可折叠地面移动连杆机构的研究

摘要

本文将折叠缩放技术应用于地面移动连杆机构的设计中，利用缩放和折叠的变形特点，使其便于运输、存放和隐蔽，同时增加移动方式和增强移动性能。
　　首先，通过对经典缩放单元结构特点的归纳，构造了三种缩放折叠机构:(1)基于纯移动副平面缩放机构，构造了单自由度的多面体缩放机构;(2)基于3个Bricard机构，提出了一种能实现平面三角形和空间四面体间相互转变的纯转动副折叠机构;(3)利用多层折叠技术，设计了一种可以通过平面拓展增加缩放比的折叠板机构。
　　其次，将平面缩放折叠机构应用于设计地面移动机器人。利用纯移动副缩放技术，提出一种曲柄滑块机构驱动的变径车轮，实现轮径和轮距的同时变化，增强了越障和避障的能力;通过两个平行四边形机构的连接，组成一种六边形滚动机构，并利用剪叉式缩放机构，对其每个杆件进行替换，使六边形滚动机构整体可缩放且滚动步长可变。
　　最后，基于平行四边形缩放折叠技术设计了一种可折叠双三角锥滚动机构。在展开状态下的双三角锥通过三个驱动进行翻滚和转向，在折叠状态下的椭球体通过两个同步驱动带动偏心块实现滚动，并通过单自由度控制实现状态间的转换。同时，进一步应用平行四边形缩放折叠技术提出一种可变自由度的折叠3-RSR滚动机构。在折叠模式，仅需要一个自由度即可实现折叠功能;在移动模式，能够通过三个自由度实现直行和转向。
　　本文探索性地研究了增强移动机构变形能力和移动能力的技术方法，用以提高机器人的环境适应性，尤其对于星球探测器在发射时的大折叠比需求，以及军用机器人在工作时的高隐蔽性需求具有潜在的应用前景。

目录

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 地面移动机器人研究现状

1．2．1 轮式移动机器人的研究现状

1．2．2 履带式移动机器人的研究现状

1．2．3 足式移动机器人的研究现状

1．2．4 连杆式机器人的研究现状

1．3 缩放折叠机构研究现状

1．3．1 纯转动副缩放折叠机构

1．3．2 纯移动副缩放折叠机构

1．3．3 其他缩放折叠机构

1．4 研究意义和目标

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究目标

1．5 研究内容和工作安排

1．5．1 研究内容

1．5．2 工作安排

1．5．3 章节内容安排

1．6 本章小结

第二章 缩放折叠机构的技术基础研究

2．1 纯移动副缩放机构

2．2 纯转动副变形机构

2．3 基于曲柄摇块的折叠机构

2．4 变径车轮的构造与空间拓展

2．4．1 变径车轮的构造

2．4．2 变径车轮的空间拓展

2．5 六边形滚动机构的构造与空间拓展

2．5．1 六边形滚动机构的构造

2．5．2 变步长六边形滚动机构

2．6 本章小结

第三章 可折叠双三角锥滚动机构

3．1 折叠方案的设计与选择

3．2 可折叠双三角锥滚动机构的设计与分析

3．2．1 机构组成

3．2．2 自由度分析

3．2．3 伸缩比计算

3．2．4 运动学分析

3．2．5 移动能力分析

3．2．6 步态规划

3．3 转向技术研究

3．3．1 转向控制方案的分析

3．3．2 仿真与原理样机验证

3．4 本章小结

第四章 可折叠3-RSR滚动机构

4．1 基于3-RSR的滚动机构

4．2 可折叠3-RSR滚动机构的设计与分析

4．2．1 机构组成

4．2．2 自由度分析

4．2．3 驱动方案设计

4．2．4 折叠模式与移动模式分析

4．2．5 原理样机验证

4．3 可折叠双八面体滚动机构

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

作者简历

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