演艺车台具有运载演员或布景的作用,是实现舞台丰富表演及多样变化的关键性舞台机械设备。为解决传统演艺车台智能程度低,灵活性差,无法根据节目编排按指定路径任意行走、旋转的问题,提出一种基于嵌套结构的新型演艺全向车台形式,该结构由内外嵌套式双环架体组成,通过外环大齿圈与内环张紧调节驱动小齿轮部件啮合,以实现嵌套内外双环的相对运动及组合运动。对提出的结构进行了车台设计;基于运动学原理对全向车台进行运动学分析,建立运动学模型,在此基础上进行航迹推算并建立三维模型,对全向车台进行动力学分析;搭建了基于嵌套结构的全向车台试验平台,进行了系统实验与测试。结果表明,基于嵌套结构的舞台用全向车台机械性能好,且可以实现鲁棒性好、精度高的轨迹运动。

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。