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2雙模式16桿移動(dòng)機(jī)器人

2.1機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在三角形頂點(diǎn)的12個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相互平行，四個(gè)移動(dòng)副驅(qū)動(dòng)機(jī)器人滾動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)(均鎖定，此時(shí)機(jī)器人處于平面模式，其軌跡是一條直線。需要指出的是，此時(shí)機(jī)器人只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)，其他三個(gè)移動(dòng)副處于隨動(dòng)狀態(tài)。在處于平面模式時(shí)，機(jī)構(gòu)可以簡化為兩個(gè)平面六桿機(jī)構(gòu)，這兩個(gè)機(jī)構(gòu)相互連接且同步運(yùn)動(dòng)（如圖2-6 (a)所示），所以此時(shí)機(jī)構(gòu)又可簡化為一個(gè)六桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)為一個(gè)伸縮桿（如圖2-6 (b)所示）。

2.2運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

本節(jié)給出了一套控制策略來完成平面模式和球面模式的切換，這個(gè)切換是通過改變角度e來實(shí)現(xiàn)的。如圖2-9所示，連接電機(jī)(M)或配重的兩桿接觸地面時(shí)，隨著0的增大，機(jī)器人可從平面模式切換到球面模式。當(dāng)從如圖2-9 (C)所示狀態(tài)變形為如圖2-9 (d)所示狀態(tài)時(shí)，在一般情況下，機(jī)器人可以傾倒并且開始球而滾動(dòng)。但是在Yf的情況下，接觸地面的兩個(gè)桿將支撐地面使機(jī)器人穩(wěn)定。為了打破此平衡，可以使機(jī)構(gòu)一邊的某些桿件比另一邊重，當(dāng)很快地改變0時(shí)，會(huì)造成機(jī)器人不穩(wěn)定而傾倒。從折疊的角度看，該過程也可看作機(jī)構(gòu)進(jìn)行展幵。

3雙模式空間8R移動(dòng)機(jī)器人........43

3.1機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).........43
4多模式3-URU并聯(lián)移動(dòng)機(jī)器人.............  53
4.11型多模式3-URU并聯(lián)移動(dòng)機(jī)器人............54
5多棋式4-URU并聯(lián)移動(dòng)機(jī)器人........... 83
5.1機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)........... 84
5.2自由度分析........... 85
5.3運(yùn)動(dòng)學(xué)分析....86

5多模式4-URU并聯(lián)移動(dòng)機(jī)器人

5.1機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5-5所示為所提出的多模式4-URU移動(dòng)機(jī)器人。該機(jī)器人由4條U-R-U(萬向節(jié)-轉(zhuǎn)動(dòng)副-萬向節(jié)）支鏈及上下兩平臺(tái)構(gòu)成，支鏈2與支鏈3對(duì)稱布置在平臺(tái)的兩側(cè)，支鏈1與支鏈4對(duì)稱布置在機(jī)構(gòu)的最外側(cè)。支鏈中轉(zhuǎn)動(dòng)副的方向與萬向節(jié)兩條軸線中的一條相同。

5.2自由度分析

由于多模式4URIJ移動(dòng)機(jī)器人與多模式3-URU移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)步態(tài)類似，此節(jié)中只分析機(jī)器人在奇異位置轉(zhuǎn)向時(shí)桿件的質(zhì)心位置。如圖5-6所示的坐標(biāo)系，設(shè)支鏈長度為/，同一平臺(tái)上與支鏈相連的兩個(gè)U副距離為fl，同一平臺(tái)上與平臺(tái)相連的兩個(gè)U副距離為C，同一平臺(tái)同一側(cè)分別與支鏈和平臺(tái)相連的兩個(gè)U副的距離為6，久為支鏈1靠近底平臺(tái)的桿與X軸的夾角，免為桿與>；軸的夾角，可求得機(jī)器人各個(gè)桿與上下兩平臺(tái)的質(zhì)心位置：如圖5-11所示為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)兩足步行的仿真分析。為使機(jī)器人在一足抬起時(shí)，無需在另一足上添加外力作用而使其實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)邁步，即機(jī)器人ZMP點(diǎn)不超過落地一足的支撐區(qū)域，特將機(jī)器人的兩足設(shè)計(jì)為可內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)，即當(dāng)兩足均落地時(shí)，一足可嵌入另一足，以此保證在步行過程中機(jī)器人不會(huì)發(fā)生傾倒。在該過程中，電機(jī)M4鎖定，驅(qū)動(dòng)A/1、MW Ml、A/2’和A/3、M3'完成該步行過程。為使機(jī)器人的ZMP落在支撐區(qū)域內(nèi)，機(jī)器人需經(jīng)過如圖5-11 (b)所示狀態(tài)以保證兩足足夠靠近。當(dāng)完成一組邁步動(dòng)作后，需恢復(fù)如圖5-11 (e)所示狀態(tài)，改變支鏈方向，再進(jìn)行下一組邁步動(dòng)作。
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6總結(jié)與展望

本文提出了兩類具有多模式的移動(dòng)連桿機(jī)器人。其中一類為基于四桿機(jī)構(gòu)，包含兩款機(jī)器人；第二類機(jī)器人則是基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包含四款機(jī)器人。第一款機(jī)器人是基于四桿機(jī)構(gòu)的多模式移動(dòng)機(jī)器人，為十六桿二十副機(jī)構(gòu)，主要通過折疊和鎖定運(yùn)動(dòng)副來矣現(xiàn)球面模式和平面模式的切換。在球面模式下，其等效為一球面四桿機(jī)構(gòu)；在平面模式下，可等效為一平面六桿機(jī)構(gòu)，該六桿機(jī)構(gòu)本質(zhì)為一個(gè)平面四桿機(jī)構(gòu)對(duì)角線添加移動(dòng)副所構(gòu)成。在平面模式和球面模式下，該機(jī)器人的自由度均為一。第二款機(jī)器人也基于四桿機(jī)構(gòu)的多模式移動(dòng)機(jī)器人，由八桿八副構(gòu)成，主要通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)來改變滾動(dòng)所需轉(zhuǎn)動(dòng)副的方向來實(shí)現(xiàn)模式切換的。其本質(zhì)是通過改變四個(gè)桿件的形狀來變形，，即：當(dāng)桿件為長方形時(shí)，滾動(dòng)所需的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副彼此平行，此時(shí)機(jī)構(gòu)處于平面四桿模式；當(dāng)桿件變形為三角形或者梯形時(shí)，滾動(dòng)所需的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副交于一點(diǎn)，此時(shí)機(jī)構(gòu)處于球面模式。該機(jī)器人自由度為2，但有兩個(gè)奇異位置，在奇異位置時(shí)，自由度為3。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：36427