單環(huán)過約束機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分岔特性研究.pdf

1、單環(huán)機(jī)構(gòu)是研究并聯(lián)、混聯(lián)和冗余驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等多環(huán)復(fù)雜機(jī)構(gòu)的重要基礎(chǔ)。變自由度機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)分岔機(jī)構(gòu)在多功能、多模式操作設(shè)備等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來研究者針對(duì)單環(huán)分岔機(jī)構(gòu)提出了一些構(gòu)型，但仍然缺乏系統(tǒng)的方法。本文針對(duì)單環(huán)過約束機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)方面展開工作，提出了一種單環(huán)過約束機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，并應(yīng)用于單環(huán)運(yùn)動(dòng)分岔機(jī)構(gòu)。
　　基于螺旋理論和單環(huán)機(jī)構(gòu)過約束對(duì)自由度的影響，提出了單環(huán)過約束機(jī)構(gòu)的分支設(shè)計(jì)方法。定義了分支參數(shù)Lnc。從鄰接轉(zhuǎn)動(dòng)副

2、關(guān)節(jié)軸線空間關(guān)系著手，建立了不同空間鄰接關(guān)系的備選支鏈庫，并分析了這些分支可以提供的約束螺旋。對(duì)分支約束螺旋系進(jìn)行組合，研究分支組合能夠得到的公共約束類型。通過約束螺旋的交集關(guān)系，獲得不同約束類型、不同桿數(shù)、不同配置的單環(huán)過約束機(jī)構(gòu)組成方案。
　　基于單環(huán)機(jī)構(gòu)自由度特性和單環(huán)過約束機(jī)構(gòu)的分支設(shè)計(jì)方法，分析了提供一個(gè)公共力約束的單環(huán)6R過約束機(jī)構(gòu)雙分支組成方案，提出了能夠使雙分支提供重合力約束且約束穩(wěn)定存在的幾何條件?；谄渲幸环N保

3、證公共力約束穩(wěn)定存在的幾何條件，設(shè)計(jì)了新型6R過約束機(jī)構(gòu)。分析了6R過約束機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)螺旋系，并提出了機(jī)構(gòu)的閉環(huán)方程。
　　明確了運(yùn)動(dòng)分岔機(jī)構(gòu)的原理及設(shè)計(jì)原則，提出了運(yùn)動(dòng)分岔機(jī)構(gòu)的臨界瞬時(shí)位形，配對(duì)關(guān)節(jié)以及配對(duì)觸發(fā)運(yùn)動(dòng)的概念。并結(jié)合第2章提出的單環(huán)過約束機(jī)構(gòu)的分支設(shè)計(jì)法，選取L4PIP型4R分支，按照機(jī)構(gòu)雙分支提供一個(gè)公共力偶約束的幾何條件，構(gòu)建了具有RR配對(duì)關(guān)節(jié)的8R單環(huán)運(yùn)動(dòng)分岔機(jī)構(gòu)。從機(jī)構(gòu)幾何封閉的角度，得到8R運(yùn)動(dòng)分岔機(jī)構(gòu)具有

4、兩種初始位形下的四個(gè)運(yùn)動(dòng)分支;從運(yùn)動(dòng)分岔機(jī)構(gòu)臨界瞬時(shí)位形的角度，按照該機(jī)構(gòu)的配對(duì)關(guān)節(jié)觸發(fā)運(yùn)動(dòng)條件是否滿足，將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)總結(jié)為三種模式，且三種運(yùn)動(dòng)模式彼此互斥。
　　基于本文提出的新型8R運(yùn)動(dòng)分岔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了一款雙足/輪式雙模式移動(dòng)機(jī)器人。機(jī)器人的步行功能由8R運(yùn)動(dòng)分岔機(jī)構(gòu)在非觸發(fā)運(yùn)動(dòng)分支實(shí)現(xiàn)。分別選定不同主動(dòng)關(guān)節(jié)組合施加不同驅(qū)動(dòng)，對(duì)8R機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，驗(yàn)證了對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)的自由度等運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，并給出了驅(qū)動(dòng)方案。規(guī)劃了機(jī)器人在