球形机器人

摘要： 设计了一种可靠性更高的三驱动单摆式球形机器人,工作过程中,当其中一个驱动电机发生故障时,其余两个驱动电机仍可以相互配合实现全向运动,有效地提高了球形机器人工作的可靠性。该球形机器人的三个驱动电机能够两两配合提供两种运动方式,其中一种运动方式根据角动量守恒定律可以实现机器人的原地零半径转向,使运动更加灵活。

摘要： 针对球形机器人在姿态解算的过程中,惯性测量元件精度不高、稳定性差和易受噪声干扰从而导致无法精确控制其运动姿态的问题,提出一种通过扩展卡尔曼滤波融合IMU(Inertial Measurement Unit)惯性测量元件数据来进行姿态解算的方法,利用多传感器测量数据进行融合,并使用扩展卡尔曼滤波得到精确的姿态信息。通过相关实验充分验证了基于扩展卡尔曼滤波的姿态解算方法的精度和鲁棒性明显提高,抗噪声干扰能力更强。实验表明,该姿态解算方法相比于互补滤波的姿态解算,全姿态角均方根误差和平均误差分别下降了0.0601和0.1984,可见其对于球形机器人的运动控制具有良好的适用性。

摘要： 具备高速精准运动能力是球形机器人技术发展的重要方向.针对高速运动状态下外界扰动和系统抖振等因素对球形机器人精准直线运行产生的影响,开展面向高速直线运动的分数阶自适应分层积分滑模控制方法的研究.提出面向高速直线运动的球形机器人标准动力学模型并且以此作为控制方法的研究基础,将积分项和分数阶微积分项与分层滑模控制方法相结合,并且对高速运动过程中的未知扰动进行自适应评估和补偿,基于BYQ-GS高速运动球形机器人对该方法的控制效果展开验证.研究结果表明,在高速直线运动状态下,随着速度的增大,该控制方法能够有效提高系统响应速度、收敛速度、稳定性和鲁棒性,对球形机器人高速精准控制的实现有重要的意义.

摘要： 本文设计了一种球形机器人,它是通过重心驱动和角动量驱动来实现球体的滚动.机器人的动力部分主要由两个驱动电机和一个转向电机组成,三个电机处于同一水平面上.通过两个驱动电机实现了球形机器人前后向的运动,通过转向电机实现左右转向,包括原地的自转.

摘要： 针对钕铁硼永磁体在加工制作微型结构时成型困难且易脆的问题,采用磁流变液作为微型磁控机器人的驱动材料,设计一种用于人体胃部靶向送药的球形磁控机器人.根据磁流变液的流变机理,分析磁性颗粒在磁场中的力学关系,建立球形磁控机器人的动力学模型并进行仿真分析.搭建机器人运动图像获取系统,并利用霍夫变换圆检测算法计算该机器人的位移.最后,制作机器人样机并在具有空间磁场的实验平台中进行运动测试.结果表明,基于磁流变液的球形磁控机器人易于控制并且运动稳定、可靠.

摘要： 针对球形机器人在运动控制中难以实时、准确地获取机器人的位置和姿态估计精度的问题,提出了一种基于互补滤波和粒子滤波相融合的姿态解算算法.为了避免使用磁力计数据参与四元数计算时俯仰角和横滚角误差较大的问题,使用陀螺仪和磁力计互补滤波算法单独对球形机器人的偏航角进行解算,同时,通过信息熵评估磁力计噪声大小,动态调整磁力计在互补滤波中的权值.实验结果表明,在外部磁场干扰实验中,偏航角误差在3?以内,在球形机器人动态和静态实验中,偏航角误差在0.3?左右,俯仰角和横滚角误差能够控制在0.1?之内.因此,该算法能够保证球形机器人姿态解算的实时性,增强准确性和和抗干扰能力,有效提高球形机器人运动控制的精度.

摘要： 针对用于电缆通道环境监测的双轮驱动球形机器人,基于拉格朗日方程实现其动力学建模.通过驱动车轮的转角、球形机器人两自由度位置坐标、驱动车体的姿态角直观的计算出系统的动能和势能;考虑球形机器人位置坐标、驱动车体姿态角、球形机器人运动方向角和左右驱动车轮的转角的约束关系,选择左右驱动车轮的转角、球形机器人的移动距离、驱动车体的姿态角作为广义坐标;考虑驱动车轮和球壳、球壳与地面的摩擦得到系统的广义力和耗散能量,建立了能够描述双轮驱动球形机器人在二维水平面运动、驱动车体姿态的多体动力学.最后,在Matlab/Simulink环境中开展了模型的仿真分析,仿真结果表明所建模型的有效性.

摘要： 为将传统球形机器人的应用领域从陆地拓展到水域,通过在球壳上黏附辅助鳍,增大球形机器人水面运动的推进力,设计一种紧凑高效的水陆两栖球形机器人.分析特殊平面形状的单片辅助鳍在运动周期中入水面积和形心的变化规律,基于机翼理论推导液体作用在辅助鳍上的升力和阻力计算公式,给出水平分力和竖直分力表达式.利用傅里叶级数对水平分力和竖直分力进行拟合,针对球壳上不同数量辅助鳍配置方式,给出傅里叶级数表示的水平分力合力和竖直分力合力计算公式.研究结果表明,增大球壳旋转角速度和辅助鳍入水面积可提高水平分力;水平分力合力呈现周期性变化规律;增加配置的辅助鳍数量可增大水平分力合力的平均值,减小合力的波动幅度;辅助鳍结构能够给球形机器人水面运动提供持续稳定的推进力.

摘要： 针对球形机器人动力学模型不准确、参数不确定的问题,设计了一种基于李雅普诺夫(Lyapunov)方法的模型参考自适应控制(MRAC)算法。首先,搭建了基于全向轮驱动的球形机器人实验平台,并利用拉格朗日方程进行动力学建模。然后,为解决球形机器人运动过程中参数易受干扰的问题,采用MRAC进行运动控制,其中自适应控制率利用李雅普诺夫方法进行设计。最后,通过在线仿真和实测实验,结果表明MRAC具有良好的控制效果,在运动参数受到干扰时仍有较好的控制能力。

摘要： 本项目在球形机器人研究成果的基础上,利用球形机器人全封闭的特性,通过在球形机器人内部安装螺旋推进装置,提出一种具有水陆两栖功能的球形机器人,其既可以在陆地及水下自由滚动,同时也可以在水中运动,扩大了球形机器人的使用范围;开展了基于这种结构类型的球形机器人的驱动机构优化设计、水下运动学及动力学分析以及水下运动控制等研究工作,研制出相应的原理样机对理论分析结果进行实验验证,研究成果不仅具有重要的学术意义,在实际应用中也有广泛的前景.

摘要： 针对风载荷下内外驱动兼备球形机器人处于静平衡状态进行分析,利用空气动力学和静力学,详尽的分析了内外驱动兼备球形机器人的静力学特性,建立了考虑球体变形影响的弹性球体的简化静力学模型,对球形机器人研究有积极作用.

摘要： 介绍了一种球形机器人的运动原理及结构设计。通过一套全部装置在球体内部、小巧的机械结构实现了球体灵活的运动和越障;克服了传统浮动式设计存在的结构复杂、运动性能差的缺点,使球体运动的灵活性和速度大幅提高。

摘要： 本文分析了球形机器人的爬坡能力,介绍了爬坡实验.利用相平面法对球形机器人弹跳前的运动进行了分析,得到了起跳条件.利用质点系的达朗伯原理得到了球形机器人弹跳后的动力学模型.制作了一套弹跳实验装置,对该模型进行了仿真和实验.仿真和实验的结果验证了分析的正确性及球形机器人弹跳运动的可行性.

摘要： 球形机器人作为近年来被广泛关注的新型移动机器人,结构紧凑、运动灵活、自我保护能力强,在油气管道检测领域具有不可替代的优势.原地转向运动作为球形机器人特有的运动方式,能够增强其运动灵活性和环境适应性,但现有工作没有将其作为一种单独的运动方式进行建模与控制方法研究.本项目旨在研究一种基于粘滑原理的双偏心质量驱动球形机器人原地转向运动控制方法,增强其对管道环境的适应能力,为其能够早日应用于油气管道检测领域提供理论与实验依据.

摘要： 介绍了一种用于环境探测的球形移动机器人的结构及其运动原理,对该球形机器人的电机控制系统进行了研究,建立了其直流电机的数学模型,并在MATLAB环境下建立其仿真模型.设计了速度、电流双闭环电机控制系统,通过MATLAB软件初步求得球形机器人电机控制系统的电流环和速度环PID调节器参数,在参数计算中考虑了球形机器人的机构部分及电机控制电路对电机的影响.通过软件仿真得到的控制器参数为球形机器人电机控制系统的PID调节器的设计提供了参考依据,避免了PID参数选择的盲目性.球形机器人避障实验的结果表明电机控制满足预期要求。

摘要： 本发明公开了一种球形勘探机器人及基于该机器人的勘探系统，其中，所述球形勘探机器人包括外球壳、内球壳、第一支撑模块、信息采集模块、重心驱动模块和第二支撑模块，其中，第一支撑模块支撑连接外球壳和内球壳，信息采集模块采集机器人所处环境的环境信息，第二支撑模块支撑重心驱动模块和内球壳，且可沿内表面滑动，重心驱动模块按照控制指令沿内球壳内表面运动，从而改变机器人重心，带动机器人运动。所述勘探系统包括总控机和若干球形勘探机器人，总控机和球形勘探机器人之间、以及球形勘探机器人之间通过无线连接，形成一个无线自组织网络。本发明适用于信号微弱、环境恶劣的情境下的勘探，可减少人员安全隐患。

摘要： 机器人控制模型学习装置(10)对于以表示在动态环境中向目的地自主行驶的机器人的状态的状态信息为输入而从包括介入环境的介入行动的多个行动中选择并输出与机器人的状态对应的行动的机器人控制模型，将执行了介入行动的介入次数作为负的报酬对该机器人控制模型进行强化学习。

摘要： 本发明为一种球形变胞机器人和基于该机器人的环境信息监测系统，该机器人包括控制单元、球形壳体和多个均匀分布在球形壳体上的伸缩足，所有伸缩足的轴线交于球形壳体的球心，伸缩足能沿着球形壳体的径向伸缩，所有伸缩足能够完全包裹在球形壳体内或伸出球形壳体外。该系统包括自组网通信模块、环境信息采集组件、上位机、定位模块和多个变胞机器人；多个变胞机器人布置在待检测区域的各个位置，每个变胞机器人上均安装有自组网通信模块、定位模块和环境信息采集组件；自组网通信模块与上位机进行通讯，每个机器人上的自组网通信模块能够与其余机器人上的自组网通信模块双向通讯。环境信息监测系统具有三种模式，实现全天候、全方位、全自主的智能动态监测。

摘要： 一种飞行侦察机器人和多球形移动侦察机器人的复合侦查系统，包括飞行侦查机器人和位于其下端的投放和回收球形侦查机器人；飞行侦查机器人包括飞行机器人上板和飞行机器人下板，飞行机器人上板和飞行机器人下板之间设置有机臂，机臂通过无刷电机连接旋翼；投放和回收球形侦查机器人包括安装在飞行机器人下板上的机械手爪，机械手爪下方控制球形侦查机器人；飞行机器人下板上设置有通讯模块、云台相机及机械手爪控制模块、集成电源管理模块、飞控模块和动力电池，飞行机器人上板上设置有GPS模块，飞行机器人下板底部安装有两个三轴云台相机。本发明具有空中广域侦察和地面集群式精细侦察高效复合、以中继机为核心进行数据交互的特点。

摘要： 本实用新型为一种球形变胞机器人和基于该机器人的环境信息监测系统，该机器人包括控制单元、球形壳体和多个均匀分布在球形壳体上的伸缩足，所有伸缩足的轴线交于球形壳体的球心，伸缩足能沿着球形壳体的径向伸缩，所有伸缩足能够完全包裹在球形壳体内或伸出球形壳体外。该系统包括自组网通信模块、环境信息采集组件、上位机、定位模块和多个变胞机器人；多个变胞机器人布置在待检测区域的各个位置，每个变胞机器人上均安装有自组网通信模块、定位模块和环境信息采集组件；自组网通信模块与上位机进行通讯，每个机器人上的自组网通信模块能够与其余机器人上的自组网通信模块双向通讯，实现全天候、全方位、全自主的智能动态监测。

摘要： 本发明公布了一种机器人头部，磁性连接球形机器人的球体，所述机器人头部包括基座、托盘支架、功能器件及传动齿轮组，所述基座磁性连接所述球体，所述传动齿轮组安装于所述基座上，所述托盘支架位于所述基座上并通过所述传动齿轮组与所述基座转动连接，所述功能器件固定于所述托盘支架上，所述功能器件用于识别工作环境，所述传动齿轮组驱动所述托盘支架及所述功能器件相对所述基座转动。本发明还公布了一种球形机器人。机器人头部转动的负载小，电量消耗小，增强了球形机器人的续航能力，并且降低了头部的转动延迟，转动效率较高，球形机器人智能化较高，用户体验好，满足家庭机器人的使用要求。

摘要： 本发明提供一种球形机器人及包括其的机器人组合，涉及机电技术领域。本发明提供的球形机器人包括内球壳和外球壳，内球壳内设置有控制模块和电源，控制模块与电源连接，内球壳的外表面上设置有多个电极，各电极均与控制模块连接，以使控制模块向任意两个电极分别输出电压，内球壳的外表面上还设置有多个第一磁铁，外球壳和内球壳之间的空间区域中部分填充有熔点低于室温的液态金属，至少两个电极浸入液态金属中，外球壳的内表面上设置有多个第二磁铁，第一磁铁朝向外球壳的一侧的磁性，与第二磁铁朝向内球壳的一侧的磁性相反。本发明的技术方案能够使得球形机器人的结构简单、易于推广应用。

摘要： 本实用新型公开一种用于球形机器人的壳体装配结构及球形机器人，所述壳体装配结构包括环形壳体和两个半球壳体；两个半球壳体分别设置在所述环形壳体的两侧；环形壳体用于容纳球形机器人的驱动组件，其中，两个半球壳体分别连接球形机器人的驱动组件；所述环形壳体以外表面不凸显螺钉方式装配而成。

摘要： 本实用新型公开一种用于球形机器人的轮体装配结构，所述轮体装配结构包括半球壳体；半球壳体是设置在球形机器人内部的驱动组件的两侧；其中，驱动组件用于带动半球壳体转动；半球壳体是以无螺钉的方式装配而成。

摘要： 本实用新型提供一种球形机器人及包括其的机器人组合，涉及机电技术领域。本实用新型提供的球形机器人包括内球壳和外球壳，内球壳内设置有控制模块和电源，控制模块与电源连接，内球壳的外表面上设置有多个电极，各电极均与控制模块连接，以使控制模块向任意两个电极分别输出电压，内球壳的外表面上还设置有多个第一磁铁，外球壳和内球壳之间的空间区域中部分填充有熔点低于室温的液态金属，至少两个电极浸入液态金属中，外球壳的内表面上设置有多个第二磁铁，第一磁铁朝向外球壳的一侧的磁性，与第二磁铁朝向内球壳的一侧的磁性相反。本实用新型的技术方案能够使得球形机器人的结构简单、易于推广应用。