【摘 要】
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变胞机构是指能在运动过程中改变其拓扑结构和自由度的新型机构。本文将变胞机构引入汽车领域,提出了能在轮式行驶和足式行走间自由切换的无人变胞车,其特点在于能快速全局变化。因其拥有两种运动形式,所以在复杂地形上具有高通过性,又在良好路面上具有高移动性。文中研究无人变胞车在结构化路面的制动时重构运动,为此需要建立重构的运动学和动力学模型,进而分析在制动工况下无人变胞车进行重构运动的整车稳定性变化。具体内容
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变胞机构是指能在运动过程中改变其拓扑结构和自由度的新型机构。本文将变胞机构引入汽车领域,提出了能在轮式行驶和足式行走间自由切换的无人变胞车,其特点在于能快速全局变化。因其拥有两种运动形式,所以在复杂地形上具有高通过性,又在良好路面上具有高移动性。文中研究无人变胞车在结构化路面的制动时重构运动,为此需要建立重构的运动学和动力学模型,进而分析在制动工况下无人变胞车进行重构运动的整车稳定性变化。具体内容如下:首先介绍无人变胞车的车体和腿部结构,并将其制动时重构的过程划分为三个阶段。其次,利用D-H建模方法分别建立折叠腿展开阶段和耦合重构阶段的运动学模型,再通过简化机构原理,将变质心摆杆机构的摆动和伸缩运动模拟为折叠腿机构的展开运动。为了实现重构运动的平顺性和前后车身保持水平的要求,设计了各转动关节的运动规律和水平举升机构。而后,基于简化摆杆机构的拉格朗日动力学模型,研究折叠腿在展开过程对无人变胞车的动力学作用,随后研究展开腿在支撑过程对无人变胞车的动力学作用。基于非线性轮胎模型,建立并求解变胞车制动时重构的动力学模型,分析两种不同制动力矩下的多初值点和单初值点的相空间图、相平面图以及时域图,发现随着制动力矩的增大,系统会发生由分岔导致的失稳现象。绘制以制动力矩为参数的系统状态变量的分岔图,从全局角度观察分岔的产生,并且对比在制动时重构的不同阶段下分岔值的变化。建立变胞车在耦合重构阶段的ZMP模型,分析变胞车在减速情况下是否会发生倾倒。最后,基于已装配的实车,对其进行折叠腿展开阶段和展开腿支撑阶段的制动实验以及耦合重构实验,验证了制动时重构的理论正确性。
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