关键词： 智力游戏  

ISBN: (纸本)9787115479822

摘要： 本书是一本乐高机器人竞赛的指导手册, 针对乐高机器人赛事的各个方面, 包括四个主要板块: 设计、导航、操作和组织。通过对这些板块的详细阐述, 本书能够指导读者设计出高水准的乐高机器人作品, 同时也能提高读者的科技素养, 并使读者体会到乐高机器人带来的乐趣。

关键词： 电磁直驱   汽车驾驶机器人   动力学分析   刚柔耦合   运动副间隙   有限元   多目标优化  

摘要： 汽车驾驶机器人是一种无需对车辆进行任何改装,可无损安装于不同类型的驾驶室内,代替人类驾驶员自动驾驶车辆的机器人。本文在前三代DNC系列驾驶机器人实物样机的研究基础上,针对DNC-4电磁直驱驾驶机器人的动力学特性及有限元分析等方面进行了探索性研究。首先根据技术指标确定了电磁直驱汽车驾驶机器人各执行机构的驱动方式及结构原理,建立了驾驶机器人多刚体动力学方程模型和多刚体虚拟样机模型,并通过动力学仿真分析验证了驾驶机器人结构设计的合理性及动力学建模的有效性。接着建立了驾驶机器人刚柔耦合动力学方程模型和刚柔耦合虚拟样机模型,通过刚柔耦合方程数值模拟、刚柔耦合虚拟样机仿真、多刚体方程数值模拟、多刚体虚拟样机仿真结果的动态特性仿真对比分析验证了所建立的刚柔耦合动力学方程模型的有效性;进行了驾驶机器人性能试验,通过刚柔耦合模型动态特性仿真与试验的对比分析进一步验证了建立的刚柔耦合模型的有效性及各执行机构结构的合理性。然后分别研究了单间隙与多间隙对驾驶机器人换挡机械手动力学特性的影响规律,并将杆件柔性融入换挡机械手间隙模型,进行了考虑杆件柔性及多间隙的换挡机械手动力学特性分析,并分析研究了多间隙对驾驶机械腿动态特性的影响。最后建立了驾驶机器人整机有限元模型,分别进行了静力分析和模态分析,得出了驾驶机器人低阶固有频率、振型和极限工况下的应力应变量。针对制动机械腿立杆和换挡机械手调节杆应力较大的情况,对两杆进行了多目标优化,优化了两杆的尺寸参数,进而提高了换挡机械手及制动机械腿的可靠性。

ISBN: (数字)9781788629973 ISBN: (纸本)9781788623315

摘要： Design, simulate, and program interactive robots About This Book • Design, simulate, build, and program an interactive autonomous mobile robot • Leverage the power of ROS, Gazebo, and Python to enhance your robotic skills • A hands-on guide to creating an autonomous mobile robot with the help of ROS and Python Who This Book Is For This book is for those who are conducting research in mobile robotics and autonomous navigation. As well as the robotics research domain, this book is also for the robot hobbyist community. You’re expected to have a basic understanding of Linux commands and Python. What You Will Learn • Design a differential robot from scratch • Model a differential robot using ROS and URDF • Simulate a differential robot using ROS and Gazebo • Design robot hardware electronics • Interface robot actuators with embedded boards • Explore the interfacing of different 3D depth cameras in ROS • Implement autonomous navigation in ChefBot • Create a GUI for robot control In Detail Robot Operating System (ROS) is one of the most popular robotics software frameworks in research and industry. It has various features for implementing different capabilities in a robot without implementing them from scratch. This book starts by showing you the fundamentals of ROS so you understand the basics of differential robots. Then, you'll learn about robot modeling and how to design and simulate it using ROS. Moving on, we'll design robot hardware and interfacing actuators. Then, you'll learn to configure and program depth sensors and LIDARs using ROS. Finally, you'll create a GUI for your robot using the Qt framework. By the end of this tutorial, you'll have a clear idea of how to integrate and assemble everything into a robot and how to bundle the software package. Style and approach A step-by-step guide which will help you to create an autonomous mobile robot with the help of ROS and Python. It will help you to understand and implement the fundamental concepts of

关键词： 机械   机器人学   人工智能  

摘要： 机器人的定义尚未统一,机器人技术的迅速发展成就了机器人学的建立与发展,现实世界对机器人是否应该具有人类情感的争论从未停止.

关键词： 垃圾处理  

ISBN: (纸本)9787566117502

摘要： 本书以Arduino为开发平台，书中详尽的介绍了智能垃圾分类机器人制作的每个步骤，手把手教读者做机器人，入门门槛低，非常适合青少年及机器人爱好者学做机器人使用。

关键词： 蝗虫   起跳   三维运动力   钩爪   跨介质   跳跃机器人  

摘要： 蝗虫拥有过人的跳跃能力,对其跳跃运动行为和力学的研究不仅可以加深我们对于自然界中昆虫跳跃机制的理解,还能进一步启发跳跃机器人的研发和改进,从而提高仿生机器人的越障能力。过去的研究主要着重蝗虫在单一表面起跳的运动力学,没有从起跳表面的粗糙程度等客观因素的影响分析蝗虫起跳机制。本文的目的是以蝗虫为仿生研究对象,建立相关模型,揭示蝗虫在起跳过程中的身体和腿部运动力学变化机制。为此,本文进行了蝗虫在不同粗糙度的固体表面和跨介质的出水起跳实验,并研制了仿蝗虫跳跃机器人。通过实验获得了蝗虫起跳瞬间的运动学及力学数据。本文基于粗糙表面和光滑表面起跳的数据进行了对比分析,并建立钩爪模型,讨论了起跳表面颗粒对蝗虫起跳机理的影响以及腿脚关节处钩爪与脚掌垫的协同作用方式。结果发现,蝗虫在地面起跳时粗糙表面最大法向力相对于光滑表面增大而轴向力和侧向力最大值均减小,且不同的粗糙表面对蝗虫关节的协同作用时间、侧向力偏角和仰角均有影响。通过蝗虫在出水起跳的实验数据,研究了蝗虫出水时所受阻力和起跳瞬间的运动方式与地面的异同,建立相应的力学模型分析瞬间受力状态,计算了蝗虫在起跳瞬间从水面获得的推力,突破水的粘滞阻力,从而完成起跳动作。结果显示,蝗虫出水所受阻力与其自身重量成正比;出水瞬间两条后腿分步蹬出,先行蹬出的后腿使得蝗虫获得出水仰角,之后另一条后腿蹬出使得蝗虫获得最大的出水速度,且跳跃左右方向幅度的大小主要受后一次蹬出的后腿影响;出水起跳时关节不是同时运动,且变化角度与地面起跳时关节角变化相比存在显著差异。通过计算发现跗节在水面运动轨迹为一条分段曲线。通过对蝗虫蹬腿跳跃方式的模拟,研制一种新型的可实现连续跳跃的跳跃机器人。在研究起跳过程中能量转换机制的基础上,设计了扭簧弹跳机构。扭簧在减速电机和机身轨道的共同作用下完成连续的腿部收缩和起跳过程,同时可以实现稳定着陆以保证多次跳跃。通过设计黏附垫与钩爪共同作用的仿生跳跃底座结构,进一步增强跳跃机器人在不同表面起跳的适应能力。

关键词： 履带式灭火机器人   柔性悬架   振动   地形通过性   仿真   越障实验  

摘要： 履带式灭火机器人能够在火灾发生后辅助或替代消防员进入灾区进行灭火救援工作,降低灾害损失,减小救援的危险性。消防炮在喷射时产生后坐力,该后坐力将会影响机器人系统的动力响应,不但会增大转向时驱动力、驱动力矩,还会引起机器人的垂向运动和俯仰运动,进而影响消防炮灭火的准确性。所以对灭火机器人动力学特性的研究,尤其是消防炮喷射时冲击载荷对机器人动力学特性影响的研究至关重要。本文基于履带式机器人动力学特性的分析基础上,结合国内外研究现状,采用理论分析、运动学建模、动力学建模、虚拟样机仿真和样机实验等研究方法,对履带式灭火机器人的动力学特性进行研究。本文的研究工作主要从以下几个方面展开:首先,提出机器人总体设计方案,完成机械系统的设计,阐述遥控端、本体端控制系统的框架;在SolidWorks中完成机器人虚拟样机的设计,并在多体动力学软件RecurDyn中建立1:1的动力学仿真模型。其次,建立直摆臂、弯摆臂柔性悬架的力学模型,综合运用几何和数学理论推导两种悬架的等效刚度;在贝克的经典地面力学基础上分别计算机器人直线行驶时的行驶阻力和牵引力,验证机器人的驱动条件和附着条件,通过计算机器人所需驱动力和驱动力矩验证驱动电机和减速器选型的正确性。再次,建立了行进间转向动力学模型,分析质心偏移引起两侧单位长度履带负载不同时机器人的转向阻力矩和牵引力矩,总结发现机器人在原地转向时所需驱动力矩最大,原地转向时,分别对质心具有横向、纵向不同偏移情况下的两侧驱动力方程进行分析比较,总结转向时驱动力变化规律;建立消防炮后坐力作用下转向动力学模型,重点研究了质心存在不同横向、纵向偏移距时两侧驱动力与消防炮俯仰角、偏航角之间的关系;在RecurDyn中建立转向动力学仿真模型,对不同转向半径、质心偏心距不同时的驱动力矩进行仿真实验验证。然后,提取了机器人行驶工作过程中所要通过的结构化地形特征和越障参数,在RecurDyn中设计圆弧坡道、独立台阶、连续台阶、凸台、沟道等单一路面虚拟地形;通过动力学仿真的方法分别研究履带式灭火机器人的地形通过性,并由机器人质心位置、倾角、驱动轮力矩的变化曲线总结复杂地形中履带式灭火机器人的动力学特性;由物理样机分别对跨越高220mm的台阶、坡道30°的斜坡进行实验,验证机器人的越障性能。最后,建立了机器人11自由度振动力学模型,基于拉格朗日方程推导振动微分方程组,并表示成矩阵形式,求解系统固有频率和主振型;在6自由度半机器人动力学模型基础上建立振动微分方程组,基于MATLAB利用正则模态矩阵性质编写求解算法,分析路面激励引起的垂直振动位移和俯仰振动角度变化曲线,并在RecurDyn中对结果进行仿真验证;基于MATLAB由正则矩阵法编写解耦脉冲激励振动微分方程组的求解算法,分析由后坐力瞬态激励引起的机器人垂向、俯仰振动的位移、速度、加速度曲线,改变弹簧刚度和阻尼系数,分析振幅、衰减时间、衰减速度的变化;分析垂直、俯仰运动对消防炮射流轨迹的影响,并改变消防炮俯仰角,分析不同俯仰角下的机器人振动响应。

关键词： 蚕丝打结机器人   自动打结机构   机构动力学仿真   机构优化设计   实验验证  

摘要： 丝绸行业是我国的传统行业,作为丝绸行业的基础和重要组成部分,蚕丝业更是中国的瑰宝。现阶段国内外生产的缫丝机在结构上均采用日本早期自动缫丝机的结构,导致缫丝机在缫制生丝过程中,若瓷眼检测到蚕丝中含有过大的杂质时,会触发停或机构进而导致蚕丝断丝,目前均是由人工进行打结去糙处理,导致耗时长、人工成本高、蚕丝生产效率低等问题。基于此,本文提出一款自动打结去糙的蚕丝打结机器人,并对其本体进行了详细的优化设计,最后针对设计的蚕丝打结机器人进行实验验证。结果表明,设计的蚕丝打结机器人可以顺利完成蚕丝的自动打结、去糙处理。本文的主要研究内容如下:(1)针对现阶段机械自动打结器结构复杂、加工成本高等问题,提出了一种分离式、四驱动的蚕丝打结机器人机构形式。分离式是指将蚕丝打结机器人划分为四大机构,分别为提蚕机构、压蚕机构、打结机构和脱蚕机构;四驱动则针对四大机构分别独立驱动。这种机构形式使得蚕丝打结机器人本体简易化,四大机构相互独立且相互协调完成蚕丝的自动化打结去糙处理。(2)针对采用外接触凸轮形式实现打结的机械式自动打结器机构尺寸偏大等问题,蚕丝打结机器人采用了内接触式打结机构完成对蚕丝的打结处理。内接触式打结机构通过打结刀臂与偏心圆柱的配合实现钳嘴旋转一周形成“φ”环的功能,这种机构形式大幅度减小了蚕丝打结机器人的机构尺寸。根据内接触式打结机构的原理,提出了一种打结刀臂顶点连线向偏心圆柱横截面投影的方法对打结机构进行了详细的设计,该方法利用钳嘴机构的运动学模型及打结刀臂的重要几何尺寸实现了对偏心圆柱关键尺寸的求解。(3)针对打结机构动力学仿真过程中加速度波动较大导致打结机构的稳定性低的问题,采用序列二次规划法对打结机构进行了优化设计。优化模型以打结机构加速度波动达到最小为目标函数,以打结刀臂几何尺寸为设计变量,以丝鞘保持、机构干涉和蚕丝受力为约束条件,找出加速度波动达到最小时打结刀臂的几何尺寸的最优解。(4)针对优化后的蚕丝打结机器人进行了实验验证,并对其打结性能进行了分析。实验验证包括单次打结去糙实验验证和连续打结去糙实验验证,单次打结去糙实验验证用于分析蚕丝打结机器人驱动电机在上电时的抖动对蚕丝打结机器人打结性能的影响;连续打结去糙实验验证用于分析蚕丝打结机器人各个机构驱动电机在不同转速下对蚕丝打结机器人打结性能的影响。实验验证结果表明,蚕丝打结机器人可以顺利完成蚕丝的打结去糙处理,打结性能良好。

关键词： 缆索机器人   带集中质量的弦振动方程   共振分析   振动响应   爬升性能  

摘要： 斜拉桥和悬索桥是当今社会使用最广泛的桥梁,有着巨大的经济价值,与此同时,桥梁的安全性也是不容忽视的问题。缆索作为桥梁的主要承重部件,经常受到风振、雨振等极端条件的影响,需要定期维护,而缆索机器人的应用可以将工人从危险的高空作业中解放出来。国内外已有一些投入使用的缆索机器人,但针对与缆索机器人的动力学特性研究较少。一方面,机器人在缆索上爬行时会改变缆索本身的振动特性;另一方面,振动也制约着机器人的爬升能力。所以本课题以机器人-缆索耦合动力学问题为重点研究对象。本文的具体工作有:(1)设计机器人的总体方案。分析机器人的机械结构,讨论电机选型与传动方案,研究影响回收机构性能的关键参数,讨论控制系统方案;(2)分析机器人的爬升性能、防脱轨能力、越障能力等。研究滚轮在振动情况下的防打滑、防跑偏能力,以及相互间的关系;讨论影响越障性能的参数,并研究驱动轮所在位置对越障能力的影响。(3)研究机器人与缆索的共振问题。用瑞利商法求机器人-缆索系统的固有频率,用ansys有限元软件求机器人机架的固有频率,对机器人的结构振动以及振动控制方法进行讨论,设计阻尼减振器并用状态空间对其建模。(4)研究机器人与缆索的振动响应问题。用带集中质量的弦振动方程对机器人-缆索系统进行描述,分别用解析法和离散法研究缆索在瞬态激励下的响应方程,并在离散法的基础上进行仿真,研究机器人在不同位置时缆索最大振幅的变化;建立相似性模型,研究相似性实验方案。(5)对机器人进行室内实验。通过实验研究机器人的爬升能力、安全回收机构性能、机器人爬升速度;搭建振动爬升实验平台,讨论实验平台的设计方法,观察机器人在振动环境中的爬升性能。本文中的一些研究方法,对其他类型缆索机器人也具有参考价值。