本文選題：移動(dòng)機(jī)器人　切入點(diǎn)：多移動(dòng)模式　出處：《北京交通大學(xué)》2015年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展,機(jī)器人的工作環(huán)境逐漸面向未知的復(fù)雜環(huán)境(如星球探測(cè),地震救援等),其移動(dòng)方式也從單一方式逐步擴(kuò)展為多種模式的集成和復(fù)合。混合式、自重構(gòu)以及其他新型移動(dòng)技術(shù)也不斷被開(kāi)發(fā)以提升機(jī)器人移動(dòng)能力。本文從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度出發(fā),將移動(dòng)機(jī)器人看作為移動(dòng)連桿機(jī)構(gòu),嘗試?yán)眠B桿機(jī)構(gòu)的靈活特性,盡可能地提升機(jī)構(gòu)的移動(dòng)能力。本文首次系統(tǒng)地提出了具有全姿態(tài)移動(dòng)能力的多模式移動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)概念。即多模式移動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)是一種依靠機(jī)構(gòu)自身變形和運(yùn)動(dòng)形式的變化,將多種移動(dòng)方式(如滾動(dòng)、蛇形、輪式或腿式等)在同一套機(jī)構(gòu)上集成和切換,并且在任意狀態(tài)下均具有移動(dòng)能力的復(fù)雜變形閉環(huán)連桿機(jī)構(gòu)�；谠撍枷�,論文分別針對(duì)平行四邊形機(jī)構(gòu)、平面和空間閉環(huán)機(jī)構(gòu),對(duì)多模式機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)和模式分析方法進(jìn)行了探索研究。具體研究?jī)?nèi)容如下：(1)使用單個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu),通過(guò)冗余電機(jī)對(duì)機(jī)構(gòu)奇異位置的控制,實(shí)現(xiàn)平行四邊形和反平行四邊形機(jī)構(gòu)的狀態(tài)切換,分別對(duì)著兩種狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,得到了滑行、爬行和側(cè)滾模式。進(jìn)一步分別利用爬行和側(cè)滾步態(tài),研究了單自由度的機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向方法。(2)根據(jù)Bricard縮放機(jī)構(gòu)和變胞機(jī)構(gòu)原理,提出一種可以在平行四邊形機(jī)構(gòu)和球面四桿機(jī)構(gòu)之間自由切換的空間八桿機(jī)構(gòu),分析其在各自狀態(tài)下的移動(dòng)能力,得到了平行四邊形(PPM)滾動(dòng)模式和球面四桿(SFM)滾動(dòng)模式。綜合使用兩種模式,機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)和自由轉(zhuǎn)向。(3)以平行四邊形機(jī)構(gòu)單元,根據(jù)中心對(duì)稱(chēng)原則,構(gòu)造具有內(nèi)驅(qū)動(dòng)的單自由度多環(huán)機(jī)構(gòu)�；赯MP原理,分析其主動(dòng)滾動(dòng)模式和滾動(dòng)步態(tài)。此外,利用機(jī)構(gòu)的自平衡位置,對(duì)機(jī)構(gòu)變形進(jìn)行分析,得到了機(jī)構(gòu)被動(dòng)步滾的原理與條件。(4)提出一種等效四面體機(jī)構(gòu)的三叉機(jī)構(gòu),并基于此四面體單元,提出了構(gòu)造具有多面體外形的多模式移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法以及移動(dòng)模式分析流程。并以雙單元(雙三角錐機(jī)構(gòu))為例對(duì)機(jī)構(gòu)移動(dòng)模式分析進(jìn)行闡述。(5)基于單自由度雙三角錐機(jī)構(gòu),得到了定向和概率滾動(dòng)兩種模式,并依靠概率特性提出了單自由度機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向機(jī)制以及控制策略,通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證策略的有效性。從而使得單自由度雙三角錐機(jī)構(gòu)可以向平面任意目標(biāo)區(qū)域的移動(dòng)。(6)結(jié)合并聯(lián)機(jī)構(gòu)、縮放機(jī)構(gòu)和可重構(gòu)原理,提出了三類(lèi)移動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)。綜合多操作模式的思想,對(duì)這類(lèi)機(jī)構(gòu)的變形特征和移動(dòng)能力進(jìn)行研究。首先,針對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)連桿結(jié)構(gòu)的改進(jìn),提出了可移動(dòng)3-RSR并聯(lián)機(jī)構(gòu),結(jié)合平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)模式,研究其基本的全姿態(tài)滾動(dòng)模式。其次,在3-RSR并聯(lián)移動(dòng)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上,將平臺(tái)拓展為單自由度縮放機(jī)構(gòu)以增加平臺(tái)操作模式。進(jìn)一步分析移動(dòng)模式,得到了蠕動(dòng),自穿越模式和滾動(dòng)三種移動(dòng)模式。再次,根據(jù)支鏈機(jī)構(gòu)的奇異特性,提出了將并聯(lián)機(jī)構(gòu)的支鏈轉(zhuǎn)化為串聯(lián)式機(jī)構(gòu)的構(gòu)造方法和折疊變形技術(shù)。進(jìn)一步提煉出了一種將并聯(lián)移動(dòng)機(jī)構(gòu)整體轉(zhuǎn)化為串聯(lián)式腿式機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模式和支鏈的變形分析,得到了滾動(dòng)、側(cè)翻、類(lèi)輪式以及腿式四種移動(dòng)模式。此外,對(duì)各模式之間的過(guò)渡狀態(tài)以及切換規(guī)律進(jìn)行了分析,以獲得不同移動(dòng)模式快速轉(zhuǎn)換的方法。通過(guò)這部分的研究工作,使移動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合集成了滾動(dòng),類(lèi)輪式以及腿式三種高效移動(dòng)模式,清楚地闡述了多模式移動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念。通過(guò)該方法,可以極大提高了機(jī)構(gòu)的移動(dòng)能力,為后續(xù)設(shè)計(jì)具有高適應(yīng)性的移動(dòng)平臺(tái)提供了必要的關(guān)鍵技術(shù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TH112

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本文編號(hào)：1639506