基于缩放单元的移动机器人理论及实验研究

【摘要】： 随着现代科学技术的不断发展,特殊运动方式的移动机构已成为各发达国家的研究热点。然而,大多传统腿式机构以及目前比较新型的球型、蛇形等机器人和自重构机器人的结构和控制都比较复杂,因此对其加工制造以及推广应用都造成了一定的阻碍。 本文研究对象为多态化灵巧移动平台,从简化机构及其控制系统出发,综合机构学、机器人学和车辆工程学思想,突破传统移动结构设计的局限性,将缩放机构与移动机器人结合,力求在机构本体上有所创新。 首先,基于平行四边形缩放机构,提出几类新型移动机构:(1)平行四边形滚动机构及其拓展;(2)反平行四边形滚动机构;(3)平行四边形滑行机构;(4)平行四边形步行机构。 其次,基于移动副单元,提出了由全移动副构成的移动机构。主要包括:(1)三杆两移动副步行机构;(2)四杆三移动副步行机构;(3)提出全移动副立方体缩放单元,并按照一定方式连接立方体单元,设计了一类特殊移动机构。 最后,为验证运动原理的可行性,对提出的移动机构通过计算机进行运动仿真。并在上述理论的基础上,分析了机构的步态,设计制作了平行四边形滑行、步行和滚动机构的实物样机。实验结果表明,以上提出的几种新概念移动机构在原理上具有较高的可行性,移动机构的结构和控制都比较简单,且成本较低,为进一步的研究打下了基础。本文将为开发创新型的移动机构提供方案实例和相关的设计理论基础。