輪臂混合式可重構(gòu)機器人設(shè)計與原理樣機研制.pdf

1、在星球探測、軍事偵察和救災(zāi)搜尋等極限作業(yè)環(huán)境中，單體機器人作業(yè)系統(tǒng)存在著極大風險，將機器人模塊化、重構(gòu)和多機器人協(xié)作等概念應(yīng)用于極限作業(yè)領(lǐng)域，變革單體機器人的機構(gòu)設(shè)計、運動和控制方式，可使其適應(yīng)復(fù)雜的未知工作環(huán)境?？芍貥?gòu)機器人是由功能相對簡單、相互間可以有機連接的同構(gòu)或非同構(gòu)機器人模塊組成，且可以根據(jù)外界環(huán)境將多個機器人模塊組合成對某一任務(wù)或環(huán)境最有利的構(gòu)形，并通過其自變形獲得自主適應(yīng)能力?？芍貥?gòu)機器人系統(tǒng)不僅能夠簡化設(shè)計結(jié)構(gòu)，降低制造

2、成本，增加機器人功能和結(jié)構(gòu)多樣性，同時也可以提高其功能上的魯棒性和可替換性。
　　以未知環(huán)境下輪臂混合式可重構(gòu)機器人為研究對象，根據(jù)輪臂混合式可重構(gòu)機器人模塊特征和系統(tǒng)預(yù)期功能，對其單體機器人進行總體方案設(shè)計。以構(gòu)形綜合和構(gòu)態(tài)變換為基礎(chǔ)，結(jié)合機構(gòu)疊加原理和圖論理論，提出一種新型變拓撲重復(fù)折展式車輪;基于機械臂功能需求，確定機械臂的自由度，完成機械臂關(guān)節(jié)配置的構(gòu)形綜合和優(yōu)選，確定機械臂的最優(yōu)構(gòu)形方案。
　　根據(jù)輪臂混合式可重構(gòu)

3、機器人的設(shè)計要求，完成輪臂混合式可重構(gòu)機器人的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定變拓撲重復(fù)折展式車輪的關(guān)鍵尺寸參數(shù);基于機械臂的功能需求，完成機械臂主體、末端執(zhí)行器和輔助輪的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定機械臂各尺寸參數(shù)，最終完成輪臂混合式可重構(gòu)機器人三維模型構(gòu)建和二維工程圖繪制，并完成原理樣機的制作。
　　基于輪臂混合式可重構(gòu)機器人單體結(jié)構(gòu)特征，運用D-H坐標法建立可重構(gòu)機器人的正、逆運動學模型。采用構(gòu)形狀態(tài)矩陣描述機器人系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)信息，利用分層描述方

4、法表達可重構(gòu)機器人的群體構(gòu)形。據(jù)此獲得各單體機器人間的連接關(guān)系和末端執(zhí)行器的位姿，并通過逆運動學求解獲取各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角值，確定輪臂混合式可重構(gòu)機器人系統(tǒng)構(gòu)形與各模塊關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的映射關(guān)系。基于ADAMS對車輪折展功能、群體構(gòu)形變換、作業(yè)模式和運動模式進行相應(yīng)的運動仿真驗證。
　　根據(jù)輪臂混合式可重構(gòu)機器人原理樣機控制系統(tǒng)的功能要求，完成可重構(gòu)機器人控制系統(tǒng)的方案設(shè)計及軟硬件設(shè)計，完成輪臂混合式可重構(gòu)機器人的驅(qū)動輪折展運動、單體運動控制和機