欢迎访问江苏省物联网智能机器人工程实验室
研究方向 > 文章详情
物联网环境下机器人系统结构
.
发布人:申景金  发布时间:2018-02-27   动态浏览次数:38

本部分着重从悬索检测机器人、爬壁特种机器人和空中机器人三个方面来阐述。

悬索检测机器人可携带无损检测设备沿高空缆索攀爬,完成检测任务,具体检测实施过程是:机器人携带配套的无损检测设备爬上缆索进行检测,并通过无线传输设备将检测结果和机器人的运行状态参数传至地面监控器,同时,地面操作人员可实时控制机器人运动状态(图1)。拟在第1代双边轮式攀爬机器人基础上(图2),研制先进的高端机器人装备,主要研究内容包括:

1)针对新式压有凹坑或螺旋线的缆索,综合运用机电控制一体化技术,设计开放式多轮驱动柔性爬升机构,使机器人具有高效灵活的爬升能力和越障能力(图3);

2)为保障几百米高空的机器人的安全性,设计机器人安全下滑装置,在电气故障时能保证机器人限速下滑;

3)为适应不同倾斜度、不同风向和不同的索面缺陷缆索的检测,获得更为准确的测量结果,拟分析机器人动力学、运动学特性,研究缆索振动和机器人本体振动对爬升力的影响等,设计稳定性和运动速度控制算法,为开发基于物联网的智能控制器提供依据;

4)设计视觉检测系统和断丝超声系统,对缆索进行圆周方向全方位检测,所获得的检测数据和机器人的运行状态参数均可通过物联网控制系统传至地面控制台,同时,地面操作人员可实时控制机器人运动状态。

爬壁机器人广泛应用于玻璃幕墙,核电站墙壁,斜拉桥索塔、偏远山区的高架桥桥墩和人们难以涉足的悬崖、峭壁的检测、探险和清洁工作。拟综合考虑光滑壁面和粗糙壁面的表面结构,测量的壁面三维形貌(图4a),提取其粗糙度特征,为爬壁机器人的视觉反馈和路径规划提供数据;针对不同的壁面结构,研究其吸附方法,分别设计适应于不同表面特征的真空式,仿生式和钩爪式通用吸附结构 (4b),探索吸附机构与粗糙壁面的吸附/脱附机理,设计最优级吸附位置搜寻方法;进而,针对不同的任务需求,设计能够自适应不同粗糙壁面的攀爬结构,设计不同环境下的机器人柔顺吸附控制方法,运动控制方法,基于物联网的路径规划方法和多机器人协调控制算法。

(a) 壁面三维形貌特征提取方法


(b) 爬壁机器人抓取手爪实验

(c)爬壁机器人测试

空中机器人又叫无人机,近年来在军用及民用机器人家族中,是活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域。针对现有的四旋翼直升机存在飞行速度低、航程短等问题,综合考虑了四旋翼可以垂直起降和固定翼能够长距离航行的特点,给出一种在四旋翼的基础上添加一对固定翼和涡扇推力电机的变结构无人飞行器(图5);在水平飞行时机身两侧的双涵道涡扇和机翼共同向前倾斜以产生向后的推力和向上的升力。开发出该变结构无人飞行器样机,对飞行器固定翼进行流固耦合力学仿真分析,最后对变结构飞行器动力学建模。通过计算固定翼的单向流固耦合结果,验证设计的机翼升力是否满足设计要求。

(d) 无人机俯视图