一種具有增強單體運動能力的模塊化自重構機器人.pdf

1、模塊化自重構機器人是由多個結構簡單的模塊相互對接組成，這些模塊通常具有一定的運動和感知能力，模塊間可以相互對接、分離和通信。模塊化自重構機器人系統(tǒng)可以根據(jù)任務和環(huán)境的不同快速組裝成不同的機器人聯(lián)體，同時在執(zhí)行任務的過程中也可以通過模塊間的對接和分離改變模塊化自重構機器人聯(lián)體的構型，使之能更穩(wěn)定地穿越崎嶇地形和更有效地完成任務。在模塊化自重構機器人組裝的過程中，機器人單體的運動能力決定了模塊組裝的效率，同時在進行分布式探測任務時，單體的運

2、動能力也決定了系統(tǒng)覆蓋區(qū)域的大小。因此，提高模塊化機器人單體的運動能力對于增強機器人系統(tǒng)構型的自組裝和自拆分能力以及拓寬模塊化自重構機器人的應用范圍都有重要的意義。
　　本文設計的模塊化自重構機器人單體樣機結構緊湊，具有獨立的運動能力。機器人單體為六面體結構，大小為160mm×140mm×60mm，重約405g，包含機身、俯仰關節(jié)、對接裝置和運動輪裝置四個部分。機器人單體的三個運動輪均采用單排全向輪設計，它們與機身固定且呈正三角形

3、分布，增強了機器人單體的靈活性;俯仰關節(jié)通過舵盤和軸承與機身連接;一個主動對接機構安裝在俯仰關節(jié)前端，五個被動對接機構分布于機身六面體的被動對接面。本文設計的機器人單體上下結構對稱，翻覆后機器人依然能正常工作。機器人控制系統(tǒng)由機器人控制板、無線通信模塊、網(wǎng)關和上位機組成。機器人通過ZigBee網(wǎng)絡和網(wǎng)關實現(xiàn)通信，網(wǎng)關與上位機通過串口通信。機器人控制板完成機構驅動、運動控制、傳感器數(shù)據(jù)采集等任務;網(wǎng)關實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)和無線數(shù)據(jù)的轉換;上位機實

4、現(xiàn)對機器人的遠程控制和監(jiān)控。
　　本文最后部分對機器人單體、聯(lián)體進行了運動學仿真和相關性能的測試，主要有:利用ADAMS對單體的基本輪式運動進行仿真;測試機器人單體樣機自轉和直線的運動特性，單體可實現(xiàn)360°正反自轉，機器人單體最大直線速度為25.1cm/s;比較本文設計的模塊化自重構機器人單體和其他模塊化自重構機器人單體的運動性能，驗證了運動輪裝置設計的有效性;在俯仰關節(jié)實驗部分完成了對舵機狀態(tài)的監(jiān)控;對接裝置實驗驗證了對接裝置