發(fā)布時間：2020-05-31 09:24

【摘要】：隨著人類活動范圍與探索區(qū)域的擴大,對具有更強機器柔性與適應(yīng)能力的地面移動機器人研究逐漸成為行業(yè)熱點。本文將從機構(gòu)學角度出發(fā),試圖通過連桿機構(gòu)的靈活性以及大變形特點,提高其自身的移動能力與越障性能,進而實現(xiàn)增強其環(huán)境適應(yīng)性的目的。本文基于平面化構(gòu)造多面體移動連桿機構(gòu)的理念,系統(tǒng)地提出了兩種構(gòu)型設(shè)計方法,包括空間中心正交多面體設(shè)計方法、空間環(huán)形陣列多面體設(shè)計方法。設(shè)計方法由演化過程形成規(guī)則的、系列化的構(gòu)型,由變異過程隨機推導出具有不同變形方式的新式構(gòu)型。對本文所提構(gòu)型進行自由度計算、驅(qū)動配置分析、運動學分析、運動可行性分析、仿真與原理樣機試驗。本文具體研究內(nèi)容如下:(1)基于平面化構(gòu)造多面體地面連桿機構(gòu)的總體思路,對典型平面機構(gòu)進行分析,提出了兩種構(gòu)型設(shè)計方法。其一為空間中心正交多面體設(shè)計方法,即將平面機構(gòu)在空間中以其中心對稱線為軸線,進行正交而形成的多面體機構(gòu);其二為空間環(huán)形陣列多面體設(shè)計方法,即將若干平面機構(gòu)通過對邊依次串聯(lián)連接,所形成的首尾相連的多面體機構(gòu)。(2)依據(jù)空間中心正交多面體設(shè)計方法中的演化過程,提出空間三正交平行四邊形滾動機構(gòu),通過將三個平行四邊形機構(gòu)進行正交,機構(gòu)在獲得良好機體剛度的同時,具有較強的轉(zhuǎn)向靈活性。分析過程采用幾何分析方法,即通過多面體中普遍存在的特定幾何限定關(guān)系將機構(gòu)化簡,有效簡化了運動學分析過程。(3)依據(jù)空間中心正交多面體設(shè)計方法中的變異過程,將三正交平行四邊形機構(gòu)的十字平面連桿變異為井字形網(wǎng)格,提出了一種新型菱面體滾動機構(gòu)。由于變異過程破壞了原始機構(gòu)的上下平臺,從而菱面體機構(gòu)獲得了完全中心對稱的特性,并且機構(gòu)具備了更加靈活地移動能力。(4)空間中心正交多面體設(shè)計方法所形成的構(gòu)型,由于全封閉的閉鏈連桿結(jié)構(gòu),一定程度上限制了機構(gòu)的運動。為了打破這一限制,嘗試通過解除多面體部分平面限制,使機構(gòu)獲得更高的靈活性。依據(jù)這個思路,提出一種反平行四邊形環(huán)形四陣列機構(gòu)。該構(gòu)型具有平面與球面兩種運動模式,具有更為廣泛的活動空間和更加豐富的變形能力。(5)在此基礎(chǔ)上進一步拓展,總結(jié)提煉出了空間環(huán)形陣列設(shè)計方法。通過將4種典型的平面連桿機構(gòu),以4種串聯(lián)排布形式進行組合,共提出了 16種構(gòu)型。通過對其移動功能與操作功能進行分析,得出了此類機構(gòu)具有極強的變形能力,包括但不限于直行、斜行、變步長行進、偵查隱蔽、陡坡行進、限高行進等,并在對不同環(huán)境下的步態(tài)進行具體說明。(6)對空間環(huán)形陣列多面體機構(gòu),提出一套有針對性的自由度計算方法與驅(qū)動配置方法。通過平面機構(gòu)引出裝配推演法,并給出了針對此類機構(gòu)自由度的計算公式,其思路在于以機構(gòu)串聯(lián)狀態(tài)下的自由度,減去裝配過程的約束,從而得到機構(gòu)整體的自由度。由于此類機構(gòu)自由度數(shù)量較多,因此提出針對此類機構(gòu)的驅(qū)動配置方法,并給出合理的驅(qū)動電機安裝位置。通過以上分析,可以得出空間中心正交多面體連桿機構(gòu),具有良好的整體剛度,空間環(huán)形陣列多面體連桿機構(gòu),具備更強的變形能力。文中所提多面體機構(gòu)的設(shè)計方法,為地面移動多面體連桿機構(gòu)提供了重要的參考價值。幾何分析方法、自由度分析方法以及驅(qū)動配置方法,也將對多面體機構(gòu)的分析研究提供理論依據(jù)。
【圖文】：

逡逑測的主流設(shè)計［％６１］，如圖１－３所示。逡逑＿⑩S緬義希ǎ幔╁危ǎ猓╁危ǎ悖╁義賢煎澹保卞迦蚵鄭海ǎ幔╁澹牽潁幔猓錚鰨椋澹悖耄殄澹桑郟矗浮�，（ｂ）邋繚}幔猓錚鰨椋澹悖耄殄澹桑桑郟矗梗藎ǎ悖╁澹停澹悖幔睿酰恚郟擔埃蒎義希疲椋紓澹保卞澹希恚睿椋洌椋潁澹悖簦椋錚睿幔戾澹鰨瑁澹澹歟孩儒澹牽潁幔猓錚鰨椋澹悖耄殄澹傘荊矗у澹ǎ猓╁澹牽潁幔猓錚鰨椋澹悖耄殄澹桑蓵�，（ｃ）邋Ｍｅｃａｎｕｍ｀P擔埃蒎義希茫幔螅簦澹潁殄澹咤澹掊義希臁�，呭ＯX危ｅ義希ǎ幔╁危ǎ猓╁危ǎ悖╁義賢跡保蒼秸銑德鄭海ǎ幔┬行鍬鄭郟擔薄�，（ｂ）变径锣嵿P擔病浚ǎ悖┘β鄭郟擔場垮義希疲椋紓澹保插澹祝瑁澹澹歟簀澹鰨椋簦楨澹錚猓螅簦幔悖歟邋澹螅酰潁恚錚酰睿簦椋睿玨澹悖幔穡幔猓椋歟椋簦哄澹ǎ幔╁澹穡歟幔睿澹簦幔潁澹鰨瑁澹澹歟郟擔保藎澹ǎ猓╁澹模澹媯錚潁恚幔猓歟邋義希鰨瑁澹澹歟郟擔玻藎ǎ悖╁澹潁幔簦悖瑁澹翦澹鰨瑁澹澹臁荊擔常蒎義希ǎ幔╁危ǎ猓╁危ǎ悖╁義賢煎澹保沖逍喬蛺講饣魅耍海ǎ幔╁澹櫻遙插澹遙錚觶澹蜇擔埂�，（ｂ）邋＿b錚悖耄澹潁猓錚紓椋邋澹裕穡遑叮埃藎�，邋（ｃ）邋Ｃ＿b粒洛遑保郟叮薄垮義希疲椋紓澹保沖澹校歟幔睿澹翦澹澹穡歟錚潁幔簦椋錚鑠澹潁錚觶澹潁孩儒澹櫻遙插澹遙錚觶澹潁郟擔埂

本文編號：2689643