关键词：闭链弓形五连杆;质心运动学模型;越障能力;匀速爬坡;运动规划
摘 要：本论文针对在非结构环境下提出了具有圆弧外轮廓的闭链弓形五连杆机构。闭链弓形五连杆由五个相同的弓形杆件模块首尾串联而成,通过配重法使每个弓形杆件模块质量mi相等且质心位置处于相邻模块关节连线的中点。当五个关节角均为108o时,闭链弓形五连杆的外轮廓为圆形,质心与形心重合。单根杆件触地时,依靠质心偏置产生的重力矩机构能够实现平面准静态滚动。为了便于分析与表达,通常将障碍物地形简化为斜坡、台阶、连续台阶、凸台、沟道等具有典型特征的地形,本文选择台阶和斜坡障碍物地形考查闭链弓形五连杆运动性能。首先对闭链弓形五连杆的准静态翻滚过程进行研究,进行准静态翻滚运动学分析;分析越障过程中的运动约束和几何约束,建立闭链弓形五连杆机构的最大越障分析模型,利用数值算法获得了最大越障高度随接触角和关节圆半径的变化曲线。根据质心可行域边界曲线内凹的特点,依照行程最短策略采用切线法来规划越障过程中系统质心运动路径,进而利用运动学逆解得到主动关节轨迹,通过受力关系解算出了准静态越障过程最大静摩擦系数的变化曲线。其次,建立系统爬坡受力分析模型,并在主动关节角爬坡约束下求解出爬坡的坡度表达式,利用数值算法获得了坡度最大与翻滚角的曲线图,通过受力关系解算出了最大静摩擦系数的变化曲线。对恒定质心偏距匀速爬坡进行运动规划,进而解算主动关节轨迹。最后,通过样机实验验证了越障和爬坡过程的分析结果的正确性。闭链弓形五连杆准静态平面翻滚过程的质心运动学模型的建立与求解为研究准静态越障过程和恒定质心爬坡过程提供了理论基础。
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