【摘要】：移動機(jī)器人作為幫助人類拓展認(rèn)知范圍的一類重要輔助工具,在人們的生產(chǎn)生活中占有越來越重要的地位。這也要求移動機(jī)器人對于地形有更強(qiáng)的適應(yīng)能力。人們不斷對移動機(jī)器人進(jìn)行改進(jìn),發(fā)展出了傳統(tǒng)可變形式,復(fù)合式,以及其他新型移動機(jī)器人,用來提高機(jī)器人的移動能力。其中一類具有多面體外形的移動機(jī)器人則不再沿用傳統(tǒng)移動機(jī)器人機(jī)身與移動系統(tǒng)相區(qū)分的設(shè)計思路,而是通過整體變形產(chǎn)生移動。此外,受益于獨特的移動方式,該類機(jī)器人不再受制于傾覆等風(fēng)險,在任意姿態(tài)下均能夠連續(xù)移動。本文從機(jī)構(gòu)學(xué)角度出發(fā),首先將四面體結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)化設(shè)計,構(gòu)造出一類具有變形能力的四面體機(jī)構(gòu),進(jìn)而將其設(shè)計為利用變形能力產(chǎn)生移動的移動機(jī)器人。文章首先對選取四面體作為機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)的原因進(jìn)行了闡述,并提出了四面體機(jī)構(gòu)的構(gòu)造方法。進(jìn)而構(gòu)造得到了 Bennett四桿移動機(jī)器人、全轉(zhuǎn)動副四面體移動機(jī)器人、URU支鏈四面體移動機(jī)器人三種構(gòu)型,分別對其進(jìn)行了系統(tǒng)性的移動能力分析。并針對三種機(jī)器人的共性問題,包括路徑規(guī)劃、樣機(jī)控制等展開了分析與探討。具體研究內(nèi)容如下:(1)文章首先對于選取四面體作為本文所構(gòu)造移動機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)的原因分別從支撐穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、移動靈活性三個方面進(jìn)行了闡述。進(jìn)而提出一種分別以四面體頂點和邊為基礎(chǔ)的四面體機(jī)構(gòu)構(gòu)造方法,并制定了基于最少驅(qū)動數(shù)目的構(gòu)型初步篩選準(zhǔn)則。(2)基于在構(gòu)造方法中得到的轉(zhuǎn)動副四桿虛擬四面體機(jī)構(gòu),對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的特殊化限定,得到單自由度Bennett移動機(jī)器人�；趯ζ湟苿幽芰Φ姆治�,以及對于機(jī)器人在移動過程中與地面摩擦力的分析,得到單自由度Bennett移動機(jī)器人同時實現(xiàn)移動和轉(zhuǎn)向功能的具體原理與方式。(3)基于在構(gòu)造方法中得到的RRR支鏈四面體機(jī)構(gòu),提出全轉(zhuǎn)動副四面體移動機(jī)器人。對其進(jìn)行移動能力分析,驗證其作為移動機(jī)器人的可行性。對于機(jī)器人在運動中的傾倒、觸地、沖擊過程進(jìn)行動力學(xué)分析,指出地面沖擊在實際移動過程中造成誤差的內(nèi)在作用方式,并提出機(jī)器人通過改變觸地點位置以減小地面沖擊及運動誤差的方法。(4)根據(jù)構(gòu)造方法所得,提出一種基于URU支鏈的四面體機(jī)器人并進(jìn)行了基本移動能力分析。受益于機(jī)器人自由度的增加,使機(jī)器人的優(yōu)化空間得到提升。進(jìn)而對其運動過程進(jìn)行了優(yōu)化,得到了小碰撞沖量滾動方式、無碰撞滾動方式以及低扭矩下的無碰撞滾動方式。與優(yōu)化過程相配合,對機(jī)器人運動過程進(jìn)行了動力學(xué)分析,得到了在無碰撞滾動過程中的峰值扭矩和桿件受力狀態(tài),為樣機(jī)設(shè)計提供了理論支撐。另外,在樣機(jī)設(shè)計過程中針對機(jī)器人欠驅(qū)動的特點,設(shè)計了一種彈簧-胡克鉸運動副。彈簧-胡克鉸結(jié)構(gòu)改善了傳統(tǒng)U副的工作空間,并提高了機(jī)器人的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。(5)對全轉(zhuǎn)動副四面體移動機(jī)器人和URU支鏈四面體移動機(jī)器人所共有的三角形移動軌跡,設(shè)計了基于網(wǎng)格劃分的向量式路徑規(guī)劃算法�；谌N機(jī)器人共同的運動需求及硬件基礎(chǔ),設(shè)計了共用的機(jī)器人控制系統(tǒng)。針對不同的功能需求,進(jìn)行了相應(yīng)程度的控制程序開發(fā)和設(shè)計。
【圖文】：

ＳＯＬＥＲＯ［４０］，（ｅ）邋ＣＲＡＢ邋ＩＩ【４１】逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｖｅｈｉｃｌｅ邋ｗｉｔｈ邋ｒｏｃｋｅｒ邋ａｒｍ邋ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ：⑷邋ＳＲ２邋Ｒｏｖｅｒ【３７］，（ｂ）邋Ｍｉｃｒｏ５邋Ｒｏｖｅｒ【３８］，（ｃ）逡逑Ｒｏｃｋｅｒ－ｂｏｇｉｅ邋Ｔｙｐｅ［３９】，（ｄ）邋ＳＯＬＥＲＯ［４０］，（ｅ）邋ＣＲＡＢ邋ＩＩ［４】］逡逑（２）履帶式逡逑履帶式移動機(jī)器人相比于輪式機(jī)器人，履帶與地面的接觸面積大幅度增加，逡逑減小了對地面的壓強(qiáng)，更適合在泥濘松軟等非結(jié)構(gòu)路面行駛，提高了越障能力。逡逑因此被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、軍事運輸與作戰(zhàn)、反恐及災(zāi)難救援等領(lǐng)域，并取得逡逑了良好的應(yīng)用效果�？紤]到大型履帶車輛前期部署困難，能夠單人攜帶且便于部逡逑署的小型履帶機(jī)器人（如圖ｌ－４（ａ））得到了快速應(yīng)用［４２］。但是履帶機(jī)器人仍舊存在逡逑

ＳＯＬＥＲＯ［４０］，（ｅ）邋ＣＲＡＢ邋ＩＩ【４１】逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｖｅｈｉｃｌｅ邋ｗｉｔｈ邋ｒｏｃｋｅｒ邋ａｒｍ邋ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ：⑷邋ＳＲ２邋Ｒｏｖｅｒ【３７］，（ｂ）邋Ｍｉｃｒｏ５邋Ｒｏｖｅｒ【３８］，（ｃ）逡逑Ｒｏｃｋｅｒ－ｂｏｇｉｅ邋Ｔｙｐｅ［３９】，（ｄ）邋ＳＯＬＥＲＯ［４０］，（ｅ）邋ＣＲＡＢ邋ＩＩ［４】］逡逑（２）履帶式逡逑履帶式移動機(jī)器人相比于輪式機(jī)器人，履帶與地面的接觸面積大幅度增加，逡逑減小了對地面的壓強(qiáng)，更適合在泥濘松軟等非結(jié)構(gòu)路面行駛，，提高了越障能力。逡逑因此被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、軍事運輸與作戰(zhàn)、反恐及災(zāi)難救援等領(lǐng)域，并取得逡逑了良好的應(yīng)用效果�？紤]到大型履帶車輛前期部署困難，能夠單人攜帶且便于部逡逑署的小型履帶機(jī)器人（如圖ｌ－４（ａ））得到了快速應(yīng)用［４２］。但是履帶機(jī)器人仍舊存在逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 張利格;畢樹生;彭朝琴;;空間四面體翻滾機(jī)器人運動學(xué)分析及仿真實驗[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2011年04期

2 孫鵬;高峰;李雯;孫剛;;深空探測車可變直徑車輪牽引通過性分析[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2007年12期

3 鄧宗全;岳明;禹鑫q

本文編號：2632941