生倾翻的约束条件,得到了履带机器人能跨越最大沟壑宽度的通用公式,并通过理论分析得出了履带机器人质心分布对跨越沟壑最大值的影响规律。最后通过Recurdyn建立仿真和样机实验,根据理论计算得到的临界值,对跨越沟壑过程进行仿真和实验,验证了履带机器人的越沟壑能力。

基于两轮自平衡小车平台,针对目前模糊控制和自适应控制结合较少,实物验证缺乏的问题,应用仿真对比、实物验证的方法,对设计的模糊自适应控制器的稳定性和有效性进行了理论上的分析,证明了模糊自适应算法的可行性。通过在相同的初始条件和控制结构下进行仿真实验,并对仿真结果的角度、角速度两个跟踪指标与预设函数进行了对比分析。最后用实物实验进行了验证,得出了“糊自适应算法能实时地对未知外部干扰和建模不确定性进行自适应模糊补偿”这一结论,对以后欠驱动系统的控制具有一定的参考价值。

针对管道机器人在条件恶劣的管道中存在的单方向越障困难的问题，提出了一种具有自适应能力的管道检测机器人，该机器人应用于核设施内在役或退役的通风管道的检测，同时提出了双向越障驱动单元的设计，使管道机器人能够在管道作业中进退自如。并且对管道检测机器人的通过性和双向越障驱动单元进行了设计分析。利用ADAMS仿真平台对该管道机器人进行动力学仿真，仿真结果表明，管道检测机器人能有效完成双向避障运动和变径通过运动，验证了本设计的合理性。

分析了一种车轮可以快换的抛投式侦查机器人从高处跌落的碰撞机理,探究了机器人在跌落时快换结构和整体受力情况和通过实验得出安全跌落高度。数值方法采用计算多体连续碰撞动力学模型中,求解冲击问题的能量方法。根据设计的这款抛投机器人参数应用ANSYS/LS-DYNA对机器人进行仿真实验,通过仿真实验得抛投机器人不同跌落高度,不同着地姿态下各个部件碰撞力的大小,对机器人整体以及危险部位进行强度分析。最后得出这款抛投机器人的快换结构方便、可靠;应该优化内容为车轮橡胶部分,车轴、车轴与轮毂接触处;最大允许跌落高度为大约5米。采用虚拟样机模型仿真实验的方法来优化机器人结构设计,可以减少了实物实验的失败风险,大大加快了设计速度。