平面化构造多面体地面移动连杆机构的设计与研究
发布时间：2020-05-31 09:24
【摘要】：随着人类活动范围与探索区域的扩大,对具有更强机器柔性与适应能力的地面移动机器人研究逐渐成为行业热点。本文将从机构学角度出发,试图通过连杆机构的灵活性以及大变形特点,提高其自身的移动能力与越障性能,进而实现增强其环境适应性的目的。本文基于平面化构造多面体移动连杆机构的理念,系统地提出了两种构型设计方法,包括空间中心正交多面体设计方法、空间环形阵列多面体设计方法。设计方法由演化过程形成规则的、系列化的构型,由变异过程随机推导出具有不同变形方式的新式构型。对本文所提构型进行自由度计算、驱动配置分析、运动学分析、运动可行性分析、仿真与原理样机试验。本文具体研究内容如下:(1)基于平面化构造多面体地面连杆机构的总体思路,对典型平面机构进行分析,提出了两种构型设计方法。其一为空间中心正交多面体设计方法,即将平面机构在空间中以其中心对称线为轴线,进行正交而形成的多面体机构;其二为空间环形阵列多面体设计方法,即将若干平面机构通过对边依次串联连接,所形成的首尾相连的多面体机构。(2)依据空间中心正交多面体设计方法中的演化过程,提出空间三正交平行四边形滚动机构,通过将三个平行四边形机构进行正交,机构在获得良好机体刚度的同时,具有较强的转向灵活性。分析过程采用几何分析方法,即通过多面体中普遍存在的特定几何限定关系将机构化简,有效简化了运动学分析过程。(3)依据空间中心正交多面体设计方法中的变异过程,将三正交平行四边形机构的十字平面连杆变异为井字形网格,提出了一种新型菱面体滚动机构。由于变异过程破坏了原始机构的上下平台,从而菱面体机构获得了完全中心对称的特性,并且机构具备了更加灵活地移动能力。(4)空间中心正交多面体设计方法所形成的构型,由于全封闭的闭链连杆结构,一定程度上限制了机构的运动。为了打破这一限制,尝试通过解除多面体部分平面限制,使机构获得更高的灵活性。依据这个思路,提出一种反平行四边形环形四阵列机构。该构型具有平面与球面两种运动模式,具有更为广泛的活动空间和更加丰富的变形能力。(5)在此基础上进一步拓展,总结提炼出了空间环形阵列设计方法。通过将4种典型的平面连杆机构,以4种串联排布形式进行组合,共提出了 16种构型。通过对其移动功能与操作功能进行分析,得出了此类机构具有极强的变形能力,包括但不限于直行、斜行、变步长行进、侦查隐蔽、陡坡行进、限高行进等,并在对不同环境下的步态进行具体说明。(6)对空间环形阵列多面体机构,提出一套有针对性的自由度计算方法与驱动配置方法。通过平面机构引出装配推演法,并给出了针对此类机构自由度的计算公式,其思路在于以机构串联状态下的自由度,减去装配过程的约束,从而得到机构整体的自由度。由于此类机构自由度数量较多,因此提出针对此类机构的驱动配置方法,并给出合理的驱动电机安装位置。通过以上分析,可以得出空间中心正交多面体连杆机构,具有良好的整体刚度,空间环形阵列多面体连杆机构,具备更强的变形能力。文中所提多面体机构的设计方法,为地面移动多面体连杆机构提供了重要的参考价值。几何分析方法、自由度分析方法以及驱动配置方法,也将对多面体机构的分析研究提供理论依据。
【图文】：
逡逑测的主流设计［％６１］，如图１－３所示。逡逑＿⑩S缅义希ǎ幔╁危ǎ猓╁危ǎ悖╁义贤煎澹保卞迦蚵郑海ǎ幔╁澹牵颍幔猓铮鳎椋澹悖耄殄澹桑郏矗浮浚ǎ猓╁澹牵颍幔猓铮鳎椋澹悖耄殄澹桑桑郏矗梗荩ǎ悖╁澹停澹悖幔睿酰恚郏担埃蒎义希疲椋纾澹保卞澹希恚睿椋洌椋颍澹悖簦椋铮睿幔戾澹鳎瑁澹澹欤孩儒澹牵颍幔猓铮鳎椋澹悖耄殄澹伞荆矗у澹ǎ猓╁澹牵颍幔猓铮鳎椋澹悖耄殄澹桑蓵摚ǎ悖╁澹停澹悖幔睿酰恚郏担埃蒎义希茫幔螅簦澹颍殄澹咤澹掊义希臁＃瑓澹蝈危ｅ义希ǎ幔╁危ǎ猓╁危ǎ悖╁义贤迹保苍秸铣德郑海ǎ幔┬行锹郑郏担薄浚ǎ猓┍渚堵郑郏担病浚ǎ悖┘β郑郏担场垮义希疲椋纾澹保插澹祝瑁澹澹欤箦澹鳎椋簦桢澹铮猓螅簦幔悖欤邋澹螅酰颍恚铮酰睿簦椋睿珏澹悖幔穑幔猓椋欤椋簦哄澹ǎ幔╁澹穑欤幔睿澹簦幔颍澹鳎瑁澹澹欤郏担保荩澹ǎ猓╁澹模澹妫铮颍恚幔猓欤邋义希鳎瑁澹澹欤郏担玻荩ǎ悖╁澹颍幔簦悖瑁澹翦澹鳎瑁澹澹臁荆担常蒎义希ǎ幔╁危ǎ猓╁危ǎ悖╁义贤煎澹保冲逍乔蛱讲饣魅耍海ǎ幔╁澹樱遥插澹遥铮觯澹蜇担埂浚ǎ猓╁澹遥铮悖耄澹颍猓铮纾椋邋澹裕穑遑叮埃荩澹ǎ悖╁澹茫遥粒洛遑保郏叮薄垮义希疲椋纾澹保冲澹校欤幔睿澹翦澹澹穑欤铮颍幔簦椋铮铄澹颍铮觯澹颍孩儒澹樱遥插澹遥铮觯澹颍郏担埂
本文编号：2689643
【图文】：
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