地面移动双四面体机构的设计与性能研究
发布时间：2023-09-16 17:55
移动机器人作为协助人类进行生产生活的一类新型辅助工具,广泛应用于先进制造、海空探索、医疗服务、军事侦察等具有精细化、繁重性、危险性或未知性特点的任务领域。这就要求移动机器人具有更强的复杂地形适应性。作为移动机器人的重要执行部件,多种轮式、履带式、腿式、混合式以及其它新型地面移动机构被不断探索和开发,用于提高机器人的移动能力。本文从几何学中多面体的空间关系出发,应用机构学中连杆机构的设计原理,对多面体进行几何与机构构造,探索具有全新构型与移动机理的地面移动多面体机构设计方法,获得具有移动功能与折展功能的地面移动多面体机构。具体针对四面体基本单元,进行双四面体构造,提出一类具有全姿态移动能力和折叠缩放功能的地面移动双四面体机构。首先对双四面体进行几何与机构构造,提出地面移动双四面体机构的设计方法。进而设计得到Bennett环单动力共面双四面体移动机构、PPP基多模式对顶双四面体移动机构、Sarrus链可折展对偶双四面体移动机构,针对三种机构的移动能力与折展功能展开深入分析。同时对滚动双四面体机构的运动规划策略进行探索研究。具体研究内容如下:(1)根据四面体的几何与机构特性,阐明选取四面体作...
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 移动机构发展概述
1.2.1 传统移动机构
1.2.2 混合式移动机构
1.2.3 整体变形式移动机构
1.3 课题来源与研究内容
1.3.1 课题来源
1.3.2 本文研究的主要内容
2 双四面体机构设计方法
2.1 引言
2.2 四面体结构特性
2.2.1 四面体几何结构特性
2.2.2 四面体移动机构特性
2.3 地面移动双四面体机构的设计方法
2.3.1 双四面体几何构造方法
2.3.2 双四面体机构构造方法
2.4 本章小结
3 BENNETT环单动力共面双四面体移动机构
3.1 引言
3.2 机构设计
3.2.1 机构描述
3.2.2 自由度分析
3.3 机构运动学分析
3.3.1 Bennett机构几何参数与位置坐标
3.3.2 RSR支链位置坐标
3.4 运动可行性与步态规划
3.4.1 运动可行性分析
3.4.2 运动步态规划
3.5 样机与实验
3.6 本章小结
4 PPP基多模式对顶双四面体移动机构
4.1 引言
4.2 机构设计
4.2.1 机构描述
4.2.2 自由度分析
4.2.3 移动机理描述
4.3 运动学分析
4.3.1 可缩放3-RPS并联单元
4.3.2 可缩放3-SPR并联单元
4.3.3 PPP基对顶双四面体移动机构
4.4 多模式波动步态设计
4.4.1 直线波动模式启动步态
4.4.2 直线波动模式直行步态
4.4.3 水平波动模式转向步态
4.4.4 垂直波动模式台阶攀爬步态
4.5 越障能力分析
4.5.1 台阶攀爬
4.5.2 斜坡攀爬
4.5.3 沟壑通过
4.5.4 窄缝通过
4.6 路径规划与控制策略
4.7 样机与实验
4.7.1 样机设计
4.7.2 移动步态实验
4.7.3 越障能力实验
4.8 本章小结
5 SARRUS链可折展对偶双四面体移动机构
5.1 引言
5.2 机构设计
5.2.1 机构描述
5.2.2 自由度分析
5.3 运动学分析
5.3.1 Sarrus链三角形环路
5.3.2 中心四面体机构
5.3.3 对偶双四面体移动机构
5.4 运动可行性分析与步态设计
5.4.1 非碰撞滚动可行性分析
5.4.2 方向Ⅰ非碰撞滚动步态
5.4.3 方向Ⅱ非碰撞滚动步态
5.4.4 方向Ⅲ非碰撞滚动步态
5.5 连续滚动路径
5.6 双重折展模式
5.6.1 伞状折叠模式
5.6.2 径向缩放模式
5.7 样机与实验
5.7.1 样机设计
5.7.2 双重折展功能实验
5.7.3 移动功能实验
5.8 本章小结
6 双四面体机构运动规划
6.1 引言
6.2 运动规划策略
6.2.1 一般化滚动双四面体机构建模
6.2.2 运动可行性与运动学、动力学分析
6.2.3 上层路径规划策略
6.2.4 下层步态规划策略
6.3 算例分析
6.3.1 移动任务算例
6.3.2 转向任务算例
6.3.3 操作任务算例
6.4 性能对比
6.5 本章小结
7 总结与展望
7.1 总结
7.2 应用及展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：3846933
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 移动机构发展概述
1.2.1 传统移动机构
1.2.2 混合式移动机构
1.2.3 整体变形式移动机构
1.3 课题来源与研究内容
1.3.1 课题来源
1.3.2 本文研究的主要内容
2 双四面体机构设计方法
2.1 引言
2.2 四面体结构特性
2.2.1 四面体几何结构特性
2.2.2 四面体移动机构特性
2.3 地面移动双四面体机构的设计方法
2.3.1 双四面体几何构造方法
2.3.2 双四面体机构构造方法
2.4 本章小结
3 BENNETT环单动力共面双四面体移动机构
3.1 引言
3.2 机构设计
3.2.1 机构描述
3.2.2 自由度分析
3.3 机构运动学分析
3.3.1 Bennett机构几何参数与位置坐标
3.3.2 RSR支链位置坐标
3.4 运动可行性与步态规划
3.4.1 运动可行性分析
3.4.2 运动步态规划
3.5 样机与实验
3.6 本章小结
4 PPP基多模式对顶双四面体移动机构
4.1 引言
4.2 机构设计
4.2.1 机构描述
4.2.2 自由度分析
4.2.3 移动机理描述
4.3 运动学分析
4.3.1 可缩放3-RPS并联单元
4.3.2 可缩放3-SPR并联单元
4.3.3 PPP基对顶双四面体移动机构
4.4 多模式波动步态设计
4.4.1 直线波动模式启动步态
4.4.2 直线波动模式直行步态
4.4.3 水平波动模式转向步态
4.4.4 垂直波动模式台阶攀爬步态
4.5 越障能力分析
4.5.1 台阶攀爬
4.5.2 斜坡攀爬
4.5.3 沟壑通过
4.5.4 窄缝通过
4.6 路径规划与控制策略
4.7 样机与实验
4.7.1 样机设计
4.7.2 移动步态实验
4.7.3 越障能力实验
4.8 本章小结
5 SARRUS链可折展对偶双四面体移动机构
5.1 引言
5.2 机构设计
5.2.1 机构描述
5.2.2 自由度分析
5.3 运动学分析
5.3.1 Sarrus链三角形环路
5.3.2 中心四面体机构
5.3.3 对偶双四面体移动机构
5.4 运动可行性分析与步态设计
5.4.1 非碰撞滚动可行性分析
5.4.2 方向Ⅰ非碰撞滚动步态
5.4.3 方向Ⅱ非碰撞滚动步态
5.4.4 方向Ⅲ非碰撞滚动步态
5.5 连续滚动路径
5.6 双重折展模式
5.6.1 伞状折叠模式
5.6.2 径向缩放模式
5.7 样机与实验
5.7.1 样机设计
5.7.2 双重折展功能实验
5.7.3 移动功能实验
5.8 本章小结
6 双四面体机构运动规划
6.1 引言
6.2 运动规划策略
6.2.1 一般化滚动双四面体机构建模
6.2.2 运动可行性与运动学、动力学分析
6.2.3 上层路径规划策略
6.2.4 下层步态规划策略
6.3 算例分析
6.3.1 移动任务算例
6.3.2 转向任务算例
6.3.3 操作任务算例
6.4 性能对比
6.5 本章小结
7 总结与展望
7.1 总结
7.2 应用及展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：3846933
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3846933.html