縮放變形連桿式移動系統(tǒng)的設(shè)計與控制.pdf

1、與輪、履、腿等常規(guī)移動系統(tǒng)構(gòu)造理念截然不同，本文采用機(jī)構(gòu)學(xué)中復(fù)雜的空間連桿機(jī)構(gòu)整體用于構(gòu)造移動機(jī)構(gòu)機(jī)械本體的設(shè)計理念，提出一類連桿式移動系統(tǒng)的全新概念。以連桿式移動系統(tǒng)具備整體縮放折疊變形、模塊化設(shè)計、高機(jī)動性、多移動模式、快速響應(yīng)與移動、復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性、運(yùn)載能力、以及控制簡單等多優(yōu)勢特性為目的，致力于研究探索一類新型連桿式移動系統(tǒng)的設(shè)計方法與控制策略。在機(jī)構(gòu)設(shè)計上采用頂點(diǎn)單元與伸縮單元的模塊化構(gòu)造思想;構(gòu)型構(gòu)造上提出全移動副構(gòu)造、解耦

2、型組合四面體構(gòu)造、可縮放立方體模塊化可重構(gòu)機(jī)器人構(gòu)造以及融合縮放折疊機(jī)構(gòu)的改進(jìn)型并聯(lián)式移動機(jī)構(gòu)構(gòu)造理念;控制方法上采用一種二進(jìn)制控制策略;以及驅(qū)動選型上選用氣動和液壓驅(qū)動方式。
　　本文從移動機(jī)構(gòu)變形機(jī)理闡釋、運(yùn)動理論分析、動力學(xué)仿真及實(shí)物樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的多角度對連桿式移動機(jī)構(gòu)各項(xiàng)運(yùn)動特性展開全面研究，主要研究工作如下:
　　(1)從降低運(yùn)動學(xué)模型建立的復(fù)雜度、提高機(jī)構(gòu)整體剛度、實(shí)現(xiàn)快速翻滾與構(gòu)造伸縮擴(kuò)展變形的大內(nèi)部運(yùn)載空間角度，

3、提出構(gòu)型上采取全移動副構(gòu)造、驅(qū)動上利用微型氣缸作為二進(jìn)制驅(qū)動器以及控制上融合二進(jìn)制控制策略的連桿式移動機(jī)構(gòu)的全新設(shè)計理念，探索采用兩種頂點(diǎn)模塊構(gòu)造空間對稱的氣動縮放六面體連桿式移動機(jī)構(gòu)的拓展設(shè)計方法，闡釋移動機(jī)構(gòu)構(gòu)造特性，詳細(xì)分析移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動可行性條件、運(yùn)動步態(tài)及移動效率等。
　　(2)從拓展全移動副構(gòu)造的變形、移動與運(yùn)載功能角度，融入模塊化與內(nèi)部隔腔式設(shè)計、二進(jìn)制驅(qū)動與控制以及空間對稱性拓展組合構(gòu)造的設(shè)計理念，提出基于四面體與

4、立方體構(gòu)型的兩類新型空間連桿式模塊化單元及同類模塊間組合構(gòu)造方法。重點(diǎn)探討融入二進(jìn)制控制策略的解耦型組合四面體連桿式移動機(jī)構(gòu)與框架式晶格狀可縮放立方體模塊化可重構(gòu)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計與組合方法，分析組合移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)特性及多模式運(yùn)動能力。
　　(3)從多模式運(yùn)動、縮放折疊大變形、機(jī)構(gòu)高剛度、模塊化設(shè)計、移動與操作功能集成、快速響應(yīng)及重載的設(shè)計角度出發(fā)，融入并聯(lián)機(jī)構(gòu)的并聯(lián)式構(gòu)造思想，分別從利用單自由度過約束空間折疊機(jī)構(gòu)替代

5、傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上、下剛性平臺和利用平面縮放機(jī)構(gòu)替代傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)支鏈中的伸縮桿單元的進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計角度，提出一種可重構(gòu)平臺與一種縮放支鏈驅(qū)動的兩種并聯(lián)連桿式移動機(jī)構(gòu)構(gòu)造方法，探索新型連桿式移動機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計方法、多運(yùn)動模式運(yùn)動能力及其縮放折疊變形特性。
　　將空間連桿機(jī)構(gòu)整體用于構(gòu)造連桿式移動系統(tǒng)的全新設(shè)計理念為移動機(jī)器人家族提供了一種新型、有潛力的設(shè)計方案。對所提連桿式移動機(jī)構(gòu)新概念在機(jī)構(gòu)設(shè)計方法、驅(qū)動與控制技術(shù)、移動模式與縮放折疊變