基于Bricard机构的可展机器人

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1、天津大学硕士学位论文基于Bricard机构的可展机器人ADeployableRobotBasedontheBricardLinkage学科专业：机械工程研究生：商浩指导教师：康荣杰副教授企业导师：王炳强高级工程师天津大学机械工程学院2017年12月摘要近些年来，可变形机器人逐渐发展并日益完善，它可以通过改变自身的几何构型以适应在救援、勘探、太空等领域的各种不确定环境，完成多种作业任务。与此同时，空间可展结构具有大尺度改变自身形态、变形范围大、自由度少等优点，但基于可展结构的可变形机器人却屈指可数。因

2、此，针对自身体积和工作空间的大尺寸改变的可变形机器人特性，本文的研究对象是一种以可展结构代替一般刚体躯干的可变形机器人。本文提出了一种将三重对称Bricard机构作为主体支撑结构的可变形机器人。首先针对机构的运动学特性进行了机器人的构型研究以及物理模型的设计。为了能穿越约束环境，建立了机器人的几何参数与其运动学参数的关系。在此基础上通过机器人的折展运动实现了机器人的移动步态规划，设计了机器人的步态控制器。基于机器人的运动学模型建立了机器人运动位移、机器人形态以及电机转角间的关系，搭建了控制系统硬件，

3、完成了机器人的运动控制。最终实现了机器人样机装配并进行了性能测试实验。实验结果表明机器人具有沿任意方向前进以及跟随指定路径曲线的能力。与此同时，该可展机器人可通过折展运动将其自身构型在折起形态和展开形态间进行切换，以达到穿越不同的狭小环境的目的。本论文的研究成果对于丰富和完善可变形机器人机构学理论，及其在未来太空机器人、搜救机器人和服务机器人领域中的应用都具有重要意义。关键词：三重对称Bricard机构，可展机器人，步态控制，可展结构，约束环境IABSTRACTInrecentyears,there

4、hasbeenagrowinginterestinthedevelopmentoftransformablerobots,whichcanadjusttheirmorphologytoadapttomultipletasksoruncertainenvironmentforreconnaissance,rescuemissionsandspaceapplications.Meanwhile,deployablestructureshavetheadvantageofbeingabletochange

5、theirsizeandmorphologysignificantlywithminimalmobility.Yet,thereareverylimitednumbersoftransformablerobotsbasedonthedeployablestructures.Forthepropertythatrobotcantransformitsgeometricdimensionandworkingspacelargelyfordifferenttasks,thisthesisistostudy

6、thetransformablerobotswhosebodyisformedbyadeployablestructure.Thisthesisproposesatransformablerobotbyapplyingathreefold-symmetricBricardlinkageasthebodystructure.Firstly,accordingtothekinematicpropertyofthelinkage,theconfigurationandthemechanicalmodelw

7、eredesigned.Totraversethroughtheconstrainedenvironment,thegeometricsoftherobotwereinvestigatedtosetuprelationshipsbetweenitsheight/footspanandthejointanglesofthelinkage.ThelocomotiongaitsoftherobotcanberealizedthroughthedeployingandfoldingmotionsoftheB

8、ricardlinkage.Fromthis,thecorrespondinggaitcontrollerwasdesigned.Basedonthekinematicmodel,arelationshipamongthedisplacement,configurationoftherobotandtherotationangleofthemotorswasestablished.Meanwhile,controlsystemwasconstructedtocontr