可重構(gòu)可展多面體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與理論研究.pdf

1、可展機(jī)構(gòu)因其優(yōu)良的折疊、伸展性能，被廣泛應(yīng)用于日常生活、可變結(jié)構(gòu)和大型可展設(shè)備中，近年來隨著城市生活節(jié)奏的加快和航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，可展機(jī)構(gòu)也遇到了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，如何在不改變裝配關(guān)系的前提下增加其展開和操作模式以適應(yīng)不同的任務(wù)要求成為可展機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的前沿問題。本文基于平臺(tái)重合、轉(zhuǎn)動(dòng)副同軸和自穿越等技術(shù)手段，設(shè)計(jì)了一系列由半平臺(tái)、折彎桿組、直線桿組、平行四邊形機(jī)構(gòu)等組成的可重構(gòu)單元?；诳芍貥?gòu)單元，采用“頂點(diǎn)”構(gòu)造、“面”構(gòu)造、“體”

2、構(gòu)造等構(gòu)造方法搭建了基于柏拉圖多面體、半正多面體、Johnson多面體和多棱柱的可重構(gòu)可展多面體機(jī)構(gòu)，形成了較為系統(tǒng)的可重構(gòu)可展多面體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論和方法。主要研究工作如下:
　　(1)根據(jù)折彎桿組的可重構(gòu)特性，設(shè)計(jì)了具有四個(gè)半平臺(tái)的可重構(gòu)折彎桿組。通過將對(duì)稱的可重構(gòu)折彎桿組插入到柏拉圖多面體頂點(diǎn)以及相鄰面中構(gòu)造了一類可重構(gòu)可展柏拉圖多面體機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)了兩類大伸縮比的可重構(gòu)一般化折彎桿組（n-SEs-2-RGAEs和n-AEs-2-

3、RGAEs），著重分析了n-AEs-2-RGAEs在兩種運(yùn)動(dòng)模式下的運(yùn)動(dòng)學(xué)，得到了令其達(dá)到完全收縮狀態(tài)和完全展開狀態(tài)的尺寸參數(shù)。利用1-AE-2-RGAEs構(gòu)造了具有大伸縮比的可重構(gòu)可展柏拉圖多面體，并給出了其在兩種運(yùn)動(dòng)模式下的伸縮比計(jì)算方法。
　　(2)對(duì)比分析了半正多面體與柏拉圖多面體頂點(diǎn)特性的不同。研究了兩個(gè)折彎桿組耦合運(yùn)動(dòng)條件，進(jìn)而構(gòu)造了可重構(gòu)雙折彎桿組。給出了可重構(gòu)雙折彎桿組的連桿和平臺(tái)的參數(shù)約束，分析了兩種運(yùn)動(dòng)模式下的

4、運(yùn)動(dòng)學(xué)問題。將可重構(gòu)雙折彎桿組插入到三棱柱的頂點(diǎn)以及相鄰面中構(gòu)造了可重構(gòu)可展三棱柱機(jī)構(gòu)。連接三對(duì)折彎桿組構(gòu)造了可重構(gòu)三折彎桿組，將可重構(gòu)雙折彎桿組和三折彎桿組插入到J3多面體的兩類頂點(diǎn)以及它們相鄰的面中構(gòu)造了可重構(gòu)可展J3機(jī)構(gòu)。
　　(3)利用整平臺(tái)、半平臺(tái)和直桿，設(shè)計(jì)了三種可重構(gòu)單元:可重構(gòu)直線桿組、可重構(gòu)雙直線桿組和可重構(gòu)三直線桿組，確定了三種可重構(gòu)單元所有連桿和平臺(tái)尺寸參數(shù)變量中獨(dú)立變量的數(shù)量。將三種可重構(gòu)單元插入到基礎(chǔ)多面

5、體的頂點(diǎn)及其相鄰的面中分別構(gòu)造了退化的四面體機(jī)構(gòu)、退化的三棱柱機(jī)構(gòu)、退化的C60機(jī)構(gòu)和退化的J3機(jī)構(gòu)。分析了可重構(gòu)雙直線桿組的運(yùn)動(dòng)學(xué)，據(jù)此給出了退化的三棱柱機(jī)構(gòu)在兩種運(yùn)動(dòng)模式下平臺(tái)到縮放中心距離的變化曲線。
　　(4)構(gòu)造了基于直線桿組和折彎桿組的三種拓展的平行四邊形機(jī)構(gòu)。分析了三種拓展的平行四邊形機(jī)構(gòu)的桿長參數(shù)和運(yùn)動(dòng)模式，進(jìn)而計(jì)算了它們?cè)趦煞N運(yùn)動(dòng)模式下的伸縮比;將拓展的平行四邊形機(jī)構(gòu)圓周陣列得到了三角形、五邊形和六邊形可重構(gòu)面單

6、元，以“面”構(gòu)造方式將可重構(gòu)面單元插入基礎(chǔ)多面體的面并用角塊連接，構(gòu)造了可重構(gòu)可展六棱柱機(jī)構(gòu)和C60機(jī)構(gòu)。
　　(5)利用伸縮單元和整周回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)構(gòu)造了自穿越三棱柱機(jī)構(gòu)，分析了其三種典型的步態(tài):自穿越步態(tài)、蠕動(dòng)步態(tài)和穿-蠕組合步態(tài)。構(gòu)造了雙三棱柱機(jī)構(gòu)并研究了具有三個(gè)攀爬平臺(tái)的蠕動(dòng)步態(tài)。利用“體”構(gòu)造方法搭建了3-3多棱柱機(jī)構(gòu)，通過合理規(guī)劃自穿越運(yùn)動(dòng)順序?qū)崿F(xiàn)了翻涌運(yùn)動(dòng)。通過機(jī)構(gòu)構(gòu)造、自由度分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、步態(tài)分析、仿真和樣機(jī)試