针对现有的仿大象鼻子机器人,存在着自身结构复杂、难以控制的特性,现研制了一套新型仿象鼻子机器人的实验平台,它具有结构简单、加工成本较低、控制简单等特点。整个仿象鼻子机器人的机械臂由四节组成,每节机械臂可实现两个自由度,仿象鼻子机械臂可通过12根钢丝绳的协调控制实现自身位姿的灵活改变。首先采用旋量理论和指数积方法对象鼻子机械臂进行了运动学分析,然后通过ADAMS虚拟样机软件对仿象鼻子机械臂的实验平台进行了刚柔耦合系统的运动学和动力学分析,验证了运动学分析的正确性,对后期平台实验的可行性、可控性以及结构设计的可靠性提供一定的指导意义。

从搜索服务的灵活性角度出发,设计了一款具有柔性骨架通过拉线驱动的搜索机器人。以实现机器人的末端导向控制为目的,研究搜索机器人导向末端的运动学特征,提出了一种基于恒定曲率假设的运动学建模方法;该方法基于旋量理论得到了机器人导向末端的正向运动学中关节空间到工作空间的映射,基于导向末端固有的几何属性得到了驱动空间到关节空间的映射以及全局的逆运动学映射。然后,给出了导向末端工作空间分析及空间轨迹规划仿真算例;接着通过实验和仿真结果对比,进一步验证了运动学算法的有效性和机器人前端的导向能力。最后,机器人通过穿越模拟的三维废墟狭小通道验证了其适应性和搜索能力。

针对传统磁吸附攀爬机器人攀附力较小、带载能力差的问题,研究高攀附力/自重比磁吸附履带式攀附机构的设计与制造方法。提出一种新型磁吸附履带结构设计方案,研制攀附机构样机并进行性能测试研究。基于ANSYS有限元分析,对比分析4种Halbach磁铁阵列单元的最佳组合模式,实现了轻量化设计的攀附机构,有效提高了磁铁阵列单元的吸附力与自重比。为了实现磁铁阵列在攀爬机器人系统中的应用,融合链条传动和同步带传动方式,设计一种履带式攀附机构,并将它用于磁吸附攀爬机器人系统,完成了垂直攀爬和倒置攀爬运动,最大吸附力/自重比可达2.54。

针对连续体机器人控制实时性低、稳定性差的问题,提出一种基于EtherCAT的连续体机器人主从站控制系统。主站使用开源协议栈SOEM,运行在移植了实时内核Xenomai的Linux操作系统上,并且设计了AX58100(从站控制器)+STM32F407(从站微处理器)的从站控制板,完成了从站控制板的硬件设计和软件设计。搭建控制系统测试平台,进行主从站的任务调度测试和实时性测试。结果显示:主站的最大调度延时为27.367μs,系统的发送周期为1055μs,通信抖动为上下浮动10μs,表明主、从站具