可折叠多模式移动并联机器人的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dlxfmc
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移动机器人已经被广泛应用于抢险救灾、未知环境探测、军事侦查、家庭服务等领域。其中移动并联机器人凭借其结构刚度大、运动精度高、负载能力强等特点,在移动机器人中占有一席之地。然而在面对复杂工作任务时,传统移动并联机器人受限于其工作空间较小、运动形式单一、越障能力较弱等因素,难以发挥结构优势。本文基于机器人小型化与提高越障能力的目的,面向对未知环境探测的需求,研发了一款新型可折叠的多模式移动并联机器人。通过折叠机器人可以实现小型化,便于储存携带与远程投送。通过利用机构奇异位置,机器人经过模式切换可以实现多种移动方式,从而提高其越障能力,增强复杂环境中的生存能力。  针对可折叠与多模式移动的需求,提出一种新型可折叠多模式移动并联机器人,该移动并联机器人由两个可变平台和四条可相互嵌套的URU支链组成。本文运用螺旋理论计算机构的自由度,并分析其奇异位置。由于工作平台会搭载用于探测、采样等负载,因此求解机构处于四自由度情况下的工作空间。为了验证机构设计的可行性与自由度计算的准确性,设计并制作了一台实体样机。该移动机器人通过变形可以实现七种运动模式和四种折叠模式,当机构完全展开时,可以实现六边形滚动模式、四边形滚动模式与支链滚动模式,且通过纵向折叠机器人可以切换到爬行模式,通过横向折叠机器人可以实现翻滚模式、步行模式和跳跃运动模式。纵向折叠与横向折叠都可以实现机器人由闭环结构到开环结构的转化。对于每种运动模式进行运动学分析,并对六边形滚动模式与四边形滚动模式进行ZMP分析,同时运用Adams软件对每种模式进行步态规划。此外,在爬行模式下,规划出两种直线步态与原点转向步态。本文还以STM32为核心设计相应的控制系统硬件部分,并编写下位机软件,设计上位机界面,进而实现上下位机的无线通信。研制出可折叠多模式移动并联机器人样机,完成相关的调试及实验验证工作。  综合而言,提出的新型可折叠多模式移动并联机器人,为具有多种折叠与移动模式、具有较强的环境适应能力,且控制系统稳定可靠的移动并联机器人提供一种新的设计思路。
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