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越障机构静力学分析与越障性能研究
随着科学技术的不断进步,人类对未知世界领域的探索不断深入,然而面对
一些操作难度大、工作环境恶劣、作业境况危险等领域,一般的穿越机构难以实
现对复杂路面的越障功能。因而,对越障机构深入研究的重要性日益突出,渐渐成
为国内外专家研究的热点。
论文通过深入研究现有轮式和腿式两种越障机构的优点和不足,提出了一种
轮-腿复合式越障机构,并对其传动结构、静力学性能及越障性能进行了深入细致
的研究,论文主要研究工作及结论如下:(1)为实现轮、腿越障机构按需驱动,论文
将两2K-H行星轮机构串联,通过齿数计算及配合,设计出两级输出行星轮机构传
动方案,利用运动过程中可变约束的施加与释放,实现了越障机构在移动过程中
遇到垂直障碍路面时,自动选择机械腿机构辅助越障的功能,大幅增强了机构自
适应能力。最后,通过运动学仿真软件仿真分析,验证了其可变约束传动的可行性
及正确性。
(2)对于机械腿辅助越障机构,论文采用具有高精度、高承载力的2UPR-UPU
四自由度并联机械腿机构。论文在对机械腿运动轨迹和承载力研究分析过程中,
首先建立了对应2UPR-UPU并联机械腿机构对应坐标系,依据所建坐标系列出了
闭环约束矢量方程,通过对约束矢量方程求解推出了其驱动雅可比矩阵,获得了
机构的输入输出之间的映射关系。
其次,通过虚功原理建立了静力学关系方程,并根据静力学关系方程求解出
静力学矩阵方程,并通过范函数运算以及拉格朗日乘子运算得出了机构静力学评
价指标,并编程仿真,证明该机构静力学性能稳定。(3)论文对越障机构的整体越
障性能进行了仿真分析。
在保证虚拟样机仿真运动完整性的同时,论文对一些繁余复杂结构进行了精
简,并建三维仿真虚拟样机模型,通过运动学仿真软件对其进行运动学仿真,验证
越障机构的越障性能,本文研究的轮-腿复合式越障机构的越障能力可达500mm,
比单纯轮式越障机构的267mm提高233mm。本文所做的工作是对越障机构进行的
一次深入细致的研究与分析,通过仿真也验证了轮-腿复合式越障机构更强的越
障性能,其研究成果对推动机械自适应性和智能化的发展有着深远的意义,对推
广越障机构在工程实际的广泛应用具有重要的价值。
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