轮履型可重构机器人变形机理与设计研究

面向多种复杂路面执行任务的需求，基于生物学变胞机理，提出了一种轮履型可重构机器人。该机器人包括两种运动模式，即车轮模式与履带模式，通过两种模式之间的切换可显著提高机器人的多地面适应性。开展了轮-履模式切换机理与传动原理研究，分析了地面接触宽度变化规律，得到了履带模式下的最大接触宽度为230.36 mm；分别计算了机器人在车轮和履带模式下的越障能力，通过仿真软件分析了机器人重心位置在越障时的变化趋势；最后，集成动力系统研制了机器人样机，以不同高度的木板和空心砖作为试验台对机器人进行了模式切换、越障性能分组测试。结果表明，车轮、履带模式下最大越障高度分别为98.5 mm和290 mm，与理论推导结果一致。此外，机器人能够在轮式与履带模式之间柔顺切换，具有多种复杂路面适应能力

基于嵌套结构的无级变速器设计与分析

目前，机器人关节减速机均为定比传动方式，造成关节电机难以达到峰值效率。基于嵌套结构，提出了一种机器人用紧凑型的无级变速器，通过实时改变传动比，可有效提高电机功率使用效率。首先，开展了变速传动机理研究，得到了传动比相对于行星轮与太阳轮半径之比的关系；设计了嵌套结构以及行星轮、太阳轮板轴向移动系统。其次，推导了行星轮、太阳轮包角、传动比以及金属带径向移动数学模型，基于多刚体动力学仿真软件对变速器的输出速度进行了仿真验证；结果表明，变速器正、反向偏差分别为1.89%、3.87%。最后，制作出变速器的原理样机并搭建转矩实验平台，设定输出转矩为特定值，测试了对应输入转矩；实验显示，测试数值与理论数值相比基本相同，平均传动效率为72.1%，间接验证了理论推导的正确性