四杆张拉整体式移动机构研究

Tensegrity robot has characteristics of compact structure, light weight, low cost and ability of being folded and deployed. It is different from the traditional robots and provides new thoughts for designing the robot. In the project, an innovative tensegrity robot is presented. The robot can move by rolling. Moreover it only uses a mechanism to completing the functions of moving, loading and working. At current, there are theoretical problems and technological difficulties in designing theory and analysis for movement of the tensegrity robot. Based on the problems and difficulties, design, movement and collision after its rolling of the robot will be analyzed in the project. Analysis results will be checked with testing its prototypes. A set of systemic analysis method for researching on the tensegrity robot will be obtained through the project. A new method for designing the tensegrity robot will be presented too. Moreover a new tensegrity robot will be gotten. Results obtained in the project will provide the theory for researching on the tensegrity robot.

结构紧凑、轻质化、可展纳、抗冲击、低成本的张拉整体机器人，突破传统机器人设计范畴，为机器人的设计研究提供了新的思路，为星际探测任务提供了新的视角。本项目将提出一种利用整体翻转实现移动，移动系统、承载系统、工作系统使用一套索杆机构实现的新型张拉整体机器人结构。针对目前张拉整体机器人的构型理论、运动分析等方面存在重要的理论问题和技术难点，本项目拟对此机器人的构型、运动、翻转碰撞进行分析，并通过模型样机研制与实验，对理论分析结果进行检验和修正。通过项目的研究，获得了一种新颖的张拉整体移动机器人的设计方案，提出了一种张拉整体移动机构的设计分析方法，形成了基于节点广义坐标的张拉整体机构的系统研究方法。本项目的研究成果，将为张拉整体机器人的研究提供理论支持。

项目致力于把张拉整体结构设计理念应用于轻量化机器人设计领域。本项目从四杆张拉整体机器人的构型稳定性、翻滚运动可行性、对角索驱动、翻滚着地冲击及回弹问题、搭载有效空间问题、外载对于机器人运动影响几个方面，进行了理论研究、虚拟样机仿真分析及物理样机研制测试分析。通过分析研究，确定了此四杆张拉整体机器人的具体结构方案、驱动方案和路径规划方案。所研制的四杆张拉整体机器人通过物理样机测试，能够实现单步变形翻滚、连续翻滚和向具体目标移动。在项目研究过程中，获得了张拉整体结构机构化方法、张拉整体机构的运动分析方法和张拉整体机器人的路径规划方法。这些理论方法能够为张拉整体机构的研究提供基础理论支持。研究结果表明，张拉整体设计理念可以应用到轻量化新概念机器人系统设计中。