基于单环闭链机构的可变形轮腿式机器人研究

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为了增加机器人的适应场景和应用范围,轮腿式机器人应运而生,其中轮腿共同驱动式机器人控制简单,可靠性和地形适应能力一般,轮腿独立驱动式机器人可靠性和地形适应能力强,控制复杂。本文利用单环闭链机构可靠性强,控制方便的特点,将两种单环闭链机构相结合,提出具有两种运动形式的单环闭链变胞机构,根据闭链腿式机器人的布置原则构建可变形轮腿共同驱动式机器人,进行了理论分析、仿真和样机试验研究。首先,将Chebyshev连杆机构和平行四边形机构相结合,提出了三种单环闭链六杆机构并进行比较分析,确定了单环闭链2RP3R机构作为研究对象。对机构进行了运动学分析和变胞原理分析,建立了机构的运动学模型,利用关联矩阵法对其构态变换过程进行描述,得到了不同构态下的邻接矩阵。对机构进行了模型设计,确定其可作为轮腿式机器人的移动单元。然后,采用双四足闭链腿式机器人的构造方法,构建了可变形闭链四轮八腿式机器人,确定了所有的运动形式。依据运动形式进行了移动模式设计和移动可行性分析,得到了机器人具有轮式和腿式两种移动模式,制定了移动模式切换策略。对机器人进行了地形适应性分析,提升了对不同复杂地形情况的适应能力。对机器人进行了移动性能分析、移动过程的静力学分析、稳定性分析和跨越壕沟分析。最后,建立了动力学仿真模型,对机器人的移动及越障过程进行了仿真,测量了平地移动过程中的驱动扭矩变化,对不同模式、不同步态切换过程和地形适应能力进行了仿真,测量了切换过程中质心的位置变化。依据仿真模型的尺寸数据研制了原理样机,进行了两种模式下的平地移动试验和爬坡试验,验证了机器人设计的可行性。
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