基于4R连杆机构与URU支链并联机构的多模式移动机器人的研究

发布时间：2016-03-20 21:34

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2双模式16杆移动机器人

2.1机构设计

在三角形顶点的12个转动副相互平行，四个移动副驱动机器人滚动，旋转电机(均锁定，此时机器人处于平面模式，其轨迹是一条直线。需要指出的是，此时机器人只有一个驱动，其他三个移动副处于随动状态。在处于平面模式时，机构可以简化为两个平面六杆机构，这两个机构相互连接且同步运动（如图2-6 (a)所示），所以此时机构又可简化为一个六杆机构，驱动为一个伸缩杆（如图2-6 (b)所示）。

2.2运动学分析

本节给出了一套控制策略来完成平面模式和球面模式的切换，这个切换是通过改变角度e来实现的。如图2-9所示，连接电机(M)或配重的两杆接触地面时，随着0的增大，机器人可从平面模式切换到球面模式。当从如图2-9 (C)所示状态变形为如图2-9 (d)所示状态时，在一般情况下，机器人可以倾倒并且开始球而滚动。但是在Yf的情况下，接触地面的两个杆将支撑地面使机器人稳定。为了打破此平衡，可以使机构一边的某些杆件比另一边重，当很快地改变0时，会造成机器人不稳定而倾倒。从折叠的角度看，该过程也可看作机构进行展幵。

3双模式空间8R移动机器人........43

3.1机构设计.........43
4多模式3-URU并联移动机器人.............  53
4.11型多模式3-URU并联移动机器人............54
5多棋式4-URU并联移动机器人........... 83
5.1机构设计........... 84
5.2自由度分析........... 85
5.3运动学分析....86

5多模式4-URU并联移动机器人

5.1机构设计

图5-5所示为所提出的多模式4-URU移动机器人。该机器人由4条U-R-U(万向节-转动副-万向节）支链及上下两平台构成，支链2与支链3对称布置在平台的两侧，支链1与支链4对称布置在机构的最外侧。支链中转动副的方向与万向节两条轴线中的一条相同。

5.2自由度分析

由于多模式4URIJ移动机器人与多模式3-URU移动机器人运动步态类似，此节中只分析机器人在奇异位置转向时杆件的质心位置。如图5-6所示的坐标系，设支链长度为/，同一平台上与支链相连的两个U副距离为fl，同一平台上与平台相连的两个U副距离为C，同一平台同一侧分别与支链和平台相连的两个U副的距离为6，久为支链1靠近底平台的杆与X轴的夹角，免为杆与>；轴的夹角，可求得机器人各个杆与上下两平台的质心位置：如图5-11所示为机器人实现两足步行的仿真分析。为使机器人在一足抬起时，无需在另一足上添加外力作用而使其实现平稳迈步，即机器人ZMP点不超过落地一足的支撑区域，特将机器人的两足设计为可内嵌结构，即当两足均落地时，一足可嵌入另一足，以此保证在步行过程中机器人不会发生倾倒。在该过程中，电机M4锁定，驱动A/1、MW Ml、A/2’和A/3、M3'完成该步行过程。为使机器人的ZMP落在支撑区域内，机器人需经过如图5-11 (b)所示状态以保证两足足够靠近。当完成一组迈步动作后，需恢复如图5-11 (e)所示状态，改变支链方向，再进行下一组迈步动作。
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6总结与展望

本文提出了两类具有多模式的移动连杆机器人。其中一类为基于四杆机构，包含两款机器人；第二类机器人则是基于并联机构，包含四款机器人。第一款机器人是基于四杆机构的多模式移动机器人，为十六杆二十副机构，主要通过折叠和锁定运动副来矣现球面模式和平面模式的切换。在球面模式下，其等效为一球面四杆机构；在平面模式下，可等效为一平面六杆机构，该六杆机构本质为一个平面四杆机构对角线添加移动副所构成。在平面模式和球面模式下，该机器人的自由度均为一。第二款机器人也基于四杆机构的多模式移动机器人，由八杆八副构成，主要通过电机驱动来改变滚动所需转动副的方向来实现模式切换的。其本质是通过改变四个杆件的形状来变形，，即：当杆件为长方形时，滚动所需的四个转动副彼此平行，此时机构处于平面四杆模式；当杆件变形为三角形或者梯形时，滚动所需的四个转动副交于一点，此时机构处于球面模式。该机器人自由度为2，但有两个奇异位置，在奇异位置时，自由度为3。

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参考文献（略）

本文编号：36427