本文選題：機器人　切入點：運動學(xué)　出處：《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報》2017年11期 　論文類型：期刊論文

【摘要】：為了設(shè)計一種可以同時實現(xiàn)邁步行走、有動力輪式機動、無動力輪旱冰式滑行3種運動方式的輪腿混合農(nóng)業(yè)四足機器人,提出了一種基于3-UPS機構(gòu)的六自由度并聯(lián)機械腿,選取結(jié)構(gòu)參數(shù)并給出設(shè)計方案。首先,通過矢量回路法推導(dǎo)出機構(gòu)的位置反解方程,并建立機構(gòu)的速度映射模型;采用搜索法對機構(gòu)的工作空間進行分析,并繪制出工作空間三維分布圖,揭示出機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作空間之間的關(guān)系;基于速度映射模型繪制出雅可比矩陣條件數(shù)在工作空間內(nèi)的三維分布圖。接著,定義了一組運動靈活性評價指標(biāo),對機械腿的機構(gòu)進行運動靈活性分析,并繪制出結(jié)構(gòu)參數(shù)與運動靈活性評價指標(biāo)關(guān)系曲線,揭示出結(jié)構(gòu)參數(shù)對機構(gòu)運動靈活性的影響規(guī)律。然后,基于工作空間特性和運動靈活性評價指標(biāo),采用蒙特卡羅法進行結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計,通過建立各結(jié)構(gòu)參數(shù)的概率模型空間選取了一組綜合性能較好的結(jié)構(gòu)參數(shù):機械腿固定平臺萬向副分布直角邊長為230 mm,運動平臺球面副分布直角邊長為70 mm,支鏈最大直徑為60 mm,各支鏈套筒和伸縮桿長度均為500 mm。最后,采用選取的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計出機械腿及輪腿混合四足機器人整體的虛擬樣機,并對虛擬樣機進行邁步運動仿真,結(jié)果表明:機械腿的各驅(qū)動參數(shù)變化非常平穩(wěn)且峰值均在合理范圍之內(nèi),證明機械腿的設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)參數(shù)較為合理。該研究為拓展輪腿混合四足機器人在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用提供了參考。
[Abstract]:In order to design a kind of wheel-leg hybrid agricultural quadruped robot which can walk at the same time, have power wheeled maneuvering and skidding with no power roller ice, a 6-DOF parallel mechanical leg based on 3-UPS mechanism is proposed. The structural parameters are selected and the design scheme is given. Firstly, the position inverse solution equation of the mechanism is derived by the vector loop method, and the velocity mapping model of the mechanism is established, and the workspace of the mechanism is analyzed by the search method. The workspace 3D distribution map is drawn to reveal the relationship between the mechanism structure parameters and the workspace, and the Jacobian matrix condition number in the workspace is drawn based on the velocity mapping model. This paper defines a set of evaluation indexes of motion flexibility, analyzes the motion flexibility of the mechanism of mechanical leg, and draws the curve of the relationship between the structural parameters and the evaluation index of motion flexibility. The influence of structural parameters on the kinematic flexibility of the mechanism is revealed. Secondly, the Monte Carlo method is used to design the structural parameters based on the workspace characteristics and the evaluation index of the kinematic flexibility. By establishing the probability model space of each structural parameter, a group of structural parameters with better comprehensive performance are selected: the rectangular side length of the universal pair distribution is 230 mm, the right angle side length of the spherical pair distribution is 70 mm, the branch chain is also selected. The maximum diameter is 60 mm, and the length of each branch sleeve and telescopic rod is 500 mm. finally, The virtual prototype of the hybrid quadruped robot with mechanical leg and wheel leg is designed by using the selected structural parameters, and the virtual prototype is simulated with step motion. The results show that the driving parameters of the leg vary smoothly and the peak values are within a reasonable range. It is proved that the design scheme and structural parameters of the mechanical leg are reasonable. The research provides a reference for the application of the wheel-leg hybrid quadruped robot in the field of agricultural engineering.
【作者單位】： 燕山大學(xué)河北省并聯(lián)機器人與機電系統(tǒng)實驗室;河北科技師范學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院;燕山大學(xué)先進鍛壓成形技術(shù)與科學(xué)教育部重點實驗室;
【基金】：國家科技支撐計劃項目(2015BAI06B01) 河北省高等學(xué)�？茖W(xué)技術(shù)研究青年基金項目(QN2015185) 河北科技師范學(xué)院博士啟動基金項目(2015YB004)
【分類號】：TP242

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本文編號：1597256