任露洋+张淑杰+蒋骏+彭福军

摘要：提出可变四面体机构的翻滚式移动平台设计概念.该机构由6根伸缩杆和4个节点支座组成，通过伸缩杆的运动改变机构重心，使整个结构失稳，达到翻滚移动的目的.结合其运动形式进行机构的运动学分析，并在此基础上分析其稳定性.设计、制造原理样机，并进行性能测试.测试结果表明：该可变四面体机构能以翻滚步态实现全方位移动.

关键词：可变四面体机构； 翻滚移动； 伸缩杆； 失稳； 原理样机

中图分类号： TB242

文献标志码： B

Abstract：A design conception of a rolling movement platform for a transformable tetrahedral structure is proposed. The mechanism comprises of six extension struts and four node supports. The gravity center of the mechanism is changed by the strut extension， and the whole structure are instable and the rolling purpose can be achieved. The kinematics analysis is performed on the mechanism according to its motion characteristics. The results help the analysis on stability. A principle prototype is designed and produced， and then the performance is tested. The test results indicate that the transformable tetrahedral mechanism can achieve the omni-directional movement in rolling gait.

Key words：transformable tetrahedral mechanism； rolling movement； extension strut； instability； principle prototype

0 引 言

地面移动机器人受地形环境影响较大[1]，因此科学家研究多种运动方式，如爬行、跳跃和滚动等，其中滚动作为一种高效的移动方式而受到青睐[2].以滚动前进为主的机器人近几年也发展出很多种.如全方位球形运动机器人“August”通过内部轮辐上的砝码移动改变系统重心而滚动，其控制算法复杂，定位容易受干扰.[3-4]郝艳玲等[5]研制出新型空间正交四边形机器人，通过驱动电机改变四边形形状实现空间滚动，但其频繁触地产生的冲击影响较大.

美国国家航空航天局2005年正式提出名为“TETwalker”的探测机器人.[6]这种机器人通过节点与杆相互连接，构成四面体机构，通过改变自己的形状和重心产生滚动.空间四面体桁架结构简单，对称性好且体积小巧轻便，仅通过控制机构连杆长度就可以实现机构的形态变化和翻滚运动，且能自由选择运动方向，机动性好.该特性使四面体翻滚机构非常适合未来的太空探测：质量小，能被带向更远的地外天体；……