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【天富平台代理怎么注册】为移动机器人安装新型的半圆形轮子

该研究介绍了在不平坦的地形上使用半圆形轮子的移动机器人的开发。它在不改变势能的情况下,在平地上执行爬行步态,在碎石上执行攀爬的蝴蝶步态。研究者还利用爬行步态来进行转弯运动。蝴蝶步态用于攀越高台阶。转弯运动不仅是通过两侧轮子之间产生角速度差来实现的,而且是通过保持爬行步态来实现的。研究者实现了从转弯运动到枢轴转动的连续运动。研究者对使用爬行步态在平地上的运动和转弯运动进行了实验。本文以“Development of novel mobile robot with semicircular wheels”为题于2020年8月19日发布于《ROBOMECH Journal》杂志上。

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研究背景与实验过程

许多在崎岖地形上行走的移动机器人已经开发出来,并有望作为救援机器人活跃起来。研究者开发了一个原型模型,可以在可能倒塌的建筑物中使用。救援人员进入建筑物寻找受害者,通常是在有二次灾难的风险时。如果大楼没有完全倒塌,而且大多数楼层都保持平直,那么使用车轮的移动性就更有效了。此外,由于可能有障碍,如楼梯和日常必需品,攀登的能力是必要的。那些以三星级为基础的,由一个大的三星级轮和三个小轮子组成,它们排列在一个等边三角形中。当小轮不动时,大轮开始转动,并作为一条腿起作用。Tribot的轮子和三轮是以三星轮为基础开发的。两个轮子与地面接触。这三个轮子是主动的轮子,在地面上用两个轮子移动,沿着平坦的地面移动。除此之外,三个轮子被视为腿和处理台阶攀登功能。三轮是劳伦·史密斯(Lauren M.Smith)开发的一种新型车轮。这三个轮子是活动轮。有两种模式:驱动模式和翻滚模式。当沿着平坦的地面移动和步进攀爬时,模式会改变。以这种运动方法为重点的原型模型是洛珀。洛珀是一种四足杂交爬楼梯机器人。它使用了一种叫做三叶的新轮子。轮子是以三星级车轮为基础的,它采用了一种驱动腿的方法。Tribot和Tri-Star轮可以在平坦的地面上具有高台阶爬升性能和静态稳定性。然而,为了达到兼容性,车轮机构变得复杂。虽然洛珀车轮很简单,但在平坦的地面上行驶时会发生强烈的垂直振动,产生不必要的能量。这也加重了操作者的负担。RHex和超腿是为腿轮式机器人而开发的。RHex是一个简单的、高度移动的六足机器人。腿是半圆形的,因为它们是由玻璃纤维制成的,所以它们既有弹性又有坚固性。RHex采用三脚架步态作为基本的运动方式,使得处理大岩石和崎岖地形的活动成为可能。超腿是中卫公司开发的一种可变形腿轮机器人。

可变形的腿被储存在圆轮的侧面,腿是用电线展开的。正确地使用圆形车轮和腿,跨腿将沿着平坦的地面移动,并爬上台阶。这些机器人的一个问题是RHex相对于其腿的直径有一个很短的移动距离。虽然平地上、下向运动强烈,但其运动效率降低。横腿在轮和腿之间有一个变形机制。同时,这种机制也变得复杂起来。寄居者和摇杆已被发展成具有摇臂转向架机构的机器人。寄居者是一种为在火星上工作而开发的机器人。因为它有一个转向机构,所以可以使它在没有速度差别的情况下转动。摇杆-支柱是一个爬行机器人,可以移动,即使在地形上,不能在车轮上导航。问题是摇臂转向架机构必须包含太多的环节,使其结构复杂化。许多移动机器人讨论的主要问题是它们复杂的爬行机构。研究者认为该机构必须简化,因为复杂的机构导致移动机器人的大小和重量。为了解决这个问题,研究者提出了简单形状的车轮,例如半圆形。有半圆形轮子的移动机器人,由于车轮不是圆形的,所以在没有俯仰的情况下不能平稳地移动。为了解决这一问题,研究者将腿部机器人的步态安装到轮式移动机器人上.然而,由于轮式机器人的结构与腿部机器人的结构不同,这种步态在转弯时会导致跌倒。因此,研究者提出了一种新的转向方法。

正如前面提到的,研究者开发的新型车轮的一个要求是,它能够和圆形车轮一样运动,而与其他特殊车轮相比,它的爬升性能不受影响,并且在平坦的地面上行驶。图形显示各种车轮形状的性能比较,这些形状可以爬升一个较低的台阶。圆周轮在圆周上没有凸起的部分,而磨砂轮有它们。然而,磨砂轮不能用凸起的部分钩住高于其半径的台阶的边缘。另一方面,半圆轮可以钩住高于其半径的台阶的边缘。结果表明,半圆轮具有最高的阶跃爬升性能。

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图为单轮比较图

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图为设计基本

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图为蝶形步态的相位变化

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图为半圆轮机器人

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图为轮子尖端

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图为实验中蝶形步态运动

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图为台阶攀登

爬行步态结合了半圆形车轮的动作,使机器人以与圆形车轮相同的方式运动。有了圆形的轮子,机器人可以在没有特殊控制的情况下移动。然而,在半圆形的车轮下,机器人需要适当的控制,因为非圆的形状不能产生机器人的平稳运动。因此,研究者将四足行走的爬行步态引入四轮机器人.当爬行步态由四条腿的机器人进行时,重心总是在支撑多边形内,脚在地面上,而原型模型的主体保持水平。因此,原型模型可以在不坠落的情况下移动。在腿部机器人中,其重心部分投影在地面和支撑多边形是相对变化的时刻。然而,对于研究者的机器人,齿轮的位置和支撑多边形不会改变,因为车轮的接触点与地面和身体之间的相对位置没有变化。只有爬行步态安装在研究者的原型模型,步态变得不稳定,因为它的重心不在它的支撑多边形内。研究者设计了一种移动重心的方法,当爬行步态用原型模型进行时,如图所示。

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图为爬行步态的相位变化

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图为通过移动重心来稳定

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图为机器人在验证中的状态

研究者进行了一个实验,以确定爬行步态,即腿型机器人的步态,是否也可以与轮式机器人。试验在平地上进行,内衬侧角速度为150°,地面接触角速度为50°/s。

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图为爬行步态

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图为时间与位移的关系

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图为枢轴转向的相变

综上所述,得出实验结论

实验结论

研究者提出使用半圆形车轮,并开发了一种具有半圆形车轮的移动机器人–新型车轮。半圆轮具有较高的阶跃爬升性能。半圆轮原型模型具有良好的爬高性能。这一性能要比有圆轮或车轮的机器人要高。研究者还证实,没有向上和向下的运动是可能的,在平坦的地面上,爬行步态。提出了一种新的旋转运动算法,并验证了该模型能够在不掉落的情况下旋转。研究者还证实,有可能不断地从正向转向转向枢轴转向。

参考文献:Kanta Yamamoto & Takeshi Aoki Development of novel mobile robot with semicircular wheels ROBOMECH Journal 32 (2020)

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