可重構可展多面體機構的設計與理論研究.pdf

1、可展機構因其優(yōu)良的折疊、伸展性能，被廣泛應用于日常生活、可變結構和大型可展設備中，近年來隨著城市生活節(jié)奏的加快和航空航天技術的飛速發(fā)展，可展機構也遇到了新的機遇和挑戰(zhàn)，如何在不改變裝配關系的前提下增加其展開和操作模式以適應不同的任務要求成為可展機構設計的前沿問題。本文基于平臺重合、轉動副同軸和自穿越等技術手段，設計了一系列由半平臺、折彎桿組、直線桿組、平行四邊形機構等組成的可重構單元?；诳芍貥媶卧?，采用“頂點”構造、“面”構造、“體”

2、構造等構造方法搭建了基于柏拉圖多面體、半正多面體、Johnson多面體和多棱柱的可重構可展多面體機構，形成了較為系統(tǒng)的可重構可展多面體機構的設計理論和方法。主要研究工作如下:
　　(1)根據折彎桿組的可重構特性，設計了具有四個半平臺的可重構折彎桿組。通過將對稱的可重構折彎桿組插入到柏拉圖多面體頂點以及相鄰面中構造了一類可重構可展柏拉圖多面體機構。設計了兩類大伸縮比的可重構一般化折彎桿組（n-SEs-2-RGAEs和n-AEs-2-

3、RGAEs），著重分析了n-AEs-2-RGAEs在兩種運動模式下的運動學，得到了令其達到完全收縮狀態(tài)和完全展開狀態(tài)的尺寸參數。利用1-AE-2-RGAEs構造了具有大伸縮比的可重構可展柏拉圖多面體，并給出了其在兩種運動模式下的伸縮比計算方法。
　　(2)對比分析了半正多面體與柏拉圖多面體頂點特性的不同。研究了兩個折彎桿組耦合運動條件，進而構造了可重構雙折彎桿組。給出了可重構雙折彎桿組的連桿和平臺的參數約束，分析了兩種運動模式下的

4、運動學問題。將可重構雙折彎桿組插入到三棱柱的頂點以及相鄰面中構造了可重構可展三棱柱機構。連接三對折彎桿組構造了可重構三折彎桿組，將可重構雙折彎桿組和三折彎桿組插入到J3多面體的兩類頂點以及它們相鄰的面中構造了可重構可展J3機構。
　　(3)利用整平臺、半平臺和直桿，設計了三種可重構單元:可重構直線桿組、可重構雙直線桿組和可重構三直線桿組，確定了三種可重構單元所有連桿和平臺尺寸參數變量中獨立變量的數量。將三種可重構單元插入到基礎多面

5、體的頂點及其相鄰的面中分別構造了退化的四面體機構、退化的三棱柱機構、退化的C60機構和退化的J3機構。分析了可重構雙直線桿組的運動學，據此給出了退化的三棱柱機構在兩種運動模式下平臺到縮放中心距離的變化曲線。
　　(4)構造了基于直線桿組和折彎桿組的三種拓展的平行四邊形機構。分析了三種拓展的平行四邊形機構的桿長參數和運動模式，進而計算了它們在兩種運動模式下的伸縮比;將拓展的平行四邊形機構圓周陣列得到了三角形、五邊形和六邊形可重構面單

6、元，以“面”構造方式將可重構面單元插入基礎多面體的面并用角塊連接，構造了可重構可展六棱柱機構和C60機構。
　　(5)利用伸縮單元和整周回轉的轉動關節(jié)構造了自穿越三棱柱機構，分析了其三種典型的步態(tài):自穿越步態(tài)、蠕動步態(tài)和穿-蠕組合步態(tài)。構造了雙三棱柱機構并研究了具有三個攀爬平臺的蠕動步態(tài)。利用“體”構造方法搭建了3-3多棱柱機構，通過合理規(guī)劃自穿越運動順序實現了翻涌運動。通過機構構造、自由度分析、運動學分析、步態(tài)分析、仿真和樣機試