针对移动机构多运动模式的功能需求,提出基于单环运动链的设计方案。首先,根据单环自由度公式,确定满足闭环且能活动的条件,并分析得到单环运动链的约束螺旋系阶数、杆件数目、运动副数目、自由度之间的组合关系;其次,以螺旋理论为基础,运用虚功原理得到满足不同约束螺旋系阶数下的各种运动副轴线存在的几何条件,以R副、P副为设计单元,群举出所有可能的不同自由度下的单环运动链组合方式,再以所构造的单环运动链作为本体或分支,从而构造出一类多模式移动机构;最后,给出多模式移动机构的构型综合的步骤及部分设计案例,验证了提出的设计理论和设计方法的可行性和实用性。

为适应多重复杂地形环境的需求,提出了一种新型的具有行走、变形和滚动能力的可重构多模式移动机器人,该机器人可以根据地形改变不同的运动模式,提高了对非结构化地形的运动适应性。利用螺旋理论找出机构在各运动模式下的奇异位,并对机构在各运动模式下移动可行性进行分析。运用ADAMS软件对多重特征地形进行了仿真试验,结果表明,该机构在步态、稳定性、多环境适应能力等方面有明显的优势,最后样机试验也验证了各运动模式的可行性。

为了提高复杂灾变环境中伤员的救援效率和成功率,提出一种具有3R1T的4-UPS/PS并联机构作为转运机器人的自平衡系统,利用螺旋理论对自由度进行分析,并利用修正的G-K公式检验。采用封闭矢量法求解各驱动杆杆长与动平台位姿间的关系。推导了自平衡补偿机构的动能表达式、势能表达式,利用拉格朗日法建立了自平衡补偿器的动力学模型,通过Adams仿真软件对自平衡过程进行仿真分析运动性以及驱动力。实验结果表明,机构运动性能优越,驱动性能良好,具有很强的可控性和稳定性,适用于救援转运机器人的自平衡系统。