基于多面体结构的空间滚动步行机构的研究.pdf

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1、第51卷第8期V01．5lNo．8农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT＆VEHICLEENGINEERING2013年8月August2013doi：10．3969／j．issn．1673—3142．2013．08．014基于多面体结构的空间滚动步行机构的研究房广富，金义矿，刘苹，戴凯云，徐超(212003江苏省镇江市江苏科技大学机械工程学院)【摘要]在平面四杆机构滚动原理研究的基础上，将其应用拓展到了空间多面体机构的滚动应用上，并以空间六面体结构滚动为例，对其进行了理论分析及计算。在此基础上，应用ADAMS软件对其进行了运动学及动力学仿真。[关键词】平面四杆机

2、构；空阎六面体结构；滚动；ADAMS仿真[中图分类号]THll2．1[文献标志码]A[文章编号]1673—3142(2013)08埘52—04Research011SpaceRollingWalkingMechanismBasedonStructureofPolyhedronFangCuangfu，JinYikuang，UuPing，DaiKaiyun，XuChao(SchoolofMechanicalEIlginecring，JianssuUniversityofScienceandTechnology，ZhenjiangCity，JiangsuProvince212003，Chin

3、a)[Abstract】Basedonthestudyofrollingprincipleonplanarfour-barmechanism，its印plicationisexpandedtotherollingofspacepolyhedronmechanism．Andwithspacehexahedralrollingmechanismasanexample，thetheoreticalanalysisandcalcula-tionarecarriedout．Basedonthis，kinematicsanddynamicssimulationisdonewiththe印plica

4、tionofADAMSsoftware．[Keywords】0引言对于目前现有的机器人按照功能可分为程控型机器人和智能型机器人：按照运动状态可分为固定式机器人和移动式机器人。随着科学技术的发展，尤其是人类对星球探索的步伐的加快，现已研究出了各类基于空间四杆机构的探测机器人。如美国研制的“Nomad”月球探测机器人fl】。与平面四杆机构相比，空间四面体机构不与地面固定，运动轨迹具有多样化的特点。随着机器人技术的不断发展。传统的移动式机器人由于一般自由度比较多，故多采用多驱动与较复杂的控制，机构的复杂性影响了其应用的普遍性。本文提出了一种结构简单的空间多面体滚动步行机构．该机构自由度少，仅

5、需两个驱动力即可实现平面任意方向的滚动。文中研究的空间多面体滚动步行机构是平面四杆机构的拓展，经过进一步研究改进之后可应用于地质探测、灾后搜索等复杂环境。在未知的不可预测的环境中移动式机器人的研究是机器人学的一个重要研究领域。1平面四杆机构滚动原理闺收稿Et期：2013-05—10惨回日期：2013-5—17如图l一1所示，传统的四杆机构由两个连架杆、一个连杆、一个机架组成，机架一般与地面固定，这样连架杆AB在驱动力的作用下，连架杆CD可以实现连续转动或往复摆动。ACD图1四杆机构基本构型Fig．1Thebasicconfigurationoffour-barlinkage当机架AD与

6、地面脱离时，如图2，使AB杆具有角速度，如图(a)所示；AB杆绕A点转动使口角发生变化，使机构具有了一定的动能，如图(b)所示；当9角变化到一定角度时，去掉AB杆角速度，使口角不再发生变化。具有一定动能的四杆机构在摩擦力的作用下绕点D发生翻倒，如图(c)所示；发生翻倒后继续在AB杆加上角速度∞，使机构恢复，如图(d)所示。如此反复，四杆通过转动产生运动步态，从而实现滚动运动，如图2。根据平面机构自由度计算，可知四杆机构在整个运动过程中的每个步态都只具有一个自由度，因此仅仅需要一个驱动就可满足运动要求。第5l卷第8期房广富等：基于多面体结构的空间滚动步行瓶构的研究53勿CA＆BA口B(a

7、)(b)(c)(d)圈2四杆机构运动步态F码．2Four-batlinkagemovementgail为了使机构能够翻倒．首先要使机构具有一定的动能，其次在摩擦力的作用下绕D点转动，从而实现翻倒，如图3。为了确定使机构发生翻倒主动杆AB的角速度∞，假设AB与AD的夹角为0，AB、BC、CD、AD四杆长度为Z，各杆质量均为m。图中ABCD为机构发生翻滚前的位置，P点为其质心位置；A毋，c，D’为机构翻滚过程中质心处于最高的位置。P点为其质心位置。