【摘要】：隨著人類活動(dòng)范圍與探索區(qū)域的擴(kuò)大,對(duì)具有更強(qiáng)機(jī)器柔性與適應(yīng)能力的地面移動(dòng)機(jī)器人研究逐漸成為行業(yè)熱點(diǎn)。本文將從機(jī)構(gòu)學(xué)角度出發(fā),試圖通過連桿機(jī)構(gòu)的靈活性以及大變形特點(diǎn),提高其自身的移動(dòng)能力與越障性能,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)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(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的理念,系統(tǒng)地提出了兩種構(gòu)型設(shè)計(jì)方法,包括空間中心正交多面體設(shè)計(jì)方法、空間環(huán)形陣列多面體設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)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(jī)推導(dǎo)出具有不同變形方式的新式構(gòu)型。對(duì)本文所提構(gòu)型進(jìn)行自由度計(jì)算、驅(qū)動(dòng)配置分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)可行性分析、仿真與原理樣機(jī)試驗(yàn)。本文具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)基于平面化構(gòu)造多面體地面連桿機(jī)構(gòu)的總體思路,對(duì)典型平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析,提出了兩種構(gòu)型設(shè)計(jì)方法。其一為空間中心正交多面體設(shè)計(jì)方法,即將平面機(jī)構(gòu)在空間中以其中心對(duì)稱線為軸線,進(jìn)行正交而形成的多面體機(jī)構(gòu);其二為空間環(huán)形陣列多面體設(shè)計(jì)方法,即將若干平面機(jī)構(gòu)通過對(duì)邊依次串聯(lián)連接,所形成的首尾相連的多面體機(jī)構(gòu)。(2)依據(jù)空間中心正交多面體設(shè)計(jì)方法中的演化過程,提出空間三正交平行四邊形滾動(dòng)機(jī)構(gòu),通過將三個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)進(jìn)行正交,機(jī)構(gòu)在獲得良好機(jī)體剛度的同時(shí),具有較強(qiáng)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(jī)構(gòu)化簡(jiǎn),有效簡(jiǎn)化了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析過程。(3)依據(jù)空間中心正交多面體設(shè)計(jì)方法中的變異過程,將三正交平行四邊形機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)。由于變異過程破壞了原始機(jī)構(gòu)的上下平臺(tái),從而菱面體機(jī)構(gòu)獲得了完全中心對(duì)稱的特性,并且機(jī)構(gòu)具備了更加靈活地移動(dòng)能力。(4)空間中心正交多面體設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。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(jī)構(gòu)獲得更高的靈活性。依據(jù)這個(gè)思路,提出一種反平行四邊形環(huán)形四陣列機(jī)構(gòu)。該構(gòu)型具有平面與球面兩種運(yùn)動(dòng)模式,具有更為廣泛的活動(dòng)空間和更加豐富的變形能力。(5)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展,總結(jié)提煉出了空間環(huán)形陣列設(shè)計(jì)方法。通過將4種典型的平面連桿機(jī)構(gòu),以4種串聯(lián)排布形式進(jìn)行組合,共提出了 16種構(gòu)型。通過對(duì)其移動(dòng)功能與操作功能進(jìn)行分析,得出了此類機(jī)構(gòu)具有極強(qiáng)的變形能力,包括但不限于直行、斜行、變步長(zhǎng)行進(jìn)、偵查隱蔽、陡坡行進(jìn)、限高行進(jìn)等,并在對(duì)不同環(huán)境下的步態(tài)進(jìn)行具體說明。(6)對(duì)空間環(huán)形陣列多面體機(jī)構(gòu),提出一套有針對(duì)性的自由度計(jì)算方法與驅(qū)動(dòng)配置方法。通過平面機(jī)構(gòu)引出裝配推演法,并給出了針對(duì)此類機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式,其思路在于以機(jī)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(jī)構(gòu)整體的自由度。由于此類機(jī)構(gòu)自由度數(shù)量較多,因此提出針對(duì)此類機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)配置方法,并給出合理的驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(jī)構(gòu),具有良好的整體剛度,空間環(huán)形陣列多面體連桿機(jī)構(gòu),具備更強(qiáng)的變形能力。文中所提多面體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,為地面移動(dòng)多面體連桿機(jī)構(gòu)提供了重要的參考價(jià)值。幾何分析方法、自由度分析方法以及驅(qū)動(dòng)配置方法,也將對(duì)多面體機(jī)構(gòu)的分析研究提供理論依據(jù)。
【圖文】：

逡逑測(cè)的主流設(shè)計(jì)［％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(dān)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(dān)埃蒎義希茫幔螅簦澹潁殄澹咤澹掊義希�。，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(dān)薄�，（ｂ）变径锣嵿P擔(dān)病�，（ｃ）棘爪锣嵿P擔(dān)場(chǎng)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(dān)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(dān)玻藎ǎ悖╁澹潁幔簦悖瑁澹翦澹鰨瑁澹澹臁荊擔(dān)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(dān)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(dān)埂

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