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1、缩放变形连杆式移动系统的设计和控制ok3ULE运载平台图l-l(a))。履带式驱动的美国iRobot公司Packbot系列机器人(图l-l(b)),以及采用腿式的美国波士顿动力公司研发的四足机器人BigDog(图2.1(c))。各类机器人均己融入工业自动化、科研勘探、军事侦察、深空探测、娱乐、服务等领域。移动机器人技术的不断发展和完善使移动机器人应用背景与环境多元化,从简单的结构化环境迈向了战场、废墟、丛林等复杂地面环境。融合传统走行部而成的复合式移动机器人,在保留原有走行部能力条件下,增强并拓宽了移
2、动机器人的多障碍跨越能力。如以色列埃尔比特系统公司所生产的VIPeR型单人携带侦察机器人是一款轮履复合式移动机器人。.........2全移动副构造可缩放六面体连杆式移动机构2.1构造可缩放六面体连杆式移动机构图2-1展示了可缩放六面体移动机构的构造从构造方向1的一维构型扩展到构造方向3的三维构型的构造过程。基本构造单元(简称为BCU)由7根伸缩杆组成且沿着构造方向1进行构造,伸缩杆由两个部分组成且通过移动副连接。对于伸缩杆而言,伸展至最长与缩回至最短两个状态时的杆长比称之为伸缩杆的缩放比。通过采用四
3、个基本构造单元沿着两个相互正交的构造方向(方向1和2)首尾相连构成一个正方形环形结构且同时在四个汇交处各公用一根伸缩杆,得到一个封闭环形构造单元(简称为CCU)。最终,釆用将六个封闭环形构造单元顶面围成的封闭正方形面分别嵌入到一个立方体的六个面上并保证伸缩杆伸缩方向沿着立方体表面朝外,即组成所提可缩放六面体移动机构构型。同时,其构造过程亦可认为是采用12个基本构造单元分别沿着三正交方向(方向1至3)分别嵌入立方体的12条棱边后拓展构造而成。2.2运动能力分析可缩放六面体移动机构不仅具有全方位步行的能力
4、,另外,通过选择合适伸缩比的伸缩杆,机构能在任何状态下实现滚动运动。对于以上两种不同的运动方式,它们需要不同的稳定条件实现既定运动。步行需要稳定运动,然而,翻滚需要不稳定而实现翻到运动。以下针对两种不同的运动方式进行运动能力分析。如图2.4所示,在移动机构运动过程中质心波动的对称面上构建了两个坐标系。3组合四面体连杆式移动机构..........503.1机构描述.............504可缩放立方体模块化机器人...........744.1PE-Cube模块化机器人描述.........74
5、4.1.1PE-Cube单模块构造描述........744.1.2PE-Cube多模块拓展构造描述............754.1.3PE-Cube模块驱动和控制策略...........764.2一维拓展构造..........775可重构平台并联连杆式移动机构........1055.1机构设计和结构分析.........1056缩放支链并联连杆式移动机构6.1机构分析与步态规划根据第四章分析,对3-RPS并联机构的刚性平台(顶点)的改进,使得移动机构在变形平台的作用下具备了全方位翻滚和大缩放
6、变形能力。但从滚动过程分析可知,其运动能力较大的依赖支链推杆的缩放比;气动系统虽具有轻质、响应快、二进制[1][2]下一页控制的特性,但承载能力有限且无法实现精确伸缩控制。因此,本章从机构大变形、强力输出、快速响应和运动灵活为目标,构型上采用3-RPS并联机构为本体保证机构整体刚度,设计上应用平面缩放机构作为伸缩比放大机构替换常规伸缩杆以满足机构大变形能力,驱动上利用液压执行元件作为伸缩驱动输入以增强移动机器人运动的灵活性与力量输出的设计理念,提出一种新型三自由度液压驱动缩放支链的并联式变形运载,其本
7、质为空间连杆式移动机构。针对其构造和变形特性,本章将研究此新型并联式移动连杆机构的变形与运动特性。6.2移动机构运动学模型本节采用静态稳定性方法分析移动机构的运动可行性,即各运动状态下机构杆件支撑区域与质心地面投影点的关系进而判断机构的稳定性。本节分别给出两个运动周期过程中,状态移动机构杆长关系与稳定性的关系。如表6-1所示,给出换算成比例关系的各连杆质量。在图6-6(b)所示的杆长可行域内,分别选定九组可行解验证移动机构沿着JC轴负方向翻滚的可行性。如图6-9所示,整个翻滚过程分为九步。由前述,杆上
8、设有圆弧片,在图6-9(e)状态时,圆弧片起作用,一旦质心发生偏移并超出支撑区域如图6-9(f)所示,则机器人将翻到至偏移侧如图6-9(g)所示。如表6-2所示,给出了整个翻滚过程中的杆长关系、支撑区域、旋转轴线、翻滚条件与旋转角度。如图6-10所示,给出了整个翻滚过程中的质心波动曲线。.......7结论与展望7.1结论本文综合考虑连杆式移动系统现有机构构型设计与控制存在的问题,从机构构型、驱动与控制、移动模式及运载能力方面逐一提出了相应解决方案,主要
