輪臂混合式可重構(gòu)機(jī)器人設(shè)計(jì)與原理樣機(jī)研制.pdf

1、在星球探測(cè)、軍事偵察和救災(zāi)搜尋等極限作業(yè)環(huán)境中，單體機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)存在著極大風(fēng)險(xiǎn)，將機(jī)器人模塊化、重構(gòu)和多機(jī)器人協(xié)作等概念應(yīng)用于極限作業(yè)領(lǐng)域，變革單體機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)和控制方式，可使其適應(yīng)復(fù)雜的未知工作環(huán)境?？芍貥?gòu)機(jī)器人是由功能相對(duì)簡(jiǎn)單、相互間可以有機(jī)連接的同構(gòu)或非同構(gòu)機(jī)器人模塊組成，且可以根據(jù)外界環(huán)境將多個(gè)機(jī)器人模塊組合成對(duì)某一任務(wù)或環(huán)境最有利的構(gòu)形，并通過(guò)其自變形獲得自主適應(yīng)能力?？芍貥?gòu)機(jī)器人系統(tǒng)不僅能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，降低制造

2、成本，增加機(jī)器人功能和結(jié)構(gòu)多樣性，同時(shí)也可以提高其功能上的魯棒性和可替換性。
　　以未知環(huán)境下輪臂混合式可重構(gòu)機(jī)器人為研究對(duì)象，根據(jù)輪臂混合式可重構(gòu)機(jī)器人模塊特征和系統(tǒng)預(yù)期功能，對(duì)其單體機(jī)器人進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。以構(gòu)形綜合和構(gòu)態(tài)變換為基礎(chǔ)，結(jié)合機(jī)構(gòu)疊加原理和圖論理論，提出一種新型變拓?fù)渲貜?fù)折展式車輪;基于機(jī)械臂功能需求，確定機(jī)械臂的自由度，完成機(jī)械臂關(guān)節(jié)配置的構(gòu)形綜合和優(yōu)選，確定機(jī)械臂的最優(yōu)構(gòu)形方案。
　　根據(jù)輪臂混合式可重構(gòu)

3、機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求，完成輪臂混合式可重構(gòu)機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定變拓?fù)渲貜?fù)折展式車輪的關(guān)鍵尺寸參數(shù);基于機(jī)械臂的功能需求，完成機(jī)械臂主體、末端執(zhí)行器和輔助輪的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定機(jī)械臂各尺寸參數(shù)，最終完成輪臂混合式可重構(gòu)機(jī)器人三維模型構(gòu)建和二維工程圖繪制，并完成原理樣機(jī)的制作。
　　基于輪臂混合式可重構(gòu)機(jī)器人單體結(jié)構(gòu)特征，運(yùn)用D-H坐標(biāo)法建立可重構(gòu)機(jī)器人的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。采用構(gòu)形狀態(tài)矩陣描述機(jī)器人系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，利用分層描述方

4、法表達(dá)可重構(gòu)機(jī)器人的群體構(gòu)形。據(jù)此獲得各單體機(jī)器人間的連接關(guān)系和末端執(zhí)行器的位姿，并通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解獲取各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角值，確定輪臂混合式可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)形與各模塊關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的映射關(guān)系。基于ADAMS對(duì)車輪折展功能、群體構(gòu)形變換、作業(yè)模式和運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)仿真驗(yàn)證。
　　根據(jù)輪臂混合式可重構(gòu)機(jī)器人原理樣機(jī)控制系統(tǒng)的功能要求，完成可重構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)及軟硬件設(shè)計(jì)，完成輪臂混合式可重構(gòu)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)輪折展運(yùn)動(dòng)、單體運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)