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4-URPU多模式移动并联机构运动学与多目标优化

张春燕 谢明娟 卢晨晖

张春燕,谢明娟,卢晨晖. 4-URPU多模式移动并联机构运动学与多目标优化[J]. 机械科学与技术,2020,39(8):1202-1210 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190255
引用本文: 张春燕,谢明娟,卢晨晖. 4-URPU多模式移动并联机构运动学与多目标优化[J]. 机械科学与技术,2020,39(8):1202-1210 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190255
Zhang Chunyan, Xie Mingjuan, Lu Chenhui. Kinematics and Multi-objective Optimization of 4-URPU Multiple Locomotion Modes Mobile Parallel Mechanism[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190255
Citation: Zhang Chunyan, Xie Mingjuan, Lu Chenhui. Kinematics and Multi-objective Optimization of 4-URPU Multiple Locomotion Modes Mobile Parallel Mechanism[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190255

4-URPU多模式移动并联机构运动学与多目标优化

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190255
基金项目: 国家自然科学基金项目(11604205)资助
详细信息
    作者简介:

    张春燕(1980−),副教授、硕士生导师,研究方向为机器人机构学,构型创新及操作性能优化,cyzhang@sues.edu.cn

  • 中图分类号: TH112

Kinematics and Multi-objective Optimization of 4-URPU Multiple Locomotion Modes Mobile Parallel Mechanism

  • 摘要: 为适应多重地形特征环境,本文提出一种集四足步行、蠕动和“全姿态”滚动等运动模式为一体的4-URPU多模式移动并联机构。利用螺旋理论分析了机构在各模式下的运动可行性,求解各模式下机构的位置解及速度雅可比矩阵,并建立多目标优化模型,得到一组相对最优解的集合。结果表明,行走过程中的速度性能指标的最大值低于机构在滚动过程中的速度性能指标,不同的工作环境有不同的最优解决方案。最后对机构进行样机试验,验证了该机构的理论正确性以及运动可行性。所提出的机构可应用于核电事故、野外、自然灾害等具有多重地形特征的地理环境中,有一定的应用前景。
  • 图  1  4-UPRU多模式移动并联机构简图

    图  2  机构在四足行走模式下的分支运动螺旋

    图  3  机构在滚动模式下的分支运动螺旋

    图  4  机构在蠕动模式下的分支运动螺旋

    图  5  机构平面六杆等效模型

    图  6  机构输出点G点的工作空间图

    图  7  机构输出量B4点的位置分析图

    图  8  机构滚动速度与驱动角$ \alpha $$ \beta$$ \gamma $的关系

    图  9  机构滚动示意图

    图  10  机构稳定性与驱动角$ \alpha $$ \beta $$ \gamma$的关系

    图  11  机构的行走速度与角度${\alpha _1}$、角速度${\dot \alpha _1}$的关系

    图  12  机构随角度${\alpha _1}$${\alpha _2}$的越障高度变化图

    图  13  各目标函数与参数$ \alpha $$ \gamma$间的关系

    图  14  各目标函数的协调处理结果分析($ \alpha{\text{、}} \beta $为定值)

    图  15  样机滚动模式试验

    图  16  样机行走模式试验

    表  1  输入量$ \alpha $$ \beta$$ \gamma $与机构稳定性关系

    输入量$\alpha $输入量$\beta $输入量$\gamma $稳定性
    ${{\text{π}} / 3}$$\left( { - {{\text{π}} / 5},{{\text{π}} / 2}} \right)$$\left( { - {{\text{π}} / 5},{{\text{π}} / 2}} \right)$
    ${{\text{π}} / 3}$$\left( { - {{\text{π}} / 2},{{ - {\text{π}} } / 5}} \right)$$\left( { - {{\text{π}} / 2},{{ - {\text{π}} } / 5}} \right)$
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  • 收稿日期:  2019-01-29
  • 网络出版日期:  2020-12-29

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