單環(huán)過約束機構(gòu)的設(shè)計及運動分岔特性研究.pdf

1、單環(huán)機構(gòu)是研究并聯(lián)、混聯(lián)和冗余驅(qū)動機構(gòu)等多環(huán)復雜機構(gòu)的重要基礎(chǔ)。變自由度機構(gòu)中的運動分岔機構(gòu)在多功能、多模式操作設(shè)備等方面具有廣泛的應用前景。近年來研究者針對單環(huán)分岔機構(gòu)提出了一些構(gòu)型，但仍然缺乏系統(tǒng)的方法。本文針對單環(huán)過約束機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計方面展開工作，提出了一種單環(huán)過約束機構(gòu)的設(shè)計方法，并應用于單環(huán)運動分岔機構(gòu)。
　　基于螺旋理論和單環(huán)機構(gòu)過約束對自由度的影響，提出了單環(huán)過約束機構(gòu)的分支設(shè)計方法。定義了分支參數(shù)Lnc。從鄰接轉(zhuǎn)動副

2、關(guān)節(jié)軸線空間關(guān)系著手，建立了不同空間鄰接關(guān)系的備選支鏈庫，并分析了這些分支可以提供的約束螺旋。對分支約束螺旋系進行組合，研究分支組合能夠得到的公共約束類型。通過約束螺旋的交集關(guān)系，獲得不同約束類型、不同桿數(shù)、不同配置的單環(huán)過約束機構(gòu)組成方案。
　　基于單環(huán)機構(gòu)自由度特性和單環(huán)過約束機構(gòu)的分支設(shè)計方法，分析了提供一個公共力約束的單環(huán)6R過約束機構(gòu)雙分支組成方案，提出了能夠使雙分支提供重合力約束且約束穩(wěn)定存在的幾何條件。基于其中一種保

3、證公共力約束穩(wěn)定存在的幾何條件，設(shè)計了新型6R過約束機構(gòu)。分析了6R過約束機構(gòu)的運動螺旋系，并提出了機構(gòu)的閉環(huán)方程。
　　明確了運動分岔機構(gòu)的原理及設(shè)計原則，提出了運動分岔機構(gòu)的臨界瞬時位形，配對關(guān)節(jié)以及配對觸發(fā)運動的概念。并結(jié)合第2章提出的單環(huán)過約束機構(gòu)的分支設(shè)計法，選取L4PIP型4R分支，按照機構(gòu)雙分支提供一個公共力偶約束的幾何條件，構(gòu)建了具有RR配對關(guān)節(jié)的8R單環(huán)運動分岔機構(gòu)。從機構(gòu)幾何封閉的角度，得到8R運動分岔機構(gòu)具有

4、兩種初始位形下的四個運動分支;從運動分岔機構(gòu)臨界瞬時位形的角度，按照該機構(gòu)的配對關(guān)節(jié)觸發(fā)運動條件是否滿足，將機構(gòu)的運動總結(jié)為三種模式，且三種運動模式彼此互斥。
　　基于本文提出的新型8R運動分岔機構(gòu)設(shè)計了一款雙足/輪式雙模式移動機器人。機器人的步行功能由8R運動分岔機構(gòu)在非觸發(fā)運動分支實現(xiàn)。分別選定不同主動關(guān)節(jié)組合施加不同驅(qū)動，對8R機構(gòu)進行了運動學仿真，驗證了對應運動分支機構(gòu)的自由度等運動學特性，并給出了驅(qū)動方案。規(guī)劃了機器人在